555 Timer

Ce didacticiel fournit des exemples de circuits pour configurer une minuterie 555 en modes monostable, astable et bistable, ainsi qu'une discussion approfondie sur le fonctionnement de la minuterie 555 et la façon de choisir les composants à utiliser avec. La minuterie 555 est une puce qui peut être utilisée pour créer des impulsions de différentes durées, pour produire une forme d'onde d'impulsion continue de largeur et fréquence d'impulsion réglable, et pour basculer entre les états haut et bas en réponse aux entrées. En câblant le temporisateur 555 avec des résistances et des condensateurs de différentes manières, vous pouvez le faire fonctionner dans trois modes différents:

Le mode monostable est idéal pour créer des retards. Dans ce mode, un déclencheur externe amène le temporisateur 555 à émettre une impulsion d'une durée réglable. Passez directement à un exemple de circuit pour le mode monostable ici.

Le mode Astable émet un signal d'impulsion oscillant / une forme d'onde. Dans ce mode, la sortie du temporisateur 555 bascule entre les états haut et bas à une fréquence et une largeur d'impulsion réglables. Aller directement à un exemple de circuit pour le mode astable ici.

Le mode bistable amène le temporisateur 555 à basculer sa sortie entre les états haut et bas en fonction de l'état de deux entrées. Aller directement à un exemple de circuit pour le mode bistable ici.

Voici quelques applications qui me viennent à l'esprit:

- une horloge / déclencheur stable pour garder le temps dans un circuit (mode astable)

- l'oscillateur de base d'un synthétiseur analogique, avec l'ajout de certains amplificateurs opérationnels et d'autres composants, cette onde d'impulsion peut être façonnée en triangle, en scie et même en sinusoïdale

- un générateur de bruit de style chiptune très basique (voir console punk atari)

- temporisation d'un signal entrant (mode monostable)

- stockage très basique des données d'entrée / gestion du système de contrôle à deux boutons (mode bistable)

La minuterie 555 est flexible, bon marché et facile à trouver (vous pouvez même les récupérer chez Radioshack). C'est également un excellent point de départ pour les projets audio car sa sortie peut être câblée directement à un haut-parleur.

Étape 1: Diagramme des broches de la minuterie 555

La figure 1 montre les connexions des broches au minuteur 555, elles proviennent directement de la fiche technique du minuteur 555. Les connexions d'alimentation à la puce se font par les broches 1 (masse) et 8 (+ Vcc). La tension d'alimentation positive (+ Vcc) doit être comprise entre 5 et 15V.

La deuxième image est un gros plan du diagramme représentant les composants fonctionnels internes de la puce. Il se compose de quelques éléments différents: des résistances, des transistors, des comparateurs, une bascule et un étage de sortie.

Les trois résistances schématisées sur la figure 2 sont de 5 kOhm (voir les notes d'image sur la figure 3). Le but de ces résistances est de mettre en place un diviseur de tension entre Vcc et la masse. Étant donné que toutes les résistances ont la même valeur, nous savons que la tension à la jonction entre les résistances est de 2 / 3Vcc et 1 / 3Vcc (voir les notes d'image sur la figure 2). Ces tensions sont utilisées comme tensions de référence pour les comparateurs.

Un comparateur est un circuit qui compare une entrée avec une tension de référence et délivre un signal BAS ou HAUT selon que l'entrée est une tension supérieure ou inférieure à la référence. Le temporisateur 555 utilise plusieurs transistors pour construire ses comparateurs (voir les notes d'image de la figure 3), donc dans le diagramme fonctionnel simplifié de la figure 2, ils sont représentés par des cases étiquetées "comparateur". Le comparateur connecté à la broche 2 compare l'entrée "déclencheur" à une tension de référence de 1/3 Vcc et le comparateur connecté à la broche 6 compare l'entrée "seuil" à une tension de référence de 2/3 Vcc du diviseur de tension.

Une bascule est un circuit qui bascule entre deux états stables en fonction de l'état de ses entrées. La bascule 555 émet une sortie haute ou basse en fonction des états des deux comparateurs. Lorsque le comparateur de déclenchement émet un signal bas (quel que soit l'état du comparateur de seuil), la bascule bascule haut, lorsque les deux comparateurs sortent un signal haut, la bascule bascule. La synchronisation d'une sortie d'impulsion élevée à partir de la bascule peut également être réinitialisée manuellement (le début d'une impulsion peut être déclenché) en pulsant la broche de réinitialisation à un niveau bas.

