Dziś przyjrzymy się bliżej bardzo ciekawemu i popularnemu układowi NE555.

Na tej lekcji wykorzystamy go do budowy generatora przebiegu prostokątnego. Podobny generator budowaliśmy już na lekcji 12 z układu CD40106. Teraz nasze zadanie jest o tyle łatwiejsze, że wystarczy otworzyć notę katalogową układu (dostępną tutaj) i sprawdzić co na ten temat mówi producent.

W rozdziale „Application information” znajdziemy przykłady wykorzystania tego układu. Na tej lekcji zbudujemy generator na podstawie danych zawartych w podrozdziale „Astable operation”.

Schemat 13 na stronie 7 pokazuje jak należy poprawnie podłączyć układ.

Napięcie jakie należy doprowadzić do układu ma mieścić się w przedziale od 5 do 15V. Nasze szeregowo połączone koszyki baterii  dają napięcie 12V. Dodatkowo aby mieć stabilną wartość napięcia zasilającego układ  wykorzystamy stabilizator napięcia +5V.

Mój schemat układu wygląda następująco:

Przyjrzyjmy się zasadzie działania układu.

Kondensator C jest ładowany przez prąd przepływający przez rezystory R_A i R_B. Gdy się naładuje, 7 nóżka układu NE555 zostaje zwarta do masy (na schemacie przedstawiającym budowę wewnętrzną NE555 widać, że jest ona połączona do masy za pomocą tranzystora), i to właśnie

przez nią następuje rozładowanie kondensatora C. Gdy rozładuje się on do pewnego poziomu prąd przestaje płynąć przez nóżkę 7 NE555 i znów kondensator ładuje się przez prąd przepływający przez rezystory R_A i R_B.

Cykl ładowania i rozładowywania kondensatora C wpływa na przebieg napięcia jakie otrzymujemy na wyjściu (nóżka 3), co obrazuje schemat 14 noty katalogowej:

Gdy kondensator się naładuje na wyjściu układu NE555 otrzymujemy napięcie, które powoduje przepływ prądu przez tranzystor BC547B oraz przepływ prądu przez diodę LED, a tym samym jej świecenie. Podczas rozładowywania kondensatora na wyjściu napięcie ok 0V zatem  tranzystor jak i dioda pozostają wyłączone.

Zasada działania naszego układu obrazują poniższe schematy:

Jak dobrać wartości poszczególnych podzespołów w naszym układzie? Zacznijmy od rezystora Rd. Załóżmy, że spadek napięcia na diodzie LED to 2V, a natężenie przepływającego przez nią prądu to 20mA.

Rd = (Vcc – Ud) / Id

Rd = (5V – 2V) / 20mA

Rd = 150Ω

Zanim przejdziecie do obliczenia rezystancji Rb zmierzcie współczynnik wzmocnienia. U mnie wynosi on 330.

Ib = Ic / β

Ib = 20mA / 330

Ib = 60μA

Rb = Vcc / Ib

Rb = 5V / 60μA

Rb = 83kΩ

Dobieramy dostępny w naszym zestawie rezystor o wartości Rb = 100kΩ. Prąd kolektora minimalnie się zmieni (zmniejszy się) jednak nie przeszkadza to w właściwym działaniu układu i dioda LED nadal pozostanie dobrze widoczna.

Jak dobrać rezystory R_A i R_B? Pomoże nam w tym nota katalogowa – pod schematem naszego układu (figure 13) znajdziemy takie oto wzory:

- na częstotliwość otrzymywanego na wyjściu przebiegu prostokątnego:

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

- na czas ładowania kondensatora C (w tym czasie na wyjściu sygnał jest wysoki)

t_H = 0,693 (R_A + R_B) C

- na czas rozładowywania kondensatora C (w tym czasie na wyjściu jest niski)

tL = 0,693 (R_B) C

Skoro znamy wzory, trzeba przyjąć pewne założenia: kondensator C będzie miał pojemność 100uF, będzie się ładował 4 sekundy, a rozładowywał w ciągu 1 sekundy.

t_L = 0,693 (R_B) C

1s = 0,693 x R_B x 0,0001F

R_B = 1s / (0,693 x 0,0001F)

R_B = 14430Ω

t_H = 0,693 (R_A + R_B) C

4s = 0,693 (R_A + 14430Ω) 0,0001F

R_A = 43290Ω

W miejsce R_A przyjmiemy rezystory: 47kΩ, , a w miejsce R_B rezystory: 10kΩ, 4,7kΩ.

Częstotliwość otrzymanego na wyjściu układu NE555 przebiegu prostokątnego:

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

f = 1,44 / (47kΩ + 14,7kΩ) 0,0001F

f = 0,18Hz

A oto mój układ na płytce stykowej.

Dodatkowo dołączam link do przydatnego prostego programu, który parametry układu  obliczy za nas. Należy jedynie podać wartości czasów jakie nas interesują aby układ generował impulsy według naszych potrzeb. Można  również zadać wartości rezystancji a obliczone zostaną czasy impulsów oraz częstotliwość. Program dodatkowo oblicza elementy potrzebne do  obwodu z tranzystorem można go ściągnąć tu

Program jest bardzo prosty w obsłudze, wystarczy wpisać wartości w odpowiednie pola a otrzymamy wynik. Warto podczas wpisywania wartości pamiętać aby nie wprowadzać np liter gdyż program w obecnej wersji nie jest zabezpieczony na taką ewentualność. Wpisanie litery spowoduje błąd, który wyłączy program.