آیسی 555 که به آی سی Timer هم معروف است بیشتر در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت استفاده می گردد و انواع تایمرها و نوسان ساز ها را می توان به کمک  آن تحقق بخشید.

آیسی تایمر 555، یكی از پركاربردترین آی سی هایی است كه برای مصارف زیادی قابل استفاده است، این آی سی دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای كم می باشد و بوسیله ی آن می توان تایمر هایی از مدت زمانهای كم تا چندین ساعت را ایجاد كرد همچنین این آیسی کاربردهای فراوانی دارد که از آن جمله می توان به تولید پالس، کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... اشاره کرد.

مدار موجود به صورت نوسان ساز کار می کند و با توجه به مقادیر R و C، فرکانس نوسان را می توان تعیین نمود؛ بدین ترتیب که مدت زمان یک یا صفر بودن پالس های خروجی این آیسی با خازن مشخص می شود که همان مدت شارژ و دشارژ شدن خازن توسط مقاومت مجاور آن است. با در اختیار داشتن مقادیر ظرفیت خازن و مقاومت، این زمان ها را می توان با دقت کافی محاسبه کرد.

وقتی فرکانس خروجی آیسی بیش از یک سیکل بر ثانیه (1 هرتز) می شود، مدار، نوسان ساز نامیده شده و در صورتی که فرکانس یادشده کمتر از حد مزبور باشد به آن تایمر می گویند.

حالات مختلف عملکرد IC 555

این آیسی در سه حالت مختلف کار می کند: A stabl, Mon stable, Bi stable

۱) حالت A stable :

در این حالت می توان با اتصال خازن و مقاومت به پایه های مناسب آیسی، به طور خودکار و بدون نیاز به تحریک اولیه، پالسهای ثابت و تعیین شده ای را ایجاد کرد(فرمول های این حالت در ادامه آورده شده است). در این حالت، فرکانس قطار پالس به مقدار R₁,R₂ و C بستگی دارد.

آیسی 555 در این حالت می‌تواند به عنوان یک نوسانگر عمل کند. همراه LED و فلاشرهای لامپی، مولد پالس، ساعت‌های منطقی، تولید صدا، آژیر امنیتی، مدولاسیون محل پالس و دیگر. همچنین می‌تواند به عنوان یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ساده استفاده شود، تبدیل مقدار آنالوگ به طول پالس. برای نمونه با انتخاب مقاومت گرمایی به عنوان مقاومت زمان‌بندی به آیسی اجازه می‌دهد تا دما را اندازه‌گیری کند: دوره پالس خروجی به عنوان دما در نظر گرفته می‌شود. سپس با استفاده از سیستم برپایه میکروپروسسور می‌توان دوره پالس را به دما تبدیل نموده، و با خطی‌سازی آن را تنظیم کرد.

۲) حالت Mon stable :

در این حالت، تولید و شکل پالس قابل کنترل است یعنی تولید پالس نیاز دارد به تحریک اولیه توسط یک عامل خارجی که این کار  از طریق اعمال به پایه 2 آیسی 555 صورت می گیرد.

در این حالت، آیسی به عنوان تولید پالس «One-Shot» عمل می‌کند. دستگاه‌های شامل زمان‌سنج، ردیابی پالس از دست رفته، کلید پرش-آزاد، کلید لمسی، تقسیم گر فرکانس، سنجش مقدار خازن، مدولاسیون عرض پالس، و دیگر.

