Circuite de oscilatoare, alarme și sirene IC 555

În acest post vom învăța cum să construim și să optimizăm circuitele de bază ale oscilatorului IC 555, ale căror forme de undă pot fi îmbunătățite și mai mult pentru a genera efecte sonore complexe, cum ar fi alarma sonoră, sirena poliției, alarma de alarmă roșie, alarma star trek etc.

Prezentare generală

Modul de bază care este utilizat în mod normal pentru realizarea oscilatoarelor IC 555 este modul de circuit astabil.

Dacă ne uităm la circuitul astel prezentat mai jos, noi găsiți pinouturile alăturat în modul următor:

• Pinul de declanșare 2 scurtcircuitat la pinul de prag 6.
• Un rezistor R2 conectat între pinul 2 și pinul de descărcare 7.

În acest mod, când se aplică puterea, condensatorul C1 se încarcă exponențial prin rezistențele R1 și R2. Când nivelul de încărcare urcă până la nivelul 2/3 al tensiunii de alimentare, determină scăderea știftului de descărcare 7. Datorită acestui fapt, C1 începe acum să se descarce exponențial și, atunci când nivelul de descărcare scade la 1/3 nivel de alimentare, trimite un declanșator la pinul 2.

Când se întâmplă acest lucru, pinul 7 se întoarce din nou, inițând acțiunea de încărcare a condensatorului până când acesta predă nivelul de alimentare 2/3. Ciclul continuă stabilind la infinit modul astabil al circuitului.

Funcționarea de mai sus a astabilului are ca rezultat două tipuri de oscilații care să apară pe C1 și pe pinul de ieșire 3 al CI. În C1, creșterea și scăderea exponențială a tensiunii creează o frecvență a dinților de ferăstrău.

Flip flop-ul intern răspunde la aceste frecvențe ale dinților de ferăstrău și se transformă apoi în unde dreptunghiulare la pinul de ieșire 3 al IC. Aceasta ne oferă oscilațiile de undă dreptunghiulară necesare la ieșirea pinului 3 IC.

Deoarece frecvența de oscilație depinde în totalitate de R1, R2 și C1, utilizatorul poate modifica valorile acestor componente pentru a obține orice valori dorite pentru perioadele ON OFF ale frecvențelor de oscilație, care se mai numește control PWM sau control ciclu de funcționare .

Graficul de mai sus ne oferă relația dintre R1 și C1.

R2 este ignorat aici, deoarece valoarea sa este neglijabil de mică în comparație cu R2.

Circuitul oscilatorului cu undă pătrată de bază folosind IC 555

Din discuția de mai sus, am aflat cum un IC 555 poate fi folosit în modul astabil pentru a crea un circuit oscilator de undă pătrată de bază.

Configurarea permite utilizatorului să varieze valorile R1 și R2 chiar de la 1K la mulți mega ohmi pentru a obține o gamă largă de frecvențe selectabile și cicluri de funcționare la pinul de ieșire 3.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că valoarea R1 nu ar trebui să fie prea mică, deoarece consumul efectiv de curent al circuitului este determinat de R1. Acest lucru se întâmplă deoarece în timpul fiecărui proces de descărcare C1 pinul 7 atinge potențialul de sol supus R1 direct peste linia pozitivă și de sol. Dacă valoarea sa este scăzută, poate exista o scurgere semnificativă de curent, crescând consumul total al circuitului.

R1 și R2 determină, de asemenea, lățimea impulsurilor oscilatorii produse la pinul 3 al IC. R2 poate fi utilizat în mod specific pentru controlul raportului semn / spațiu al impulsurilor de ieșire.

Pentru diferitele formule pentru calcularea ciclului de funcționare, frecvenței și PWM ale unui oscilator IC 555 (astabil) pot fi studiate în acest articol .

Oscilator cu frecvență variabilă folosind IC 555

Circuitul astabil explicat mai sus poate fi actualizat cu o facilitate variabilă care permite utilizatorului să varieze PWM și, de asemenea, frecvența circuitului după cum dorește. Acest lucru se face pur și simplu prin adăugarea unui potențiometru în serie cu rezistorul R2 așa cum se arată mai jos. Valoarea lui R2 trebuie să fie mică în comparație cu valoarea potului.

În configurația de mai sus, frecvența oscilației poate varia de la 650 Hz la 7,2 kHz prin variațiile indicate ale potului. Această gamă poate fi și mai mărită și îmbunătățită prin adăugarea unui comutator pentru selectarea diferitelor valori pentru C1, deoarece C1 este, de asemenea, direct responsabil pentru setarea frecvenței de ieșire.