Le schéma fonctionnel de la figure 2 comprend également deux transistors. Le transistor attaché à la broche 7 est un transistor NPN. Puisque la broche 7 est connectée à la broche collecteur du transistor NPN, ce type de configuration est appelé collecteur ouvert ou drain ouvert. Cette broche est généralement connectée à un condensateur et est utilisée pour décharger le condensateur chaque fois que la broche de sortie devient faible. Le transistor attaché à la broche 4 est un transistor PNP. Le but de ce transistor est de tamponner la broche de réinitialisation, de sorte que le 555 ne génère pas de courant à partir de cette broche et ne le fasse pas s'affaisser en tension.

L'étage de sortie du temporisateur 555 est indiqué dans les notes d'image de la figure 3. Son but est d'agir comme un tampon entre le temporisateur 555 et toutes les charges qui peuvent être attachées à sa broche de sortie. L'étage de sortie fournit du courant à la broche de sortie afin que les autres composants fonctionnels du temporisateur 555 n'aient pas à le faire.

Étape 2: minuterie 555: mode monostable

En mode monostable, la minuterie 555 émet une impulsion élevée, qui commence lorsque la goupille de déclenchement est réglée sur bas (moins de 1/3 Vcc, comme expliqué à l'étape précédente, cela suffit pour commuter la sortie du comparateur connecté à la broche de déclenchement) . La durée de cette impulsion dépend des valeurs de la résistance R et du condensateur C dans l'image ci-dessus.

Lorsque la goupille de déclenchement est haute, la goupille de décharge (broche 7) vide toute la charge du condensateur (C dans l'image ci-dessus). Cela fait que la tension aux bornes du condensateur (et la tension de la broche 6) = 0. Lorsque la goupille de déclenchement est basculée vers le bas, la broche de décharge n'est plus en mesure de drainer le courant, ce qui provoque une accumulation de charge sur le condensateur selon l'équation au dessous de. Une fois que la tension aux bornes du condensateur (la tension de la broche 6) est égale aux 2/3 de la tension d'alimentation (là encore, comme expliqué à l'étape précédente, cela suffit pour commuter la sortie du comparateur connecté à la broche 6), la sortie de le 555 est repoussé bas. La sortie reste faible jusqu'à ce que la goupille de déclenchement soit à nouveau pulsée, relançant le processus que je viens de décrire.

(Tension aux bornes du condensateur) = Vcc * (1- et / (R * C))
cette équation décrit le temps qu'il faut pour charger un condensateur de capacité C lorsqu'il est en série avec une résistance de résistance R

comme expliqué ci-dessus, nous nous intéressons au temps nécessaire pour que la tension aux bornes du condensateur soit égale à 2/3 Vcc, ou:
2/3 * Vcc = Vcc * (1- e ^ -t / (R * C))

qui peut être réorganisé pour:
2/3 = 1- et / (R * C)
et / (R * C) = 1/3
-t / (R * C) = ln (1/3)
t = 1, 1 * R * C secondes

Dans l'étape suivante, je connecterai un voyant LED à la broche de sortie du 555 et choisirai des valeurs arbitraires pour R et C pour m'assurer que cela fonctionne vraiment.

Étape 3: minuterie 555: circuit en mode monostable

Comme je l'ai expliqué à la dernière étape, une minuterie 555 en mode monostable émettra une impulsion élevée (de tension ~ Vcc) lorsque la broche de déclenchement est en impulsion basse. La durée de cette impulsion de sortie dépend des valeurs de R et C sur la figure 4. Dans la dernière étape, nous avons calculé que la durée de l'impulsion de sortie du 555 en mode monostable était:

t = 1, 1 * R * C secondes
où R et C sont la résistance et le condensateur en série sur la figure 4.

si nous choisissons R = 10Kohms et C = 470uF
t = 1, 1 * 10000 * 0, 00047
t = 5, 17 s

Cela signifie qu'avec une résistance de 10Kohm et un condensateur de 470uF, une impulsion basse à la broche de déclenchement du 555 (broche 2) entraînera une sortie élevée pendant 5, 17 secondes.

J'ai construit un circuit qui relie la broche de sortie du 555 à une LED, ce qui fait que la LED s'allume pendant la durée de l'impulsion. De cette façon, j'aurais une indication visuelle que mes calculs étaient corrects. J'ai connecté la goupille de déclenchement du 555 à un interrupteur momentané à bouton-poussoir, le connectant à la terre lorsqu'il est enfoncé. Des photos du circuit sont montrées ci-dessus, et le schéma est montré dans la figure 5.

