Mạch tạo dao động dùng IC 555

 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG

Trong bài viết này, chúng tôi đang giải thích về mạch dao động, thường được gọi là mạch dao động tự do. Một mạch dao động có thể được thiết kế bằng cách sử dụng các loại thành phần khác nhau). Trong bài viết này, chúng tôi thiết kế một bộ tạo dao động sử dụng IC 555

Nếu bạn đang tự hỏi tất cả những ứng dụng thực tế của một bộ đa năng là gì, hãy bắt đầu bằng cách đọc một vài ví dụ. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là tạo ra độ trễ thời gian. Ví dụ bạn muốn bật một đèn sáng trong 1 giây và tắt trong 0,5 giây thì bạn sẽ cần tới bộ tạo dao động

Không giống mạch dao động đơn ổn, mạch này không yêu cầu bất kỳ kích hoạt bên ngoài nào để thay đổi trạng thái của đầu ra, do đó mạch gọi là mạch dao động tự do. Trước khi thực hiện mạch, hãy chắc chắn rằng IC 555 của bạn đang hoạt động. Sau đó ta sẽ thiết kế mạch này dựa vào những nguyên lý duới đây

Sơ đồ khối bộ tạo dao động dùng IC 555

Một bộ tạo dao động có thể được thiết kế bằng cách thêm hai điện trở (R_A và R_B trong sơ đồ mạch) và một tụ điện (C trong sơ đồ mạch) vào IC 555. Hai điện trở và tụ điện (giá trị) này được chọn một cách thích hợp để có được thời gian mong muốn ‘ON’ và ‘OFF’ tại các đầu ra (chân 3). Vì vậy, về cơ bản, thời gian ON và OFF ở đầu ra (nghĩa là trạng thái 'CAO' và 'THẤP' ở đầu ra) phụ thuộc vào các giá trị được chọn cho RA, RB và C. Chúng ta sẽ thấy nhiều hơn về điều này trên bộ đa năng đáng kinh ngạc phần thiết kế được đưa ra dưới đây.

Lưu ý: - Tụ điện C2 (0,01uF) được kết nối với chân số 5 (chân 5 - cực điện áp điều khiển) thực ra không cần sử dụng. Tụ điện này được sử dụng để tránh các vấn đề nhiễu có thể phát sinh trong mạch nếu chân đó bị hở.

Trước khi đến với phần giải thích nguyên lý hoạt động, ta hãy quan sát kỹ dạng sóng ngõ ra và dạng sóng của tụ C trong quá trình nạp xả luân phiên:

Chức năng cơ bản mạch tạo dao độnglà chuyển trạng thái đầu ra (từ CAO sang THẤP và từ THẤP sang CAO) theo các khoảng thời gian mong muốn, không có bất kỳ sự can thiệp nào từ bên ngoài. Chúng ta đạt được điều này bằng cách điều khiển cực xả (chân 7) của IC 555 thông qua một tụ điện (C). Bên trong IC 555, chân 7 được kết nối với đầu cực collector của transistor có đế được kết nối trực tiếp với đầu ra (đầu không đảo ngược - Q) của flip flop RS. Bạn phải lưu ý rằng Vout (chân 3 - đầu ra của IC 555) được lấy từ đầu ra đảo ngược của Q của flip flop. Vì vậy, khi đầu ra flip flop (không đảo ngược) Q ở mức CAO, Vout sẽ ở mức THẤP và khi đầu ra của flip flop Q ở mức THẤP, Vout sẽ ở mức CAO.

Bây giờ, hãy cùng với chúng tôi xem cách chuyển đổi tự động trạng thái ON và OFF tại đầu cuối Vout đạt được bằng tụ C được kết nối với đầu nối nhị phân-pin 7.

Sơ đồ khối của bộ định thời 555 được hiển thị trong hình trên. Một bộ định thời 555 có hai bộ so sánh (về cơ bản là 2 op-amps), một flip-flop R-S, hai trasistor và một mạng điện trở.

