Brochage IC 555, circuits astables, monostables et bistables avec des formules explorées

Le message explique le fonctionnement de l'IC 555, ses détails de brochage de base et comment configurer l'IC dans ses modes de circuit standard ou populaires astable, bistable et monostable. Le post détaille également les différentes formules de calcul des paramètres IC 555.

introduction

Notre monde de passe-temps serait moins intéressant sans IC 555. Ce serait l'un de nos premiers circuits intégrés à utiliser en électronique. Dans cet article, nous allons revenir sur l'histoire de l'IC555, leurs 3 modes de fonctionnement et certaines de leurs spécifications.

IC 555 a été introduit en 1971 par une société appelée «Signetics», il a été conçu par Hans R. Camenzind. On estime qu'environ 1 milliard d'IC ​​555 sont fabriqués chaque année. C’est un IC 555 pour 7 personnes dans le monde.

The Signetics Company appartient à Philips Semiconductor. Si nous regardons le schéma de principe interne de l'IC 555, nous trouvons trois résistances de 5K ohms connectées en série pour décider du facteur de synchronisation, c'est probablement ainsi que l'appareil a obtenu son nom de minuterie IC 555. Cependant, certaines hypothèses prétendent que la sélection du nom n'a aucun rapport avec les composants internes du CI, il a été choisi arbitrairement.

Comment fonctionne IC 555

Un IC555 standard est composé de 25 transistors, 15 résistances et 2 diodes intégrées sur une puce en silicium. Il existe deux versions de l'IC disponibles, à savoir la minuterie militaire et civile de qualité 555.

Le NE555 est un CI de qualité civile et a une plage de températures de fonctionnement de 0 à +70 degrés Celsius. Le SE555 est un circuit intégré de qualité militaire et a une plage de température de fonctionnement de -55 à +125 degrés Celsius.

Vous trouverez également le Version CMOS de la minuterie connue sous le nom de 7555 et TLC555 ceux-ci consomment moins d'énergie que le 555 standard et fonctionnent moins de 5V.

Les minuteries de version CMOS sont constituées de MOSFET plutôt que de transistors bipolaires, ce qui est efficace et consomme moins d'énergie.

Brochage IC 555 et détails de fonctionnement:

1. Broche 1 : Terre ou 0 V: C'est la broche d'alimentation négative de l'IC
2. Broche 2 : Déclenchement ou entrée: Un déclenchement momentané négatif sur cette broche d'entrée fait passer la broche de sortie 3 à HAUT. Cela se produit par une décharge rapide du condensateur de synchronisation en dessous du niveau de seuil inférieur de 1/3 de la tension d'alimentation. Le condensateur se charge ensuite lentement via la résistance de synchronisation, et lorsqu'il s'élève au-dessus des 2/3 du niveau d'alimentation, la broche 3 redevient BAS. Cette commutation ON / OFF est effectuée par un TONGUES organiser.
3. Broche 3 : Sortie: C'est la sortie qui répond aux broches d'entrée soit en allant haut ou bas, soit en oscillant ON / OFF
4. Broche 4 : Réinitialiser: C'est la broche de réinitialisation qui est toujours connectée à l'alimentation positive pour le fonctionnement normal du CI. Lorsqu'elle est mise à la terre, réinitialise momentanément la sortie IC à sa position initiale, et si elle est connectée en permanence à la terre, les opérations IC sont désactivées.
5. Broche 5 : Contrôle: Un potentiel CC variable externe peut être appliqué sur cette broche pour contrôler ou moduler la largeur d'impulsion de la broche3 et générer un PWM contrôlé.
6. Broche 6 : Seuil: C'est la broche de seuil qui fait passer la sortie à BAS (0 V) dès que la charge du condensateur de synchronisation atteint le seuil supérieur de 2/3 de la tension d'alimentation.
7. Broche 7 : Décharge: Il s'agit de la broche de décharge contrôlée par la bascule interne, qui force le condensateur de synchronisation à se décharger dès qu'il a atteint le niveau de seuil de tension d'alimentation 2/3.
8. Broche 8 : Vcc: C'est l'entrée d'alimentation positive entre 5 V et 15 V.

3 modes de minuterie:

1. Déclencheur bistable ou Schmitt
2. Monostable ou one shot
3. Astable

Mode bistable:

Lorsque l'IC555 est configuré en mode bistable, il fonctionne comme une bascule basique. En d'autres termes, lorsque le déclenchement d'entrée est donné, il active ou désactive l'état de sortie.