Liste des pièces:
555 minuterie Digikey LM555CNFS-ND
Condensateur 0.01uF Digikey 445-5297-ND
Condensateur 470uF Digikey P5185-ND
(x2) Résistance 10Kohm Digikey CF14JT10K0CT-ND
Résistance 470 ohm Digikey CF14JT470RCT-ND
led ambre Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
interrupteur momentané Digikey CKN9018-ND
Câble de jauge 22
planche à pain Amazon
Alimentation 5-15V - si vous n'avez pas d'alimentation de banc, essayez d'utiliser une batterie 9V et un composant logiciel enfichable ou utilisez la sortie 5V d'un Arduino

Informations de câblage:
Le schéma est illustré à la figure 5. Connectez l'alimentation et la terre aux broches 8 et 1 de la minuterie 555 (fils rouge et noir). J'ai utilisé une alimentation 9V et un composant logiciel enfichable pour mon circuit. Comme indiqué dans le schéma de la figure 5, connectez un condensateur de 0, 01 uF entre les broches 5 et 1. Connectez un condensateur de 440 uF entre les broches 1 et 6, assurez-vous que le fil négatif du condensateur est connecté à la broche 1. Connectez les broches 6 et 7 avec un cavalier (vert). Connectez une résistance 10K entre les broches 7 et 8. J'ai laissé la broche de réinitialisation flottante, vous pouvez également la connecter à Vcc.

Connectez une LED et une résistance de limitation de courant en série de la sortie du 555 à la masse. La broche de sortie du 555 produira Vcc-1, 2V maximum (le -1, 2V provient de certains transistors du circuit qui diminuent légèrement la tension). Mon circuit était alimenté par une alimentation de 9 V, donc la sortie maximale est de 9 à 1, 2 V = 7, 8 V. J'ai utilisé une résistance de limitation de courant de 470ohm pour ma configuration, si vous utilisez une alimentation 5V, vous pouvez utiliser une résistance de limitation de courant inférieure (comme 220ohm), et pour une Vcc plus élevée, utilisez une résistance plus élevée (peut-être même jusqu'à 1K).

Câblez l'interrupteur à bouton-poussoir momentané en série avec une résistance 10K entre Vcc et la masse. Connectez un fil (jaune) de la jonction entre le commutateur et la résistance à la broche de déclenchement de sorte que lorsque le commutateur n'est pas enfoncé, la broche de déclenchement est maintenue haute. Lorsque l'interrupteur est enfoncé, la goupille de déclenchement tombe à bas. Voir le schéma si cela n'a pas de sens.

Opération:
Appuie sur le bouton. La LED devrait s'allumer pendant un certain temps puis s'éteindre. Si vous chronométrez la LED, vous constaterez qu'elle s'allume pendant 5, 17 secondes exactement, comme je l'ai calculé ci-dessus.

Vous pouvez essayer de désactiver la résistance 10k ou le condensateur 470uF (connecté au 555) pour voir comment ils affectent la durée de l'impulsion de sortie. Rappelez-vous, puisque t = 1, 1 * R * C secondes, l'augmentation de la résistance ou de la capacité augmentera toujours la durée de l'impulsion.

J'ai câblé un 10Kohmpotentiomètre comme une résistance variable et je l'ai mis dans mon circuit à la place de la résistance 10K entre 555 broches 7 et 8 (fig 9). De cette façon, en tournant le bouton complètement d'un côté, la LED reste allumée pendant 5, 17 secondes, mais lorsqu'elle est tournée à l'autre extrême, la LED s'éteint immédiatement après avoir relâché le bouton. Tourner le potentiomètre dans n'importe quelle position entre les deux provoquera une durée d'impulsion de 0 à 5, 17 secondes.

Étape 4: minuterie 555: mode monostable (applications rapides)

Dans cette étape, je parlerai un peu plus de l'utilisation du mode monostable, cette fois pour des applications plus rapides.

à l'étape 2, nous avons calculé le temps de l'impulsion haute à partir du temporisateur 555 pour un R et un C donnés
t = 1, 1 * R * C secondes

donc si nous choisissons R = 5.1Kohms et C = 1uF
t = 1, 1 * 5100 * 0, 000001
t = 5, 61 ms

Étant donné que cette impulsion se produit sur une échelle de temps beaucoup plus rapide qu'à la dernière étape, j'ai utilisé un Arduino pour impulser la broche 2 de la minuterie 555 à faible toutes les 10 ms et mesuré la sortie du 555 sur un oscilloscope. Voici comment je l'ai configuré:

Liste des pièces:
555 minuterie Digikey LM555CNFS-ND
Condensateur 0.01uF Digikey 445-5297-ND
Condensateur 1uF Digikey P5174-ND
Résistance 5.1Kohm Digikey CF14JT5K10CT-ND
Câble de jauge 22

planche à pain Amazon

Alimentation 5-15V - si vous n'avez pas d'alimentation de banc, essayez d'utiliser une batterie 9V et un composant logiciel enfichable ou utilisez la sortie 5V d'un Arduino
générateur d'impulsions - j'ai utilisé un Arduino pour cela
oscilloscope