Mạng điện trở bao gồm ba điện trở bằng nhau (mỗi điện trở 5K Ohms) và hoạt động như một bộ chia điện áp. Lưu ý rằng mạng điện trở được thiết kế sao cho điện áp ở cực nghịch của Bộ so sánh 1 sẽ là 2 / 3Vcc và điện áp ở cực không đảo của Bộ so sánh 2 sẽ là 1 / 3Vcc.

Bộ so sánh 1 - so sánh điện áp ngưỡng (ở chân 6) với điện áp tham chiếu + 2/3 volt VCC.

Bộ so sánh 2 - so sánh điện áp kích hoạt (ở chân 2) với điện áp tham chiếu + 1/3 volt VCC.

Giả sử mạch được cấp nguồn và ngay bây giờ trạng thái ở đầu ra lật không đảo ngược - Q THẤP. Khi Q ở mức THẤP, Vout sẽ ở mức CAO (mà chúng ta gọi là Đầu ra hẹn giờ). Bạn thấy rằng Q được kết nối trực tiếp với đế của transistor (tại đầu cực xả). Vì vậy, khi Q ở mức THẤP, bóng bán dẫn sẽ ở trạng thái cắt (trạng thái TẮT). Ở trạng thái này, tụ C được kết nối trực tiếp với nguồn điện Vcc thông qua các điện trở RA và RB. Vì vậy, tụ điện sẽ bắt đầu sạc về phía điện áp cung cấp Vcc và hằng số thời gian sạc sẽ được xác định bởi các giá trị RA và RB là (RA + RB) * C. Các tụ điện sẽ sạc về phía Vcc và điều này sẽ làm tăng điện áp ngưỡng (điện áp trên chân 6) của IC 555. Khi tụ tích điện lên tới 2 / 3Vcc và hơn thế nữa, điện áp ngưỡng cũng sẽ vượt qua mức 2 / 3Vcc và điều này sẽ buộc đầu ra op amp (bộ so sánh 1) ở mức CAO (lưu ý rằng điện áp tham chiếu tại - đầu cuối của bộ so sánh 1 là 2 / 3Vcc). Vì đầu ra op amp của bộ so sánh 1 được kết nối 'S' (đầu vào SET) của flip flop, nên flip flop sẽ được kích hoạt và đầu ra Q (đầu ra không đảo ngược) của flip flop sẽ chuyển sang CAO. Bạn đã nhận được lên này? Bạn có thể nhớ lại rằng chúng tôi đã bắt đầu giải thích này bằng cách giả sử Q là THẤP ban đầu. Bây giờ là kết quả của việc sạc tụ điện, Q đã tự động chuyển CAO từ THẤP. Khi Q lên CAO, Vout sẽ tự động chuyển sang THẤP

Khi Q ở mức CAO, bóng bán dẫn ở chân 7 (cực xả) sẽ được BẬT và bóng bán dẫn sẽ bị bão hòa. Khi bóng bán dẫn được bão hòa, chân 7Â (đầu cực phóng điện) sẽ đóng vai trò là mặt đất cho tụ điện. Kết quả là, một đường dẫn mới có sẵn để tụ phóng điện từ mức 2 / 3Vcc xuống 0 volt. Tụ điện sẽ bắt đầu phóng điện qua đường dẫn mới (thông qua RB) và điều này sẽ dẫn đến việc giảm điện áp trên cực kích hoạt (chân 2) của 555 IC. Hằng số thời gian xả được xác định bởi RB * C. Khi tụ phóng điện xuống mức dưới 1 / 3Vcc, dẫn đến cùng một điện áp (điện áp của tụ) trên đầu cực kích hoạt (lưu ý rằng điện áp đầu vào tham chiếu tại + cực của bộ so sánh 2 là 1 / 3Vcc), đầu ra op amp của so sánh 2 sẽ lên CAO. Do đầu ra của bộ so sánh 2 được kết nối với ’R - - đầu vào đầu vào RESET của SR flip flop, đầu ra Q của flip flop sẽ đi từ CAO đến THẤP. Khi Q chuyển sang THẤP, Vout sẽ tự động chuyển sang CAO. Do đó, quá trình chuyển đổi tự động từ CAO sang THẤP và sau đó từ THẤP sang CAO đạt được trong Bộ đa năng ổn định. Chu kỳ lặp lại.

