IC 555-oscillator-, alarm- og sirenekredsløb

I dette indlæg lærer vi, hvordan man opbygger og optimerer basale IC 555-oscillatorkredsløb, hvis bølgeformer kan forbedres yderligere til at generere komplekse lydeffekter såsom warble alarm, politisirene, alarm for rød alarm, star trek alarm osv.

Oversigt

Den grundlæggende tilstand, der normalt anvendes til fremstilling af IC 555-oscillatorer, er den forbløffende kredsløbstilstand.

Hvis vi ser på det stabile kredsløb vist nedenfor, skal vi find pinouts sluttede sig sammen på følgende måde:

• Triggerstift 2 kortsluttet til tærskelstift 6.
• En modstand R2 forbundet mellem ben 2 og afgangsstift 7.

I denne tilstand, når der tilføres strøm, oplades kondensatoren C1 eksponentielt via modstandene R1 og R2. Når opladningsniveauet stiger op til 2/3 niveau af forsyningsspændingen, får afladestiften 7 til at gå lavt. På grund af dette begynder C1 nu at eksponere eksponentielt, og når udladningsniveauet falder ned til 1/3 forsyningsniveau, sender en trigger ved pin 2.

Når dette sker, bliver pin 7 igen høj ved at starte opladningshandlingen på kondensatoren, indtil den lærer 2/3 forsyningsniveau. Cyklussen fortsætter uendeligt med at etablere den astable tilstand af kredsløbet.

Ovennævnte bearbejdning af det astable resulterer i to typer svingninger, der skal forekomme på tværs af C1 og på tværs af udgangsstift 3 på IC. På tværs af C1 skaber eksponentiel stigning og fald i spænding en savtandfrekvens, der vises.

Den indvendige flip-flop reagerer på denne savtandsfrekvens og konverterer derefter til rektangulære bølger ved udgangsstiften 3 på IC'en. Dette giver os de krævede rektangulære bølgesvingninger ved udgangen af ​​IC-pin 3.

Da oscillationsfrekvensen helt afhænger af R1, R2 og C1, er brugeren i stand til at ændre værdierne for disse komponenter for at få de ønskede værdier for ON OFF-perioderne for oscillationsfrekvenserne, hvilket også kaldes PWM-styring eller driftscyklusstyring .

Grafen ovenfor giver os forholdet mellem R1 og C1.

R2 ignoreres her, fordi dens værdi er ubetydelig lille sammenlignet med R2.

Grundlæggende firkantbølget oscillatorkredsløb ved hjælp af IC 555

Fra ovenstående diskussion lærte vi, hvordan en IC 555 kan bruges i den ustabile tilstand til at skabe et grundlæggende squarewave-oscillatorkredsløb.

Konfigurationen giver brugeren mulighed for at variere værdierne på R1 og R2 lige fra 1K til mange megaohm for at få et stort udvalg af valgbare frekvenser og driftscyklusser ved udgangsstiften 3.

Det skal dog bemærkes, at R1-værdien ikke bør være for lille, da kredsløbets effektive strømforbrug bestemmes af R1. Dette sker, fordi pin 7 under hvert C1-afladningsproces opnår jordpotentialet, der udsættes for R1 direkte over den positive og jordlinjen. Hvis dens værdi er lav, kan der være et betydeligt strømafløb, hvilket øger det samlede forbrug af kredsløbet.

R1 og R2 bestemmer også bredden af ​​de oscillerende impulser, der produceres ved IC 3's pin 3. R2 kan specifikt bruges til at kontrollere udgangsimpulsernes mærke / rum-forhold.

For de forskellige formler til beregning af driftscyklus, frekvens og PWM for en IC 555-oscillator (astabel) kan studeres i denne artikel .

Variabel frekvensoscillator ved hjælp af IC 555

Det astabile kredsløb, der er forklaret ovenfor, kan opgraderes med en variabel facilitet, der giver brugeren mulighed for at variere PWM og også frekvensen af ​​kredsløbet efter ønske. Dette gøres simpelthen ved at tilføje et potentiometer i serie med modstanden R2 som vist nedenfor. Værdien af ​​R2 skal være lille sammenlignet med potten.