Normalement, # pin2 et # pin4 sont connectés à des résistances de rappel dans ce mode de fonctionnement.

Lorsque la # pin2 est mise à la terre pendant une courte durée, la sortie à # pin3 passe à l'état haut pour réinitialiser la sortie, # pin4 est momentanément court-circuitée à la masse, puis la sortie devient basse.

Il n'y a pas besoin d'un condensateur de synchronisation ici, mais il est recommandé de connecter un condensateur (0,01 uF à 0,1 uF) entre # pin5 et la terre. # pin7 et # pin6 peuvent être laissés non connectés dans cette configuration.

Voici un circuit bistable simple:

Lorsque le bouton de réglage est enfoncé, la sortie devient élevée et lorsque le bouton de réinitialisation est enfoncé, la sortie passe à l'état bas. R1 et R2 peuvent être de 10 kohms, le condensateur peut être n'importe où entre la valeur spécifiée.

Mode monostable:

Une autre application utile de la minuterie IC 555 se présente sous la forme d'un circuit multivibrateur monostable ou monostable , comme illustré dans la figure ci-dessous.

Dès que le signal de déclenchement d'entrée devient négatif, le mode one-shot est activé, ce qui fait monter la broche de sortie 3 au niveau Vcc. La période de temps de la condition de sortie haute peut être calculée à l'aide de la formule:

• T_haut= 1,1 R_ÀC

Comme on le voit sur la figure, le front négatif de l'entrée force le comparateur 2 à basculer la bascule. Cette action fait passer la sortie de la broche 3 à l'état haut.

En fait, dans ce processus, le condensateur C est facturé pour VCC via la résistance EN DEHORS . Pendant que le condensateur se charge, la sortie est maintenue élevée au niveau Vcc.

Démo vidéo

Lorsque la tension aux bornes du condensateur atteint le niveau de seuil de 2 VCC / 3, le comparateur 1 déclenche la bascule, forçant la sortie à changer d'état et à descendre.

Cela réduit ensuite la décharge, provoquant la décharge et le maintien du condensateur à environ 0 V jusqu'au prochain déclenchement d'entrée.

La figure ci-dessus montre toute la procédure lorsque l'entrée est déclenchée à un niveau bas, conduisant à une forme d'onde de sortie pour une action monostable en un seul coup de l'IC 555.

La synchronisation de la sortie pour ce mode peut aller de quelques microsecondes à plusieurs secondes, ce qui permet à cette opération de devenir idéalement utile pour une gamme d'applications différentes.

Explication simplifiée pour les débutants

Les générateurs d'impulsions monostables ou à un coup sont largement utilisés dans de nombreuses applications électroniques, où un circuit doit être allumé pendant un temps prédéterminé après un déclenchement. La largeur d'impulsion de sortie à # pin3 peut être déterminée en utilisant cette formule simple:

• T = 1,1 RC

Où

• T est le temps en secondes
• R est la résistance en ohm
• C est la capacité en farads

L'impulsion de sortie tombe lorsque la tension aux bornes du condensateur est égale aux 2/3 du Vcc. Le déclenchement d'entrée entre deux impulsions doit être supérieur à la constante de temps RC.

Voici un circuit monostable simple:

Résolution d'une application monostable pratique

Découvrez la période de la forme d'onde de sortie pour l'exemple de circuit illustré ci-dessous lorsqu'elle est déclenchée par une impulsion de front négatif.

Solution:

• T_haut= 1,1 R_ÀC = 1,1 (7,5 x 10³) (0,1 x 10^-6) = 0,825 ms

Comment fonctionne le mode Astable:

En se référant à la figure de circuit astable IC555 ci-dessous, le condensateur C est facturé pour VCC niveau à travers les deux résistances R_Àet R_B. Le condensateur est chargé jusqu'à ce qu'il atteigne plus de 2 VCC / 3. Cette tension devient la tension de seuil sur la broche 6 du circuit intégré. Cette tension actionne le comparateur 1 pour déclencher la bascule, ce qui fait que la sortie sur la broche 3 devient basse.

Parallèlement à cela, le transistor de décharge est activé, ce qui entraîne la décharge de la sortie de la broche 7 du condensateur via la résistance. RB .