Chúng tôi đã hoàn thành thành công lời giải thích làm việc của một máy đo đa năng đáng kinh ngạc sử dụng IC 555. Bạn có thể thấy các dạng sóng đầu ra trong các sơ đồ được đưa ra ở trên. Hai tham số quan trọng mà chúng ta nên hiểu từ đầu ra của bộ định thời là thời gian BẬT (T_HIGH) và thời gian TẮT (T_LOW).

Thời gian BẬT - là thời gian mà Vout đầu ra của bộ hẹn giờ vẫn ở trạng thái CAO. Chúng tôi ghi nhận điều này với T_HIGH.

Thời gian TẮT - là thời gian mà Vout đầu ra hẹn giờ vẫn ở trạng thái THẤP. Chúng tôi ghi nhận điều này với T_LOW

Thời gian BẬT và Thời gian TẮT phụ thuộc vào các giá trị của R_A, R_B và C. Vì vậy, chúng ta có thể có được thời gian BẬT và thời gian TẮT mong muốn ở đầu ra bộ hẹn giờ với cách tính đúng các giá trị RA, RB và C.

Nguyên tắc thiết kế bộ tạo dao động dùng IC 555

Thời gian mà tụ C nạp điện từ 1/3 VCC đến 2/3 VCC bằng với thời gian đầu ra cao và được đưa ra T_HIGH = 0,693 (R_A + R_B) C, được chứng minh dưới đây.

Điện áp trên tụ bất cứ lúc nào trong thời gian sạc được đưa ra là Vc = Vcc (1 - e ^ (t / RC))

Thời gian của tụ điện để sạc từ Vcc/3 đến 2Vcc/3:

T_HIGH = 0,693 (R_A + R_B) C trong đó RA và R đơn vị Ohms và C đơn vị Fara

Thời gian mà tụ xả điện từ +2/3 VCC đến +1/3 VCC bằng với thời gian đầu ra thấp và được đưa ra là:

T_LOW = 0,693 R_B. C    trong đó đơn vị R_B là Ohms và C là Fara

Tổng chu kỳ dao động T = T_HIGH + T_LOW = 0,693 (R_A + 2R_B) C

Tần số dao động là nghịch đảo của chu kỳ tổng thể của dao động T được đưa ra là

f = 1 / T = 1,44 / (R_A + 2R_B) C

 Phương trình chỉ ra rằng tần số dao động không phụ thuộc vào nguồn áp Vcc

Thông thường chu kỳ hoạt động được sử dụng cùng với mạch tạo dao động:

Chu kỳ hoạt động, tỷ lệ thời gian T_HIGH trong đó đầu ra cao so với tổng khoảng thời gian T được đưa ra là:

% chu kỳ nhiệm vụ D = T_HIGH / T * 100 = (R_A + R_B) / (R_A+ 2R_B) * 100

Từ phương trình trên, rõ ràng là không thể thu được đầu ra sóng vuông (chu kỳ nhiệm vụ 50%) trừ khi R_A = 0. Tuy nhiên, có một mối nguy hiểm trong việc rút ngắn R_A về 0. Với R_A = 0 ohm, chân 7 được kết nối trực tiếp với + VCC. Trong quá trình phóng điện tụ qua R_B và transistor, một dòng điện phụ sẽ được cung cấp thêm cho transistor. Nó có thể làm hỏng bóng bán dẫn và do đó bộ đếm thời gian không hoạt động.