I ovenstående opsætning kan svingningsfrekvensen varieres lige fra 650 Hz til 7,2 kHz gennem de angivne pottevariationer. Dette område kan øges og forbedres yderligere ved at tilføje en switch til valg af forskellige værdier for C1, da C1 også er direkte ansvarlig for at indstille udgangsfrekvensen.

Variable PWM Oscillator Circuits ved hjælp af IC 555

Ovenstående figur viser, hvordan en variabel mark pladsforhold facilitet kan føjes til ethvert grundlæggende IC 555 astabilt oscillatorkredsløb gennem et par dioder og et potentiometer.

Funktionen giver brugeren mulighed for at få de ønskede PWM- eller justerbare ON OFF-perioder for svingningerne ved udgangsstift 3 på IC'en.

I diagrammet til venstre oplader netværket, der involverer R1, D1 og potten R3 skiftevis C1, mens potten R4, D2 og R2 skiftevis afleder C1-kondensatoren.

R2 og R4 bestemmer ladning / afladning af C1 og kan justeres passende for at få det ønskede ON / OFF-forhold for udgangsfrekvensen.

Diagrammet til højre viser R3 position flyttet i serie med R1. I denne konfiguration er opladningstiden for C1 fastlagt af D1 og dens seriemodstand, mens potten kun tillader styring af afladningstiden for C1, deraf OFF-tiden for udgangspulser. Den anden pot R3 hjælper i det væsentlige med at ændre outputfrekvensen i stedet for PWM.

Alternativt, som vist i ovenstående figurer, kan det også være muligt at forbinde IC 555 i den astable tilstand til diskret justering af forholdet mellem mærke / rum (ON-tid / OFF-tid) uden at påvirke den oscillerende frekvens.

I disse konfigurationer øges impulslængden iboende, når pladsintervallet reduceres, og omvendt.

På grund af dette forbliver den samlede periode for hver firkantbølgecyklus konstant.

Hovedfunktionen ved disse kredsløb er den variable driftscyklus, som kan varieres lige fra 1% til 99% ved hjælp af det givne potentiometer R3.

I figuren til venstre oplades C1 skiftevis af R1, den øverste halvdel af R3 og D1, mens den aflades ved hjælp af D2, R2 og den nederste halvdel af potentiometer R3. I figuren på højre side oplades C1 skiftevis via R1 og D1 og den højre halvdel af potentiometer R3, og det aflades gennem venstre halvpotentiometer R3, D2 og R2.

I begge ovenstående stabler indstiller værdien af ​​C1 den oscillerende frekvens til omkring 1,2 kHz.

Sådan pause eller start / stop IC Astabel oscillatorfunktion med trykknap

Du kan udløse en IC 555 astabel oscillator ON / OFF på nogle få enkle måder.

Det kan gøres ved hjælp af trykknapper eller gennem et elektronisk indgangssignal.

I figuren ovenfor er pin 4, som er reset-pin på IC, jordforbundet gennem R3, og en push-to-ON-switch er forbundet over den positive forsyningsledning.

Pin 4 i IC 555 har brug for mindst 0,7 V for at forblive forudindtaget og for at holde IC-funktionen aktiveret. Ved at trykke på knappen aktiveres IC-stabil oscillatorfunktion, mens frigivelse af kontakten fjerner forspænding fra pin 4, og IC-funktionen deaktiveres.

Dette kan også implementeres gennem et eksternt positivt signal på pin 4 med afbryderen fjernet og R3 tilsluttet som den er.

I det andet alternativ som vist ovenfor kan pin 4 i IC ses permanent forspændt via R3 og den positive forsyning. Her er trykknappen forbundet over pin 4 og jorden. Dette indebærer, at når trykknappen trykkes deaktiverer IC-firkantbølgerne, hvilket får output til at dreje 0V.

Ved at frigive trykknappen begynder genereringen af ​​de forbløffende firkantede bølger normalt over pin 3 på IC'en.

Det samme kan opnås ved hjælp af et eksternt påført negativt signal eller et 0 V signal på pin 4 med R3 tilsluttet som det er.

Brug af pin 2 til styring af astabel frekvens

I vores tidligere diskussioner lærte vi, hvordan pulsgenerering af en IC 555 kunne styres via pin 4.

Nu vil vi se, hvordan det samme kan opnås gennem pin 2 på IC'en som vist ovenfor.