Informations de câblage:
Les figures 1-3 montrent comment j'ai connecté le 555 sur une planche à pain. Connectez l'alimentation et la terre aux broches 8 et 1 de la minuterie 555 (fils rouge et noir). J'ai utilisé une alimentation 9V et un composant logiciel enfichable pour mon circuit. Comme indiqué dans le schéma de la figure 4, connectez un condensateur de 0, 01 uF entre les broches 5 et 1. Connectez un condensateur de 1 uF entre les broches 1 et 6, assurez-vous que le fil négatif du condensateur est connecté à la broche 1. Connectez les broches 6 et 7 avec un cavalier (vert). Connectez une résistance 5.1K entre les broches 7 et 8. J'ai laissé la broche de réinitialisation flottante.

J'ai utilisé un Arduino pour déclencher une impulsion faible toutes les 10 ms sur la broche 2 de la minuterie 555. Vous pouvez également utiliser un générateur de fonctions pour générer ce signal d'impulsion. Voici le code que j'ai utilisé:
 // Déclenchement de la minuterie 555 - mode monostable // par Amanda Ghassaei // Sept 2012 // connexions de broche: // broche numérique 0 à 555 broche 2 // Terre Arduino à 555 terre (broche 1) void setup () {pinMode (0, PRODUCTION); digitalWrite (0, HIGH); } void loop () {// pulse pin 0 low momentanément digitalWrite (0, LOW); digitalWrite (0, HIGH); delay (10); // attend 10 ms} 

Connectez le signal de sortie (broche numérique 0) à 555 broche 2 (jaune) et la masse (de l'Arduino ou du générateur de fonctions) à 555 broche 1 (noir).

Opération:
La figure 5 montre la sortie du temporisateur 555. Vous pouvez voir que la durée de l'impulsion élevée est d'environ 5, 6 ms, comme prévu. Notez également comment une nouvelle impulsion est déclenchée toutes les 10 ms, à chaque fois que le signal de l'Arduino baisse. La figure 6 montre la sortie du 555 en bleu et la sortie de la broche numérique Arduino 0 en jaune. Vous pouvez voir que le signal Arduino est normalement élevé, il descend bas pendant une infime fraction de seconde, visible uniquement lorsque nous zoomons sur le temps / div sur la figure 7. Sur la figure 7, vous pouvez voir que le signal de l'Arduino tombe bas pour moins de 5us et la sortie du 555 devient immédiatement élevée. La figure 8 montre la sortie du 555 en bleu et la tension aux bornes du condensateur 1uF (également la tension de la broche 6). Remarquez comment la sortie de la minuterie 555 diminue lorsque la tension aux bornes du condensateur = 2 / 3Vcc (dans cet exemple, j'utilise une alimentation par batterie 9V, donc 2 / 3Vcc = 6V). Lorsque la sortie du 555 tombe à un niveau bas, la broche de décharge (broche 7) décharge rapidement le condensateur 1uF. La figure 9 montre un gros plan de cette décharge, vous pouvez voir la tension aux bornes du condensateur chuter de 2 / 3Vcc à 0 dans environ 50us.

À titre de comparaison, sur les figures 10 et 11, j'ai configuré un autre temporisateur 555 sur ma planche à pain, identique à la configuration du premier 555, mais j'ai utilisé un condensateur de 0, 47uF au lieu d'un 1uF. J'ai calculé la durée de l'impulsion pour ce nouveau circuit:

t = 1, 1 * R * C secondes
t = 1, 1 * 5100 * 0, 0000000047
t = 2, 64 ms, environ la moitié de la durée de la première impulsion de temporisation 555.

La figure 12 montre la sortie des deux 555 temporisateurs de l'oscilloscope: le circuit 1uF en bleu et le circuit .47uF en jaune. Vous pouvez voir que la durée de l'impulsion du deuxième temporisateur 555 (0, 47 uF) est d'environ 2, 6 ms, comme calculé ci-dessus. Notez également que même si les impulsions de sortie ont des durées différentes, les deux impulsions démarrent en même temps, juste au moment où l'Arduino émet une impulsion faible sur leurs broches de déclenchement. Cette utilisation du mode monostable avec un déclencheur externe est un moyen efficace de contrôler la largeur d'impulsion (la durée de l'impulsion élevée) de votre signal de sortie. En remplaçant la résistance par une résistance variable, vous pouvez régler la largeur d'impulsion selon ce que vous voulez. Vous pouvez modifier la fréquence de la forme d'onde d'impulsion en modifiant la fréquence de votre déclencheur externe. J'introduirai également une autre façon de créer un signal modulé en largeur d'impulsion sans déclencheur externe en utilisant le mode astable à l'étape 7.