پالس خروجی، زمانی که آیسی یک سیگنال به ورودی تریگر آن اعمال شود آغاز می‌شود به شرطی که دامنه این سیگنال از Vcc/3 کمتر باشد. پهنای پالس خروجی (طول زمانی پالس خروجی) می‌تواند توسط ثابت زمانی شبکه RC مشخص شود، که شامل یک خازن و یک مقاومت می‌شود. پالس خروجی زمانی تمام می‌شود که ولتاژ خازن به 2Vcc/3 می‌رسد. پالس خروجی می‌تواند بسته به نیاز کاربرد مخصوص با تغییر مقدار R و C طولانی‌تر و یا کوتاه‌تر شود. مدت زمان پالس خروجی (t)، یا مدت زمانی که طول می‌کشد تا خازن تا 2Vcc/3 شارژ شود به صورت زیر داده شده است:

t = R.C.Ln3 = 1.1*R.C

که t به ثانیه، R به اهم و C به فاراد است. هنگام استفاده از آیسی در حالت Mon stable، ضعف اصلی این است که بازه زمانی بین دو پالس تریگ باید از ثابت زمانی RC بیشتر باشد.

ج) حالت Bi stable :

در این حالت، آیسی 555 به عنوان یک فلیپ فلاپ عمل می‌کند. ورودی‌های trigger و reset (پایه‌های 2 و 4) با مقاومت‌های پول‌آپ در حالت بالا نگه داشته‌ می شوند درحالی که ولتاژ شکست (پایه 6) زمین شده است. با این تنظیمات، فشار دادن پایه trigger به زمین درجا به عنوان set و خروجی (پایه 3) را high می کند. فشار دادن ورودی reset به زمین به عنوان reset عمل می‌کند و خروجی را به زمین (Low) می‌برد. هیچ خازنی برای تنظیم حالت Bi stable نیست. پایه 5 (کنترل) توسط یک خازن با مقدار کم (معمولاً بین 0.01 تا 0.1 میکروفاراد) به زمین متصل می شود؛ پایه 7 (discharge) در هوا رها می‌شود(بدون اتصال می ماند).

نمودار خروجی حالات مختلف آیسی NE555 را می توانید در datasheet این آیسی مشاهده کنید، دانلود دیتاشیت

مشروح عملکرد آیسی در حالت A stable :

در عملکرد A stable، ترمینال trigger و ترمینال threshold برای تشکیل یک self-trigger به هم متصل(اتصال کوتاه) شده اند كه به عنوان يک نوسانگر چندگانه عمل می كند. زمانی که خروجی تایمر یک(=high) است، دشارژ ورودی Tr خاموش شده و V_C1 به صورت یک تابع نمایی با ثابت زمانی (R_A +R_B)*C افزایش پیدا می کند.

به نوبت، دشارژ Tr روشن شده و خازن C₁ از طزیق کانال دشارژ ایجاد شده به وسیله R_B و دشارژ Tr، تخلیه می شود. زمانی که V_C1 کمتر از Vcc/3 شود، خروجی مقایسه کننده(Comparator) موجود در پایانه trigger، یک(high) می شود وبه تبع آن خروجی تایمر هم یک(high) می شود. در این حالت دشارژ Tr خاموش شده و V_C1 دوباره افزایش می یابد.

در پروسه بالا، موقعی که خروجی تایمر یک(high) است زمانی است که V_C1 از Vcc/3 به 2Vcc/3 می رسد و موقعی که خروجی تایمر صفر(Low) است زمانی است که V_C1 از 2Vcc/3 به Vcc/3 افت پیدا می کند.

از مطلبی که در بالا گفته شد دو نتیجه به دست می آید:

یکی اینکه مدت زمانی که خروجی High است(t_H = t_on) برابر مقدار زمانی است که V_C1 به مقدار 2Vcc/3 می رسد و این یعنی:

t_on = t_H = LOWn2.(R₁ + R₂).C = 0.693.(R₁ + R₂).C

و دوم اینکه مدت زمانی که خروجی Low است(t_L = t_off) برابر مقدار زمانی است که V_C1 به Vcc/3 می رسد این یعنی:

t_off = t_L = Ln2.(R₂ + R_D).C

با در نظر گرفتن R_B >> R_D خواهیم داشت:

t_L = Ln2.R₂.C = 0.693.R₂.C

در نتیجه اگر تایمر در حالت A stable کار کند دوره تناوب آن خواهد بود:

T = t_on + t_off = 0.693.(R₁ + R₂).C + 0.693.R₂.C

T =0.693.(R₁ + 2R₂).C

و همچنین با فرکانس کاری:

F = 1 / T = 1.44 / (R₁ + 2R₂).C

لازم به ذکر نیست که دوره تناوب مجموع زمان شارژ و دشارژ است و فركانس، معكوس دوره تناوب می باشد.