Når S1 trykkes, påføres pin 2 pludselig med et jordpotentiale, hvilket får spændingen over C1 til at falde til under 1/3 Vcc. Som vi ved, at når pin 2-spænding eller opladningsniveauet over C1 holdes under 1/3 Vcc ,, går udgangsstiftet 3 permanent højt.

Derfor forårsager tryk på S1 et spændingsfald over Cl under 1/3 Vcc, der tvinger udgangsstiftet 3 til at gå højt, så længe S1 forbliver trykket. Dette hæmmer den normale funktion af astable svingninger. Når trykknappen slippes, gendannes astbale-funktionen igen til normale forhold. Bølgeformen på højre side anerkender pin 3-responset efter tryk på trykknappen.

Ovenstående operation kan ligeledes styres ved hjælp af et eksternt digitalt kredsløb gennem dioden D1. En negativ logik ved diodens katode initierer de ovennævnte handlinger, mens en positiv logik ikke har nogen virkning og tillader funktionerne i den astable at genoprette sin normale funktion.

Sådan moduleres IC 555 oscillator

Pin 5, som er kontrolindgangen til IC 555, er en af ​​IC's vigtige og nyttige pinouts. Det letter brugeren at modulere udgangsfrekvensen på IC'en ved blot at anvende et justerbart DC-niveau på pin nr. 5.

Et stigende jævnstrømspotentiale får udgangsfrekvensens pulsbredde til at stige forholdsmæssigt, mens sænkning af jævnstrømspotentialet får frekvensimpulsbredden til at blive smallere forholdsmæssigt. Disse potentialer skal være inden for 0V og det fulde Vcc niveau.

I den ovenstående figur genererer justering af potten et varierende potentiale ved pin 5, som får oscillationsfrekvensens udgangsimpulsbredde til at ændre sig i overensstemmelse hermed.

Da moduleringen får outputpulsbredden til at ændre sig, påvirker det også frekvensen, da C1 er tvunget til at ændre sine opladnings- / afladningsperioder afhængigt af pot-indstillingen.

Når en varierende vekselstrøm med en amplitude mellem 0V og Vcc påføres ved stift 5, følger output PWM eller pulsbredde også den varierende vekselstrømsamplitude, der genererer et kontinuerligt tog af udvidelses- og indsnævringspulser en stift 3.

Et vekselstrømsignal kan også bruges til moduleringen, simpelthen ved at integrere pin 5 med en ekstern vekselstrøm gennem en 10uF kondensator.

Oprettelse af alarmer og sirener med IC 555

Den alsidige astable oscillatorkonfiguration af IC 555 giver os mulighed for at implementere den til fremstilling af forskellige typer sirener og alarmkredsløb. Dette bliver muligt, fordi en astabel dybest set er en bølgeformgenerator og kan tilpasses til at generere forskellige typer lydbølgeformer, der ligner alarm- og sirenelyde.

I figuren ovenfor kan vi se IC 555 konfigureret som en 800 Hz frekvens monoton alarmkredsløb .

Højttaleren kan have en hvilken som helst impedansværdi på grund af tilstedeværelsen af ​​den nuværende begrænsende modstand Rx. En sikker værdi kan være omkring 70 ohm 1 watt.

For at oprette et kontinuerligt alarmkredsløb med høj effekt kan vi opgradere ovenstående kredsløb gennem en effekttransistordriver Q1 og en mere kraftfuld højttaler, som vist nedenfor:

Da designet kan producere et højt niveau af krusningsvolumen, er D1 og C3 inkluderet for at forhindre krusningsinterferens med IC 555-funktionen.

Dioder D2 og D3 er inkluderet for at neutralisere de induktive koblingsspidser, der genereres fra højttalerspolen, og for at beskytte transistoren Q1 mod beskadigelse.

Pulserende IC 555-alarmkredsløb

Den forrige 800 Hz monotone alarm kunne konverteres til en mere forstyrrende pulserende 800 Hz alarm ved at tilføje en anden astabel multivibrator med tonegenerator kredsløbet som vist nedenfor.

Vi har allerede undersøgt, hvordan pin 5 kan bruges til at kontrollere IC 555's pulsbredde.

Her er IC 2 konfigureret som et 1 Hz-oscillatorkredsløb, som får pin 5 i IC 1 til skiftevis at blive lav ved en 1 Hz-hastighed. Dette får igen pin 3 800 Hz impulsbredde til at indsnævres i et omfang, der næsten slukker for Q1. Dette giver en 1Hz skarp pulserende alarmeffekt på højttaleren.