Étape 5: minuterie 555: mode Astable

En mode astable, la sortie du temporisateur 555 est une forme d'onde d'impulsion continue d'une fréquence spécifique qui dépend des valeurs des deux résistances (R A et R B ) et du condensateur (C) utilisés dans le circuit (fig 1) selon l'équation ci-dessous. Le mode astable est étroitement lié au mode monostable (discuté à l'étape 2), vous pouvez voir que le schéma est presque le même. La différence importante est qu'en mode astable, la goupille de déclenchement est connectée à la broche de seuil; cela fait que la sortie bascule continuellement entre les états haut et bas.

Fréquence de sortie = 1 / [0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C]
(ne vous inquiétez pas, je vais vous montrer comment j'ai dérivé cette équation bientôt)

La séquence des événements est quelque peu complexe, je l'ai donc décomposée en 5 étapes:

1. Initialement, il n'y a pas de charge sur le condensateur C, donc la tension aux bornes du condensateur est nulle. La tension aux bornes du condensateur C est égale à la tension aux broches 6 (broche de seuil) et 2 (broche de déclenchement) car elles sont toutes connectées. Donc, initialement, les broches de seuil et de déclenchement sont également à zéro volt. Cela augmente la sortie.

2. Comme expliqué à l'étape 2 de cet Instructable, lorsque la goupille de déclenchement est basse, cela rend la broche de décharge incapable de drainer la charge du condensateur. Puisque le condensateur C est en série avec R A et R B et que Vcc est appliqué, le courant traversera les résistances et commencera à accumuler une charge sur le condensateur. Cela fait augmenter la tension aux bornes du condensateur C selon l'équation suivante:

(Tension aux bornes du condensateur) = (Vcc - V 0 ) * (1- et / [(R A + R B ) * C])
où "Tension aux bornes du condensateur" est la tension actuelle aux bornes du condensateur au temps t, V 0 est la tension initiale aux bornes du condensateur, Vcc est la tension totale appliquée aux résistances R A, R B et au condensateur C

3. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C est égale à 2 / 3Vcc, la broche de seuil s'enregistre aussi haut (comme expliqué à l'étape 1 de cet instruction, cela fait basculer le comparateur attaché à la broche de seuil à l'intérieur du 555). Cela réduit la sortie et active la broche de décharge. Le temps nécessaire pour qu'une tension de 2 / 3Vcc s'accumule sur le condensateur est donné par:

2/3 * Vcc = (Vcc - V 0 ) * (1- et / [(R A + R B ) * C])
2/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) = 1- et / [(R A + R B ) * C]
1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) = et / [(R A + R B ) * C]
ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) ] = -t / [(R A + R B ) * C]
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]

pour V 0 = 0V, cela se traduit par:
t = 1, 1 * (R A + R B ) * C secondes

4. Avec la broche de décharge activée, la charge commence à s'écouler du condensateur, à travers R B, et dans la broche de décharge du 555. Cela abaisse la tension aux bornes du condensateur comme décrit par l'équation ci-dessous:

(Tension aux bornes du condensateur) = (Tension de crête aux bornes du condensateur) * (et / (R B * C))
où la tension de crête aux bornes du condensateur était la tension juste avant l'activation de la broche de décharge: 2 / 3Vcc
(Tension aux bornes du condensateur) = 2/3 * Vcc * (et / (R B * C))

5. Une fois que la tension aux bornes du condensateur (et la tension à la broche de déclenchement) est égale à 1 / 3Vcc, la broche de déclenchement est enregistrée aussi bas (comme expliqué à l'étape 1 de ce instructable, cela retourne le comparateur attaché à la broche de déclenchement à l'intérieur du 555 ). Le temps qu'il faut pour que cela se produise est résolu ci-dessous. Cela augmente la sortie et nous ramène à l'étape 2 (ci-dessus). À partir de là, les étapes 2 à 5 se répètent indéfiniment et la sortie bascule entre les états haut et bas pour produire une onde d'impulsion continue. Le temps nécessaire pour décharger le condensateur de 2 / 3Vcc à 1 / 3Vcc est donné ci-dessous:

1/3 * Vcc = 2/3 * Vcc * (et / (R B * C))
1/2 = et / (R B * C)
ln (1/2) = -t / (R B * C)
t = -R B * C * ln (1/2)
t = 0, 7 * R B * C secondes