Circuite oscilatoare PWM variabile folosind IC 555

Figura de mai sus arată cum a facilitate variabilă a raportului de spațiu poate fi adăugat la orice circuit oscilator de bază IC 555 de bază, prin câteva diode și un potențiometru.

Funcția permite utilizatorului să obțină orice PWM dorit sau perioade de ON OFF reglabile pentru oscilații la pinul de ieșire 3 al IC-ului.

În diagrama din stânga, rețeaua care implică R1, D1 și potul R3 încarcă alternativ C1, în timp ce potul R4, D2 și R2 descarcă alternativ condensatorul C1.

R2 și R4 determină rata de încărcare / descărcare a lui C1 și pot fi reglate corespunzător pentru a obține raportul ON / OFF dorit pentru frecvența de ieșire.

Diagrama din dreapta arată poziția R3 schimbată în serie cu R1. În această configurație, timpul de încărcare al lui C1 este fixat de D1 și rezistorul său de serie, în timp ce potul permite controlul doar pentru timpul de descărcare al lui C1, deci timpul de OPRIRE al impulsurilor de ieșire. Celălalt pot R3 ajută în esență la modificarea frecvenței ieșirii în locul PWM.

Alternativ, așa cum se arată în figurile de mai sus, poate fi, de asemenea, posibilă conectarea IC 555 în modul astabil pentru ajustarea discretă a raportului marca / spațiu (timp ON / OFF timp) fără a afecta frecvența oscilatorie.

În aceste configurații, lungimea impulsurilor crește în mod inerent pe măsură ce intervalul de spațiu este redus și invers.

Datorită acestui fapt, perioada totală a fiecărui ciclu de undă pătrată rămâne constantă.

Principala caracteristică a acestor circuite este ciclul de funcționare variabil, care poate fi variat chiar de la 1% la 99% cu ajutorul potențiometrului dat R3.

În figura din stânga, C1 este încărcat alternativ de R1, jumătatea superioară a lui R3 și D1, în timp ce este descărcată prin intermediul D2, R2 și jumătatea inferioară a potențiometrului R3. În figura din dreapta, C1 este încărcat alternativ prin R1 și D1 și jumătatea dreaptă a potențiometrului R3 și se descarcă prin jumătatea stânga potențiometrului R3, D2 și R2.

În ambele tabele de mai sus, valoarea lui C1 setează frecvența oscilatorie la aproximativ 1,2 kHz.

Cum să întrerupeți sau să porniți / opriți funcția oscilatorului IC Astable cu buton de apăsare

Puteți declanșa ON / OFF un oscilator astabil IC 555 în câteva moduri simple.

Se poate face folosind butoane sau printr-un semnal electronic de intrare.

În figura de mai sus pinul 4, care este pinul de resetare al IC-ului, este împământat prin R3 și un comutator push-to-ON este conectat pe linia de alimentare pozitivă.

Pinul 4 al IC 555 are nevoie de minim 0,7 V pentru a rămâne părtinitor și pentru a menține funcționarea IC activată. Apăsarea butonului activează funcția oscilatorului IC, în timp ce eliberați comutatorul elimină polarizarea de la pinul 4 și funcția IC este dezactivată.

Acest lucru poate fi implementat și printr-un semnal pozitiv extern pe pinul 4 cu comutatorul îndepărtat și R3 conectat așa cum este.

În cealaltă alternativă, așa cum se arată mai sus, pinul 4 al IC poate fi văzut permanent polarizat prin R3 și alimentarea pozitivă. Aici butonul este conectat la pinul 4 și la masă. Acest lucru implică atunci când butonul este apăsat, dezactivează undele pătrate ale ieșirii IC, determinând ieșirea să se întoarcă cu 0V.

Eliberarea butonului începe generarea undelor pătrate astabile în mod normal pe pinul 3 al IC.

Același lucru poate fi realizat printr-un semnal negativ aplicat extern sau un semnal de 0 V la pinul 4 cu R3 conectat așa cum este.

Utilizarea pinului 2 pentru controlul frecvenței stabile

În discuțiile noastre anterioare am aflat cum generarea impulsurilor unui IC 555 ar putea fi controlată prin pinul 4.

Acum vom vedea cum se poate obține același lucru prin pinul 2 al IC așa cum se arată mai sus.