Warble He-Haw alarmkredsløb

Hvis du vil konvertere det tidligere design til en ørepierende krumningsalarm, kan du gøre det ved blot at erstatte D1-dioden med en 10 K modstand som afsløret i ovenstående diagram. Også kendt som he-haw alarm, disse bruges ofte i europæiske udrykningskøretøjer.

Vi ved, at pin 5 kan bruges med et eksternt høj / lavt signal til modulering af pin 3-output med en tilsvarende udvidelse / indsnævring af pulsbredder. Den 1 Hz alternerende høje lave forsyning ved pin 5 i IC2 tvinger output pin nr. 3 spænding af IC 1 til at generere en symmetrisk skiftende frekvens, der varierer fra 500 Hz til 440 Hz. Dette får højttaleren til at generere den krævede skarpe alarm med høj lydstyrke ved 1 Hz-hastighed.

At lave en politisirene

IC 555 kan også bruges til at fremstille et perfekt efterlignende politisirenkredsløb som vist ovenfor.

Kredsløbet er designet til at producere den typiske klagelyd, der ofte høres i politisirener.

Her er IC2 forbundet som en lavfrekvent oscillator med en frekvens indstillet til en 6 sekunders ON OFF-hastighed.

Den langsomme eksponentielle trekantbølgerampe, der genereres over dens C1, tilføres ved bunden af ​​Q1 konfigureret som en emitter tilhænger .

Frekvensen af ​​IC1 er indstillet til 500 Hz, som bliver dens centerfrekvens.

Den langsomt stigende og faldende rampe ved bunden af ​​Q1 følger ved dens emitter og modulerer pin 5 i IC1. Den langsomme rampe forårsager alternative cyklusser med langsom stigende spænding i 3 sekunder og langsom henfaldsspænding i de 3 sekunder på pin 5. På grund af denne pin 3-frekvens og PWM modulerer den også i overensstemmelse hermed, hvilket genererer den klagende politis sirenelydeffekt.

Red Alert Star Trek Alarm Circuit

Det sidste kredsløb på listen er en anden meget interessant lydeffektgenerator ved hjælp af den astable oscillator IC 555. Det er en alarmalarmgenerator med rød alarm, også kaldet star trek alarm på grund af dens hyppige brug i den populære tv-serie star trek.

Den røde alarmalarm starter typisk med en lavfrekvent tone, der stiger til en højfrekvensnote inden for et hurtigt span på omkring 1,15 sekunder og afskæres i 0,35 sekunder og stiger igen fra en lav til høj frekvens, og cyklussen fortsætter med at give anledning til stjernetrek-alarmen.

Ligesom de tidligere alarm- og sirenelydkredsløb gentager dette kredsløb også sekvensen, så længe den forbliver tændt.

IC 2 her er konfigureret som et ikke-symmetrisk oscillatorkredsløb. Kondensatoren C1 er skiftevis ladet gennem elementerne R1 og D1 og skiftes skiftevis gennem R2.

Dette producerer en hurtigt stigende og falmende savtandplusser på tværs af kondensatoren C1. Dette rampesignal er bufret af emitterfølgeren og påføres som en modulerende spænding til kontrolindgangsstiften 5 på IC1 via R7.

På grund af savtandens natur får denne bølgeform IC3 til pin 3-udgangsfrekvensen gradvist til at stige for den langsomt henfaldende del af bølgeformen og falder derefter hurtigt under den sammenbrudende del af bølgeformen.

Under hver af det forfaldne afsnit af bølgeformscyklussen slukker den tilsvarende rektangulære puls fra pin 3 i IC2 øjeblikkeligt OFF Q2, hvilket igen får pin2 i IC2 til at gå lavt. Dette afbryder C2-output og den stigende tone på højttaleren, hvilket giver anledning til den underlige røde alarm star trek alarm lydeffekt.

Tilbage til dig

Disse var nogle tip om, hvordan man bruger IC 555 til at skabe nyttige alarm- og sireneoscillatorkredsløb. Har du en anden interessant lydeffektgenerator ved hjælp af IC 555? Hvis du gør det, bedes du angive detaljerne her, vi vil meget gerne inkludere det i ovenstående liste.