آشنایی با آی سی 555

آی سی 555 یکی از معروفترین و پر کاربردترین آی سی های موجود در بازار الکترونیک است.

این آی سی به دو منظور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد:

1-به عنوان فرکانس ساز (ایجاد پالس که فرکانس و پهنای پالس آن از طریق مقاومت ها و خازن ها تعیین می شود،که در ادامه توضیح کامل آن داده خواهد شد.)

یکی از کاربردهای فرکانس سازها در مدارات فرستنده و گیرنده است.

2-به عنوان تایمر، در واقع وقتی فرکانس از حدی پایین تر باشد می توان از آی سی به عنوان تایمر استفاده کرد. به طور مثال فرض کنید فرکانس پالس آی سی 0.5 Hz باشد. (یادآوری: فرکانس = تعداد نوسان در یک ثانیه) پس هر دو ثانیه یک  پالس  در خروجی آی سی ایجاد خواهد شد. حال به دلیل این که خروجی آی سی دارای ولتاژ و جریان مناسبی است (تقریبا برابر با ولتاژ تغذیه) می توان در اکثر موارد آن را به رله (رله نوعی کلید است که با اعمال یک ولتاژ DC  به آن می توان آن را وصل کرد.) یا هر قطعه دیگر که قصد کنترل آن را داریم متصل نمود.

در شکل زیر می توانید پایه ها های آی سی 555 را مشاهده کنید.

بلوک دیاگرام داخلی آی سی 555 :

شرح عملکرد هریک از پایه ها :

1.    گراند (زمین): به پتانسیل صفر ولت متصل می شود.

2.    تریگر(برای اعمال تریگر به آی سی): چنانچه ولتاژ این پایه از VCC/3 کمتر شود ،با توجه به ورودی های مقایسه کننده آنالوگ دوم خروجی این این مقایسه کننده بالا رفته و باعث ست شدن فلیپ فلاپ Q=1 ( که با لبه بالا رونده کار می کند) می گردد.یعنی خروجی فلیپ فلاپ یا خروجی خود IC در این حالت بالا می رود و حتی اگر ولتاژ پایه 2 باز هم از VCC/3 بیشتر شود و خروجی مقایسه کننده پایین بیاید تغییری در خروجی مشاهده نمی­شود.

3.    خروجی: این پایه از طریق یک تقویت کننده جریان ولتاژ خروجی فلیپ فلاپ را برای استفاده در خارج IC منتقل می کند.

4.    ریست (راه اندازی مجدد): در صورت وصل شدن این پایه به زمین، آی سی مجددا راه اندازی میشود. توصیه می شود این پایه را با یک مقاومت به ولتاژ تغذیه متصل شود تا احتمالا نویز یا الکریسیته القائی باعث تحریک ناخواسته آن نشود.   

5.    کنترل ولتاژ: اگر بخواهیم ولتاژ آستانه بالایی (ترشولد Vu ) و آستانه پایینی (تریگر Vl) موجود در ورودی منفی مقایسه کننده اول و ورودی مثبت مقایسه کننده دوم ،همان 2/3VCC و VCC/3 بماند با این پایه کاری نداریم فقط برای تثبیت تغییرات ناگهانی ولتاژ ( ناشی از عدم تثبیت تغذیه یا عوامل دیگر بخصوص در زمان تغییر وضعیت فلیپ فلاپ) این پایه را با یک خازن 0.001 تا 0.1 میکرو فاراد با کیفیت خوب وصل می کنیم .آزاد گذاشتن این پایه در فرکانس های کم و جاهائیکه منبع تغذیه دارای تثبیت خوبی است و نویز کم است ، اشکالی ندارد . و اما چنانچه بخواهیم ولتاژ های آستانه را خودمان تغییر داده یا کنترل کنیم با اعمال هر منبع ولتاژی ( با مقاومت داخلی در حدود کمتر از 5 کیلو اهم) به پایه 5 ،همان ولتاژ برابر Vu و نصف آن برابر Vlخواهد بود . از این پایه برای مدولاسیون پهنای پالس یا کنترل تاخیر بوسیله ولتاژ و. .. استفاده می شود .

6.    ترشولد (آستانه): چنانچه ولتاژ پایه 6 از 2/3VCC ( یا ولتاژ پایه 5 ) بیشتر شود ، با توجه به ورودی های مقایسه کننده­ی اول ،خروجی مقایسه کننده High شده و فلیپ فلاپ را Reset و خروجی IC را صفر می کند.