پایه های آیسی:

پایه 1 (GND) : به خط صفر ولت(زمین) وصل می شود.

پایه 2 (trigger) : با آشکار سازی یک سوم ولتاژ خط، خروجی را High  می کند.

پایه 2، پایه 6 را کنترل می نماید. بدین ترتیب که اگر پایه 2، Low و پایه 6 هم Low باشد، خروجی به وضعیت High رفته و به همان حالت باقی می ماند. اگر پایه 6، High و پایه 2، Low شود، تا زمانی که پایه 2، Low باقی بماند، خروجی هم Low خواهد بود. این پایه امپدانس بسیار زیادی( در حدود 10 مگا اهم) داشته و با جریانی در حدود 1 میکروآمپر، راه اندازی می شود.

پایه 3 (Output) : پایه 3 این آیسی همواره پایه خروجی است. ولتاژ این پایه در حالت high حدودا 1 تا 2 ولت کمتر از ولتاژ خط(Vcc) است(وقتی جریان کشیده شده از مدار 10 میلی آمپر باشد،0.7 ولت کمتر و به ازای 200 میلی آمپر، 1.9 ولت کمتر) و در حالت low حدود 0.5 ولت می باشد و توانایی عبور جریانی نزدیک به 200 میلی آمپر را دارد. برای مثال وقتی ولتاژ خروجی حدود 10 ولت باشد،به ولتاژ تغذیه ای در حدود 12.6 ولت نیاز خواهیم داشت.

پایه های 3 و 7 هم فاز هستند یعنی وقتی پایه 7، high باشد این پایه هم high می شود و بالعکس.

پایه 4 (Reset) : از نظر داخلی از طریق یک مقاومت 100 کیلواهم، high است یعنی با این مقاومت به Vcc وصل است.  برای ریست شدن آیسی، ولتاژ زیر 0.8 ولت باید به آن اعمال شود.

پایه 5 (Control Voltage) : اعمال یک ولتاژ به این پایه، زمان بندی شبکه RC را به طور قابل ملاحظه ای تغییر می دهد.

پایه 6 (threshold) : با آشکار سازی دو سوم ولتاژ خط، فقط اگر پایه 2، High باشد، خروجی را high می کند. این پایه امپدانس بسیار زیادی (در حدود 10 مگااهم) داشته و با جریانی در حدود 0.2 میکروآمپر، تحریک می گردد.

پایه 7 (Discharge) : وقتی ولتاژ پایه 6، دو سوم ولتاژ خط شود، این پایه Low می گردد مشروط بر اینکه پایه 2 همHigh  باشد. اگر پایه 2، High باشد، پایه 6 می تواند High یا Low بوده و در هر صورت پایه 7 ،Low  باقی می ماند. وقتی پایه 2، یک سوم ولتاژ خط را شناسایی کند ( حتی با یک پالس Low )، اگر پایه 6، Low باشد، این پایه(پایه 7)، High شده و در همان وضعیت باقی می ماند. توجه داشته باشید که پایه های 7 و 3، هم فاز هستند. رفتار پایه های 3و 7 با هم یکی است ولی پایه 7،High  نشده و به اصطلاح باز می شود. ولی امکان Low شدن آن وجود داشته و در این حالت 200 میلی آمپر جریان می کشد، اگر می خواهید تراشه، توانایی کشندگی مناسبی از خود نشان دهد،پایه های 3 و 7 را به هم متصل کنید.

پایه 8 (Vcc) : به خط مثبت تغذیه متصل می شود.

منابع:

www.fa.wikipedia.org

www.madaresabz.com

جزوه آز مدار دانشگاه تهران