Când S1 este apăsat, pinul 2 este brusc aplicat cu un potențial la sol, determinând ca tensiunea pe C1 să scadă sub 1/3 Vcc. După cum știm, atunci când tensiunea pinului 2 sau nivelul de încărcare de pe C1 este menținut sub 1/3 Vcc, pinul de ieșire 3 crește permanent.

Prin urmare, apăsarea S1 provoacă o cădere de tensiune pe C1 sub 1/3 Vcc forțând pinul de ieșire 3 să meargă cât timp S1 rămâne apăsat. Acest lucru inhibă funcționarea normală a oscilațiilor stabile. Când butonul este eliberat, funcția astbale este readusă la condiții normale. Forma de undă din partea dreaptă recunoaște răspunsul pinului 3 la apăsarea butonului.

Operația de mai sus poate fi, de asemenea, controlată utilizând un circuit digital extern prin dioda D1. O logică negativă la catodul diodei inițiază acțiunile de mai sus, în timp ce o logică pozitivă nu are efect și permite funcțiilor astabilului să-și restabilească funcționarea normală.

Cum se modulează oscilatorul IC 555

Pinul 5, care este intrarea de control a IC 555, este unul dintre pinouturile importante și utile ale IC. Facilitează utilizatorul să moduleze frecvența de ieșire a IC-ului pur și simplu prin aplicarea unui nivel DC reglabil pe pinul 5.

Un potențial DC în creștere determină creșterea proporțională a lățimii impulsului de frecvență de ieșire, în timp ce scăderea potențialului DC face ca lățimea impulsului de frecvență să devină mai îngustă proporțional. Aceste potențiale ar trebui să fie strict cuprinse între 0V și nivelul Vcc complet.

În figura de mai sus, reglarea potului generează un potențial variabil la pinul 5, ceea ce face ca lățimea impulsului de ieșire al frecvenței de oscilație să se schimbe în consecință.

Deoarece modulația determină modificarea lățimii impulsului de ieșire, aceasta afectează și frecvența, deoarece C1 este forțat să-și schimbe perioadele de încărcare / descărcare în funcție de setarea potului.

Atunci când un pin variabil având o amplitudine între 0V și Vcc este aplicat la pinul 5, ieșirea PWM sau lățimea impulsului urmează, de asemenea, amplitudinea alternativă CA generând un tren continuu de lărgire și îngustare a impulsurilor unui pin 3.

Un semnal de curent alternativ poate fi, de asemenea, utilizat pentru modulație, pur și simplu prin integrarea pinului 5 cu un CA extern, deși un condensator de 10 uF.

Efectuarea de alarme și sirene cu IC 555

Configurarea versatilă a oscilatorului astabil al IC 555 ne permite să o implementăm pentru realizarea diferitelor tipuri de sirene și circuite de alarmă. Acest lucru devine posibil, deoarece un dispozitiv inteligibil este practic un generator de forme de undă și poate fi personalizat pentru a genera diferite tipuri de forme de undă sonore, asemănătoare sunetelor de alarmă și sirenelor.

În figura de mai sus putem vedea IC 555 configurat ca un monoton de frecvență de 800 Hz circuit de alarmă .

Difuzorul poate avea orice valoare a impedanței, datorită prezenței rezistenței de limitare a curentului Rx. O valoare sigură ar putea fi în jur de 70 Ohmi 1 watt.

Pentru a realiza un circuit de alarmă continuă cu ton continu, actualizăm circuitul de mai sus printr-un driver de tranzistor de putere Q1 și un difuzor mai puternic, după cum se arată mai jos:

Deoarece proiectarea poate produce un nivel ridicat de volaj de ondulare, D1 și C3 sunt incluse pentru a preveni interferența de ondulare cu funcționarea IC 555.

Diodele D2 și D3 sunt incluse pentru a neutraliza vârfurile de comutare inductive generate de bobina difuzorului și pentru a proteja tranzistorul Q1 împotriva deteriorării.

Circuit de alarme IC 555 pulsat

Alarma monotonă anterioară de 800 Hz ar putea fi convertită într-o alarmă pulsată de 800 Hz mai intretretă prin adăugarea unui alt multivibrator astabil cu circuitul generatorului de ton, după cum se arată mai jos.

Am studiat deja modul în care pinul 5 poate fi utilizat pentru controlul lățimii impulsului IC 555.

Aici IC 2 este configurat ca un circuit oscilator de 1 Hz care face ca pinul 5 al IC 1 să devină alternativ scăzut la o rată de 1 Hz. La rândul său, acest lucru determină îngustarea lățimii impulsului de 3 800 Hz într-o măsură care aproape se oprește Q1. Aceasta produce un efect de alarmă cu impulsuri de 1Hz pe difuzor.