Cela fait chuter la tension à l'intérieur du condensateur jusqu'à ce qu'elle tombe finalement en dessous du niveau de déclenchement ( VCC / 3). Cette action déclenche instantanément l'étage de bascule du circuit intégré, provoquant une augmentation de la sortie du circuit intégré, désactivant le transistor de décharge. Cela permet encore une fois au condensateur de se charger via des résistances EN DEHORS et RB vers VCC .

Les intervalles de temps responsables de la rotation de la sortie haut et bas peuvent être calculés à l'aide des relations

• T_haut≈ 0,7 (R_À+ R_B) C
• T_faible≈ 0,7 R_B C

La période totale est

• T = période = T_haut+ T_faible

Didacticiel vidéo

Explication simplifiée pour les débutants

Il s'agit des modèles de multivibrateur ou d'AMV les plus couramment utilisés, comme dans oscillateurs, sirènes, alarmes , clignotants, etc., et ce serait l'un de nos premiers circuits mis en œuvre pour IC 555 en tant qu'amateur (rappelez-vous une LED clignotante alternative?).

Lorsque IC555 est configuré en tant que multivibrateur astable, il émet des impulsions de forme rectangulaire continues à # pin3.

La fréquence et la largeur d'impulsion peuvent être réglées par R1, R2 et C1. R1 est connecté entre Vcc et décharge # pin7, R2 est connecté entre # pin7 et # pin2 et aussi # pin6. Les # pin6 et # pin2 sont court-circuités.

Le condensateur est connecté entre # pin2 et la masse.

La fréquence pour Le multivibrateur astable peut être calculé en utilisant cette formule:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Où,

• F est la fréquence en Hertz
• R1 et R2 sont des résistances en ohms
• C1 est un condensateur dans les farads.

Le temps haut pour chaque impulsion donné par:

• Élevé = 0,693 (R1 + R2) * C

Le temps bas est donné par:

• Faible = 0,693 * R2 * C

Tout «R» est en ohms et «C» est en ohms.

Voici un circuit multivibrateur astable de base:

Pour les minuteries 555 IC avec transistors bipolaires, R1 avec une valeur faible doit être évitée afin que la sortie reste saturée près de la tension de terre pendant le processus de décharge, sinon le `` temps bas '' pourrait être peu fiable et nous pouvons voir des valeurs plus grandes pour un temps faible pratiquement que la valeur calculée .

Résolution d'un problème d'exemple astable

Dans la figure suivante, trouvez la fréquence de l'IC 555 et dessinez les résultats de la forme d'onde de sortie.

Solution:

Les images de forme d'onde peuvent être vues ci-dessous:

Circuit IC 555 PWM utilisant des diodes

Si vous voulez que la sortie soit inférieure à 50% du cycle de service, c'est-à-dire un temps élevé plus court et un temps faible plus long, une diode peut être connectée à travers R2 avec une cathode du côté du condensateur. Il est également appelé le mode PWM pour la minuterie 555 IC.

Vous pouvez également concevoir un Circuit 555 PWM avec cycle de service variable deux diodes comme indiqué sur la figure ci-dessus.

Le circuit PWM IC 555 utilisant deux diodes est fondamentalement un circuit astable dans lequel la synchronisation de charge et de décharge du condensateur Cl est bifurquée à travers des canaux séparés utilisant des diodes. Cette modification permet à l'utilisateur d'ajuster séparément les périodes ON / OFF du CI, et donc d'atteindre rapidement le débit PWM souhaité.

Calculer PWM

Dans un circuit IC 555 utilisant deux diodes, la formule de calcul du débit PWM peut être obtenue en utilisant la formule suivante:

T_haut≈ 0.7 (résistance R1 + POT) C

Ici, la résistance POT fait référence au réglage du potentiomètre et au niveau de résistance de ce côté particulier du pot à travers lequel le condensateur C se charge.

Disons que le pot est un pot de 5 K, et il est ajusté au niveau 60/40, produisant des niveaux de résistance de 3 K et 2 K. Ensuite, en fonction de la partie de la résistance qui charge le condensateur, la valeur pourrait être utilisée dans ce qui précède formule.

Si c'est l'ajustement latéral 3 K qui charge le condensateur, la formule pourrait être résolue comme suit:

T_haut≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

D'un autre côté, si c'est 2 K qui est du côté de la charge de l'ajustement du pot, alors la formule peut être résolue comme.

T_haut≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

N'oubliez pas que dans les deux cas, le C sera en Farads. Vous devez donc d'abord convertir la valeur microfarad de votre schéma en Farad, pour obtenir une solution correcte.

Les références: Échange de pile