7.    دشارژ: همانطور که از روی شکل پیداست، هنگامی که فلیپ فلاپ ست باشد خروجی Q فلیپ فلاپ ترانزیستور Q1 را قطع خواهد کرد (ولتاژ بیس صفر می شود)اما در هنگام Reset ترازیستور اشباع شده ، پایه 7 به زمین وصل می­شود . از این عمل بیشتر برای تخلیه خازن و رفتن به سیکل بعدی تایمینگ استفاده می شود. ولی بسته به نوع مدار و نظر طراح ، می تواند استفاده های دیگری هم داشته باشد .

8.    Vcc (تغذیه): ولتاژ تغذیه باید چیزی حدود 5V  تا 15V باشد.

چند کاربرد:

مونواستابل

مونو استابل دارای یک حالت پایدار است و در صورت اعمال تریگر مناسب به حالت ناپایدار منتقل شده ، ولی بعد از گذشت زمان مشخص t مجددا به حالت پایدار بر می گردد.

توضیح عملکرد :فرض می کنیم ابتدا خروجی در حالت low باشد. پس ترانزیستور اشباع است. در این حالت مدار هیچ تغییر وضعیتی پیدا نمی کند و این حالت پایدار است . با اعمال یک تریگر مناسب با پتانسیل منفی خروجی آی سی High می شود.در این حالت ترانزیستور خاموش می‌شود و مسیر برای شارژ خازن فراهم می شود.ولتاژ خازن از صفر ولت، شروع به افزایش کرده و به سمت Vcc حرکت می‌کند ولی هرگز به Vcc نمی رسد چون خازن به پایه آستانه متصل است و به محض رسیدن ولتاژش به 2/3Vcc (دو سوم تغذیه) خروجی آی سی مجددا low می‌شود و مدار به حالت پایدار بر می گردد.

 زمان High بودن خروجی به سادگی قابل اثبات است و رابطه آن در زیر دیده می شود.

همانطور که قابل مشاهده است این زمان با مقادیر مقاومت و خازن رابطه مستقیم دارد که مورد مطلوبی است . به جای مقاومت می توان یک پتانسیومتر قرار داد تا به زمان‌های مختلف دست یافت.

آستابل

آستابل دارای نوسان پایدار است . مرتبا از یک وضعیت به وضعیت دیگر منتقل می شود.(موج مربعی) کاربرد مقاومت R2 این است که خازن به سرعت شارژ و دشارژ نشود. از طریق روابط زیر می توان فرکانس کاری مدار ، زمان high یا یک بودن و زمان low یا صفر بودن بودن را بدست آورد.

توضیح عملکرد : ابتدا فرض می کنیم ترانزیستور خاموش است . پس خازن به سمت Vcc شارژ می‌شود ولی هنگامی که تا 2/3Vcc (دو سوم تغذیه) رسید چون به پابه آستانه متصل است خروجی low می شود. سپس ترانزیستور روشن می‌شود و خازن با ثابت زمانی R1*C به سمت صفر می رود تا به 1/3Vcc (ثلث منبع تغذیه) برسد در این لحظه پایه تریگر مجددا خروجی آی سی را High می‌کند وترانزیستور خاموش می شود. این سیکل مرتبا تکرار می‌شود . پس شکل موج خروجی ، یک موج مربعی است. شکل موج ایجاد شده روی خازن ،تقریبا یک شکل موج دندانه اره ای است.(به جای مقاومت می توان از منبع جریان استفاده کرد تا خازن با آهنگ یکسانی شارژ شود.)

کاربردهای دیگر

آی سی تایمر ۵۵۵ در ساخت اشمیت تریگر ، بای استابل ، مونواستابل ، آستابل و صدها مدار دیگر که از ترکیب همین مدارات پایه درست می شوند نیز کاربرد دارد.

آی سی‌های مشابه

بسته بندی‌های بزرگتری از این نوع آی سی نیز وجود دارند که شامل دو یا چهار آی سی تایمر می باشند.

آی سی تایمر دوتایی (۵۵۶)

ورژن دوتایی ، ۵۵۶ نام دارد که در آن دوآی سی تایمر مشابه 555 وجود دارد که دارای ۱۴ پایه می باشد.

آی سی تایمر چهار تایی (۵۵۸)

ورژن چهارتایی ۵۵۸ نام دارد که در آن چهار آی سی مشابه 555 وجود دارد که دارای ۱۶ پایه می باشد.

پایان

مهرداد مقدسی