Pour calculer la fréquence de cette oscillation, nous calculons d'abord le temps pendant lequel la sortie est dans les états haut et bas. La sortie est à l'état haut tandis que le condensateur se charge de 1 / 3Vcc à 2 / 3Vcc. Le temps qu'il faut pour charger le condensateur de la tension V 0 à 2 / 3Vcc est répété ci-dessous:

le rendement est élevé pour:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]
à l'étape 3 (ci-dessus), nous avons choisi V 0 = 0 comme conditions initiales, mais cela n'est vrai que pour le premier cycle du mode astable. Pour tous les cycles suivants, le condensateur ne se déchargera qu'à 1/3 Vcc avant que la broche de décharge ne soit désactivée et la charge recommence à s'appuyer sur le condensateur. Nous avons donc réglé la tension initiale à 1 / 3Vcc:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - 1 / 3Vcc)]
t = - (R A + R B ) * C * ln (1/2)
t = 0, 7 * (R A + R B ) * C secondes

Comme nous l'avons calculé ci-dessus, la sortie est faible pour:
t = 0, 7 * R B * C secondes

La durée totale des états haut et bas de la sortie est donc:
0, 7 * (R A + R B ) * C + 0, 7 * R B * C
0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C secondes

Ensuite, la fréquence est calculée comme suit:
Fréquence de sortie = 1 / [0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C]

Ainsi, en modifiant les valeurs des résistances R A et R B et du condensateur C, nous pouvons contrôler la fréquence de la sortie. De plus, nous pouvons contrôler la largeur d'impulsion de la sortie (la durée du haut par rapport à la durée du bas) car la durée de l'état haut dépend à la fois de R A et R B, tandis que la durée de l'état bas ne dépend que de R B. Dans l'étape suivante, je présenterai un exemple de circuit pour le mode astable.

Étape 6: minuterie 555: circuit en mode astable

Comme je l'ai décrit à la dernière étape, le réglage de la minuterie 555 en mode astable lui fait émettre une série continue d'impulsions. Dans ce circuit, je vais configurer la minuterie 555 pour émettre une onde d'impulsion avec une fréquence à l'intérieur de la plage audible, de cette façon, je peux connecter la sortie à un haut-parleur et entendre les résultats.

Liste des pièces:
555 minuterie Digikey LM555CNFS-ND
Condensateur 0.01uF Digikey 445-5297-ND
Potentiomètre à cône linéaire 100kOhm Digikey 987-1300-ND
Résistance 10kOhm 1 / 4watt Digikey CF14JT10K0CT-ND
Condensateur 0.47uF (ou n'importe quoi entre 10uF et 0.1uF devrait être bien) Digikey P5173-ND
orateur
Câble de jauge 22
planche à pain Amazon
Alimentation 5-15V - si vous n'avez pas d'alimentation de banc, essayez d'utiliser une batterie 9V et un composant logiciel enfichable ou utilisez la sortie 5V d'un Arduino

Informations de câblage
Le schéma est illustré à la figure 6. Connectez l'alimentation et la terre aux broches 8 et 1 de la minuterie 555 (fils rouge et noir). J'ai utilisé une alimentation 9V et un composant logiciel enfichable pour mon circuit. Comme indiqué dans le schéma de la figure 6, connectez un condensateur de 0, 01 uF entre les broches 5 et 1. Connectez un condensateur de 0, 47 uF entre les broches 1 et 6, assurez-vous que le fil négatif du condensateur est connecté à la broche 1. Câblez une résistance de 10 kohms entre les broches 6 et 7. Câblez un potentiomètre 100K câblé en tant que résistance variable entre les broches 7 et 8. Utilisez un fil de connexion pour connecter les broches 4 et 8 entre elles (rouge) et les broches 2 et 6 entre elles (jaune).

Fixez le fil positif d'un haut-parleur à la broche 3 du 555 et connectez le fil négatif à la masse (broche 1).

