Obvod 555

Pre vytvorenia takéhoto signálu je veľmi vhodný obvod 555, kt. je vyrábaný od roku 1972 a je najuniverzálnejším integrovaným obvodom. 555-ke sa hovorí časovač (timer). Je určený na presné (precízne) časovanie. Vyvinula ho firma Signetics, rovnako ako aj typ 556, čo sú dve časovače 555 v jednom puzdre. Jediné čo sa dá 555-ke vyčítať je nevhodné zapojenie vývodov. Svoje pomenovanie 555-ka dostala od trojice rezistorov na vstupe, s hodnotou približne okolo 5 kiloohmov. Napájacie napätie (Ucc) može byť v rozsahu od 3V do 16V podľa výrobcu. Integrovaný obvod NE555 je určený pre rozsah pracovných teplôt od 0 °C až 70 °C a typ SE555 je vhodný pre teplotný rozsah od –55°C až +125°C. Vysokú teplotnú stabilitu získal vďaka dômyselnému spôsobu získavania referenčného (porovnávacieho) napätia, podľa kt. vyhodnocuje zmeny napätia na vstupoch komparátorov. Je získavané jednoduchým deličom z napájacieho napätia (3 x 5kohm). Referenčné hodnoty z deliča napätia sú preto vždy 1/3Ucc a 2/3 Ucc, takže aj pri zmene alebo pri kolísaní napájacieho napätia, pomer 1/3 a 2/3 ostáva vždy rovnaký a na samotnej hodnote preto nezáleží.

Popis vývodov:

1 - zem - mínus pól, Ground GND
2 - spúšťanie - Trigger, 2/3Ucc
3 - výstup - Output, max. 200mA
4 - nulovanie - Reset, 0,4 - 1V / 0,1mA
5 - riadiace napätie - Control voltage CV, do 2/3Ucc
6 - práh - Treshold, 1/3Ucc
7 - vybíjanie - Discharge
8 - kladný pól napájacieho napätia +Ucc, max. 16V

Vnútorné zapojenie obvodu:

Obvod 555 má hlavné vstupy (výv. 2 a 6), pomocné vstupy (4 a 5) a hlavný (3) a pracovný výstup (7). Hlavný vstup tvoria 2 komparátory, dolný - spúštací (K2) a horný - vypínací (K1), ktoré sú napojené na R-S klopný obvod (KO). R-S KO slúži na odstránenie prípadných zákmitov oboch komparátorov. Preto je vhodný aj na vyhodnocovanie veľmi pomaly-sa meniacich napätí. Bez vonkajších súčiastok sa chová 555-ka ako komparátor s hysteréziou rovnako ako Schmittov KO. Na vstup 555-ky je možné priviesť analógový alebo digitálny signál. Výstup je iba digitálny.

Vnútorné zapojenie obvodu

Činnost obvodu 555
Ak na vstupe "spúšťanie" (2) poklesne napätie pod 1/3Ucc, dolný komparátor K2 skokovo prestaví R-S KO. Na výstupe (3) sa objaví log. 1 - vysoky stav "H".
Tento stav trvá pokiaľ napätie na vstupe "práh" (6) nepriesiahne hodnotu 2/3Ucc. Horný komparátor K1 prestaví KO R-S, na výstupe (3) sa objaví log. 0 a zároveň sa zopne tranzistor na pracovnom výstupe (7).

Činnosť "AKO s 555-kou"
Na vstupoch spúšťanie (2) a práh (6) je zapojený kondenzátor, ktorý je nabíjaný cez rezistory Ra a Rb, čím na ňom stúpa napätie. Až dosiahne hodnotu 2/3Ucc, horný komparátor K1 preklopí R-S KO a pracovný výstup (výv.č.7 - tranzistor v zapojení "otvorený kolektor"), ktorý je tiež spojený cez rezistor Rb s kondenzátorom, ho začne vybíjať (cez Rb !). Keď klesne vybíjaním hodnota napätia na kondenzátore pod hodnotu 1/3 Ucc, vstup "práh" (2) zaúčinkuje a preklopí späť KO R-S, tranzistor (7) sa uzavrie a kondenzátor sa začne opäť nabíjať (po 2/3Ucc) a tak sa celý dej nabíjania a vybíjania neustále opakuje.

Na hlavnom výstupe (3), ktorý je spojeny s R-S KO sa takto strieda stav vysoký "H" a nízky "L". Tomuto zapojeniu sa hovorí "AKO" - astabilný klopný obvod.

Animovaná ukažka činnosti obvodu 555 v zapojeni AKO - blikač s LED

Nabíjanie kondenzátora pri prvom zapnutí začína z nuly a pokračuje cez 1/3Ucc až k 2/3 Ucc. Preto je čas keď je na výstupe (3) stav log. 1 "H" hneď po zapnutí 2x dlhší ako ďalšie, keď nabíjanie a vybíjanie priebeha len medzi hodnotami 1/3Ucc a 2/3Ucc.

Výstup (3) tvorí dvojica tranzistorov kt. môžu dodať alebo prijať max. 200mA. Záťaž môže byť na tento výstup pripojená k zápornému alebo aj ku kladnému pólu. Ak sa tento výstup spája s TTL obvodmi, odporúča sa pripojiť na výstup blokovací kondenzátor 1nF smerom k zemi.

Vstup Reset (4) sa používa na zastavenie činnosti obvodu, ak sa na jeho vstupe objaví nízky stav (0,4V - 1V), prestaví sa R-S KO a na výstupe (3) sa objaví log.0 a pracovný výstup (7) vybíja kondenzátor. Ak sa vstup Reset (4) nevyužíva, vačšinou je priamo spojený s +Ucc (alebo cez akýkoľvek rezistor), keďze vysoký stav "H" nemá na vstup Reset (4) žiadny vplyv.

Na pomocnom vstupe CV (5) môžeme ovplyvňovať hodnotu prahových napätí oboch komparátorov. Väčšinou je cez kondenzátor s kapacitou 10nF spojený s vývodom č.1. Preto sa často označuje aj ako kondenzátor C51.

Hodnoty pripojených súčiastok určujúcich časy :

Rezistory v rozmedzí od 2k do 20M, kondenzátory od 50pF do 6,8uF.
Pre väčšie hodnoty uz klesá opakovacia presnosť časového intervalu a už to potom nie je precizný časovač ako sa o ňom hovorí. U menších hodnôt sa naráža na kmitočtovú hranicu časovača 555, ktorá je do 1MHz.

Veľmi dobrá ukážka závislosti hodnôt súčiastok je aj na nasledujúcej stránke, je napísaná v programovacom jazyku Java.