Circuitul de alarmă Warble He-Haw

Dacă doriți să convertiți designul anterior într-o alarmă de piercing în urechi, puteți face acest lucru prin simpla înlocuire a diodei D1 cu un rezistor de 10 K, așa cum este prezentat în diagrama de mai sus. Cunoscute și sub numele de alarmă he-haw, acestea sunt utilizate în mod obișnuit în vehiculele de urgență europene.

Știm că pinul 5 poate fi utilizat cu un semnal extern ridicat / mic pentru modularea ieșirii pinului 3 cu lățimea corespunzătoare a lărgirii / îngustării impulsurilor. Alimentarea alternativă ridicată de 1 Hz la pinul 5 al IC2 forțează tensiunea pinului de ieșire # 3 a IC 1 să genereze o frecvență de schimbare simetrică variind de la 500 Hz la 440 Hz. Acest lucru face ca difuzorul să genereze un sunet de alarmă puternic necesar pentru un volum ridicat, cu o rată de 1 Hz.

Realizarea unei sirene de poliție

IC 555 poate fi, de asemenea, utilizat pentru realizarea unui circuit de sirene de poliție care imită perfect, așa cum s-a demonstrat mai sus.

Circuitul este conceput pentru a produce sunetul tipic de plâns auzit frecvent în sirenele poliției.

Aici IC2 este conectat ca un oscilator de joasă frecvență cu o frecvență setată la o rată de pornire de 6 secunde.

Rampa de undă triunghi exponențială lentă generată pe C1 este alimentată la baza Q1 configurată ca adept emițător .

Frecvența IC1 este setată la 500 Hz, care devine frecvența sa centrală.

Rampa lentă de creștere și coborâre de la baza Q1 urmează emițătorului său și modulează pinul 5 al IC1. Rampa lentă provoacă cicluri alternative de creștere lentă a tensiunii timp de 3 secunde și tensiune de descompunere lentă timp de 3 secunde pe pinul 5. Datorită acestui pin, frecvența 3 și PWM modulează în consecință generând efectul sonor al sirenei poliției plângând.

Alertă roșie Star Trek Alarm Circuit

Circuitul final din listă este un alt generator de efecte sonore foarte interesant care utilizează oscilatorul astabil IC 555. Este generatorul de sunet de alarmă roșie, numit și alarma star trek datorită utilizării sale frecvente în popularul serial TV star trek.

De obicei, sunetul de alarmă de alarmă roșie se inițiază cu un ton de frecvență joasă, care crește la o notă de frecvență înaltă într-un interval rapid de aproximativ 1,15 secunde și se întrerupe pentru 0,35 secunde, iar din nou crește de la o frecvență joasă la înaltă, iar ciclul continuă să dea naștere sunetului de alarmă de alarmă roșie star trek.

La fel ca circuitele anterioare de alarmă și sunet sirene, acest circuit continuă să repete secvența atâta timp cât rămâne alimentat.

IC 2 aici este configurat ca un circuit oscilator nesimetric. Condensatorul C1 este încărcat alternativ prin elementele R1 și D1 și este descărcat alternativ prin R2.

Aceasta produce o creștere rapidă și decolorarea plusurilor din dinte de fierăstrău pe condensatorul C1. Acest semnal de rampă este tamponat de următorul emițător și aplicat ca o tensiune de modulare la pinul de intrare de control 5 al IC1 prin R7.

Datorită naturii dinților de ferăstrău, această formă de undă determină creșterea treptată a frecvenței de ieșire a pinului 3 al IC1 pentru porțiunea de descompunere lentă a formei de undă, și apoi scade rapid în timpul colapsului formei de undă.

În timpul fiecărei secțiuni de descompunere a ciclului formei de undă, impulsul dreptunghiular corespunzător de la pinul 3 al IC2 oprește instantaneu Q2, ceea ce la rândul său determină scăderea pinului 2 al IC2. Acest lucru întrerupe ieșirea C2 și tonul ascendent al difuzorului, dând naștere efectului de sunet alarma roșu alarma star trek.

Inapoi la tine

Ei bine, acestea au fost câteva indicii cu privire la modul de utilizare a IC 555 pentru crearea unor circuite utile de oscilatoare de alarmă și sirene. Aveți vreun alt generator de efecte sonore interesant care utilizează IC 555? Dacă faceți acest lucru, vă rugăm să furnizați detaliile aici, vom fi încântați să îl includem în lista de mai sus.