Opération
Lorsque vous alimentez ce circuit, vous devriez commencer à entendre la forme d'onde d'impulsion provenant du 555. Tournez le potentiomètre pour changer la fréquence de cette onde d'impulsion. Si vous souhaitez générer une fréquence particulière, essayez de modifier les valeurs de R A, R B et C selon l'équation suivante (dérivée à la dernière étape):

Fréquence de sortie = 1 / [0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C]
où R A, R B et C sont représentés sur la figure 7

Sur la base des composants que j'ai utilisés dans cet exemple de circuit, nous pouvons calculer la plage de fréquences de sortie possibles comme suit:

en supposant que le potentiomètre est complètement tourné d'un côté et que la résistance = 100kohms
Fréquence de sortie = 1 / [0, 7 * (100 000 + 2 * 10 000) * 0, 0000000047]
Fréquence de sortie = ~ 25 Hz
cette sortie est représentée sur un oscilloscope sur la figure 8

Les valeurs faibles de R A doivent être évitées car elles empêchent le temporisateur 555 de décharger normalement le condensateur C. Lorsque j'ai tourné le pot à fond de l'autre côté (pour une résistance de 0 ohms), la minuterie 555 a cessé de fonctionner comme prévu (fig 10). Calculons donc la fréquence de sortie du timer lorsque le pot est tourné à mi-course, pour une résistance de 50Kohms.
Fréquence de sortie = 1 / [0, 7 * (50 000 + 2 * 10 000) * 0, 0000000047]
Fréquence de sortie = ~ 43 Hz
cette sortie est montrée sur la figure 9 (note - il y a une erreur bc que je devinais à mi-chemin)

Notez également que bien que la fréquence de la sortie change entre les figures 8 et 9, la durée de la phase de faible sortie ne change pas de manière significative. En effet, la durée de la phase de sortie basse ne dépend pas de R A (la résistance variable). Comme calculé à la dernière étape:
t = 0, 7 * R B * C
en substituant R B = 10kOhms et C = 0.47uF vous obtenez:
t = ~ 3 ms
ce qui peut être vérifié sur les figures 8 et 9.

Étape 7: minuterie 555: rapport cyclique en mode Astable

Le rapport cyclique d'une onde d'impulsion est le rapport entre le temps qu'elle passe élevé et la durée totale de l'état haut et bas. Nous avons calculé ces durées à l'étape 5, et nous pouvons les combiner pour calculer le rapport cyclique du 555:

cycle de service = (temps passé élevé) / (durée totale des états haut et bas)
remplacer les équations de l'étape 5 pour obtenir:
rapport cyclique = (0, 7 * (R A + R B ) * C) / (0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C )

cela se simplifie pour:
rapport cyclique = (R A + R B ) / (R A + 2 * R B )

Dans l'équation ci-dessus, lorsque R A est beaucoup plus grand que R B (vous pouvez ignorer les termes R B ), vous vous retrouvez avec un rapport cyclique ~ = 1 et lorsque R B est beaucoup plus grand que R A (vous pouvez ignorer R A termes) vous obtenez un rapport cyclique = ~ 1/2. Ainsi, les limites du rapport cyclique avec le circuit illustré à la figure 2 sont de 50% à 100%. Si vous vouliez obtenir un rapport cyclique inférieur à 50%, vous devez utiliser un circuit comme celui illustré sur la figure 1. Dans ce circuit, une diode contourne R B pendant la phase de charge du 555 (pendant que la sortie est maintenue haute). Comment cela affecte-t-il les durées des phases haute et basse de la sortie?

La durée de sortie faible reste:
t = 0, 7 * R B * C secondes
cela se produit lorsque le condensateur se décharge, donc le courant circule du condensateur, à travers R B (dans le sens ascendant sur la figure 1), et dans la broche de décharge du 555. C'est la direction opposée du flux de courant que la diode va accepter, donc aucun courant ne traverse la diode. Pendant ce temps, le circuit de la figure 1 est fonctionnellement équivalent au circuit de la figure 2.

La durée de sortie élevée change, plus particulièrement la contribution R B disparaît car elle est contournée par la diode. Dans ce cas, le condensateur est chargé de sorte que le courant circule depuis l'alimentation Vcc, à travers R A (dans le sens descendant dans le schéma), et à travers la diode vers le condensateur. Le courant ne passera pas par R B car le chemin à travers la diode est le chemin de la résistance de bail; la diode agit essentiellement comme un fil à travers R B.

Auparavant, la durée de sortie élevée était:
t = 0, 7 * (R A + R B ) * C secondes
nous ne pouvons pas simplement supprimer R B de l'équation car nous devons tenir compte d'une légère chute de tension (environ 0, 7 V pour les diodes au silicium) à travers la diode. Nous avons calculé la forme générale de la durée de sortie élevée à l'étape 5. Je l'ai reproduite ci-dessous:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]
nous devons soustraire la chute de tension de la diode (Vd) des deux instances de Vcc dans cette équation et supprimer la contribution de R B
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc-Vd) / (Vcc - Vd - V 0 )]
comme à l'étape 4, la tension initiale V 0 est égale à 1 / 3Vcc
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc - Vd) / (Vcc - Vd- 1 / 3Vcc)]
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc - Vd) / (2/3 * Vcc - Vd)]
t = -R A * C * ln [(Vcc - 3 * Vd) / (2 * Vcc - 3 * Vd)]

de sorte que la durée de la sortie élevée est maintenant
t = R A * C * ln [(2 * Vcc - 3 * Vd) / (Vcc - 3 * Vd) ]
Remarquez qu'il n'y a pas de dépendance R B. Notez également comment la chute de tension aux bornes de la diode et la tension d'alimentation ont un effet sur l'équation.

Il est bon de noter ici que vous pouvez également utiliser le mode monostable avec un déclencheur externe pour créer un signal PWM de rapports cycliques compris entre 0 et 100%. J'ai expliqué comment procéder à la fin de l'étape 4. Vous trouverez encore plus d'informations sur PWM avec le temporisateur 555 sur la fiche technique.

Étape 8: minuterie 555: circuit en mode bistable

Comme expliqué à l'étape 1, une bascule est un circuit qui bascule entre deux états stables en fonction de l'état de ses entrées. Dans le cas du temporisateur 555 en mode bistable, les deux entrées sont les broches de déclenchement et de réinitialisation. Par défaut, les deux sont maintenus élevés par des résistances de tirage en mode bistable. Lorsque la goupille de déclenchement est pulsée au niveau bas, la sortie passe au niveau haut (Vcc). La sortie restera élevée même si la goupille de déclenchement est de nouveau réglée sur haut. Lorsque la broche de réinitialisation est faible, la sortie devient faible. Encore une fois, la sortie restera dans cet état même si la broche de réinitialisation remonte à l'état haut.

J'ai mis en place un circuit qui utilise des boutons momentanés pour impulser la réinitialisation et les broches de déclenchement bas et affiche l'état de la sortie à l'aide d'un indicateur LED.

Liste des pièces:
555 minuterie Digikey LM555CNFS-ND
Condensateur 0.01uF Digikey 445-5297-ND
(x3) Résistance 10Kohm Digikey CF14JT10K0CT-ND
Résistance 470 ohm Digikey CF14JT470RCT-ND
led ambre Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
(x2) interrupteur momentané Digikey CKN9018-ND
Câble de jauge 22
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Alimentation 5-15V - si vous n'avez pas d'alimentation de banc, essayez d'utiliser une batterie 9V et un composant logiciel enfichable ou utilisez la sortie 5V d'un Arduino

Informations de câblage
Le schéma est illustré à la figure 5. Connectez l'alimentation et la terre aux broches 8 et 1 de la minuterie 555 (fils rouge et noir). J'ai utilisé une alimentation 9V et un composant logiciel enfichable pour mon circuit. Comme indiqué dans le schéma de la figure 5, connectez un condensateur de 0, 01 uF entre les broches 5 et 1. Connectez la broche 6 à la terre avec un fil de pontage (noir). Laissez la broche 7 flottante - elle ne sera pas utilisée dans cette configuration car il n'y a pas de condensateur à décharger.

Connectez une LED et une résistance de limitation de courant en série de la sortie du 555 à la masse. La broche de sortie du 555 produira Vcc-1, 2V maximum (le -1, 2V provient de certains transistors du circuit qui diminuent légèrement la tension). Mon circuit était alimenté par une alimentation de 9 V, donc la sortie maximale est de 9 à 1, 2 V = 7, 8 V. J'ai utilisé une résistance de limitation de courant de 470ohm pour ma configuration, si vous utilisez une alimentation 5V, vous pouvez utiliser une résistance de limitation de courant inférieure (comme 220ohm), et pour une Vcc plus élevée, utilisez une résistance plus élevée (peut-être même jusqu'à 1K).

Câblez une résistance de 10 kohms entre la broche 4 et Vcc et la broche 2 et Vcc. Ce sont des résistances de rappel qui maintiendront les broches 2 et 4 hautes par défaut. Utilisez un cavalier pour connecter les broches 2 et 4 à deux interrupteurs momentanés (un pour chaque broche) connectés à la masse. Lorsque chacun des boutons est enfoncé, sa broche associée diminue momentanément. Voir le schéma si cela n'a pas de sens.

Opération
Appuyez sur le bouton attaché à la broche 2 (gâchette). La LED devrait s'allumer, indiquant que la sortie est maintenant dans un état haut. Relâchez le bouton de déclenchement, la LED restera allumée. Maintenant, appuyez sur le bouton de réinitialisation, cela entraînera une baisse de la sortie et éteindra la LED. Relâchez le bouton de réinitialisation, la LED doit rester éteinte. Vous venez de créer un circuit qui bascule entre deux états stables en fonction du dernier bouton enfoncé. Voir les figures 6-9 pour plus d'informations.

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