Ablaktörlő Időzítő Kapcsolás 555 IC és MOSFET Felhasználásával
Az 555-ös időzítő IC széles körben használatos számos elektronikai áramkörben impulzusok generálására, időzítő/késleltetés, oszcilláció, hanggenerátor, LED fény villogó, multivibrátor stb. Az 555 időzítő egy integrált áramköri chip, amelyet általában időzítőkben, impulzusgenerátorokban és oszcilláló áramkörökben használnak. Ez egy nagyon olcsó és pontos időzítő IC, amely különféle időzítési alkalmazásokhoz használható a mikroszekundumoktól az órákig. Az 555 késleltető eszközként, flip-flopként vagy lengő elemként használható az áramkörben.
Az 555 Időzítő Alapjai
Az 555-ös időzítő egy chip és a legsokoldalúbb IC, amely különféle időtartamú impulzusok létrehozására és a legpontosabb és legstabilabb időzítési ciklusra használható, állítható impulzusszélességű és frekvenciájú folyamatos hullámformájú kimenetet, valamint magas és alacsony közötti váltást tud. állapotokat válaszul a bemenetekre. Ez az IC könnyen kezelhető 5V és 15V közötti feszültségtartományban 200mA teljesítmény mellett.
Az 555-ös időzítő neve a három 5kΩ-os ellenállásból származik, amelyeket az áramkörében használ a két komparátor referenciafeszültségének generálására. Az egyetlen 555 Timer chip alapvető formájában egy bipoláris 8 tűs mini Dual-in-line Package (DIP) eszköz, amely körülbelül 25 tranzisztorból, 2 diódából és körülbelül 16 ellenállásból áll, amelyek két komparátor, egy flip-flop és egy nagy áramkimenet.
A komparátor egy olyan áramkör, amelyet két magas feszültség összehasonlítására használnak. Összehasonlítja a bemenetet a szükséges referenciafeszültséggel, és az áramkör kimenetei LOW vagy HIGH jelek, attól függően, hogy a bemenet nagyobb vagy alacsonyabb feszültség, mint a referencia. A komparátorok kimenete közvetlenül az SR Flip Flop bemenetére kerül. Így az SR Flip Flop kimenete a komparátor kimeneti jelei szerint lesz beállítva, ami a Threshold és Trigger bemenetektől függ.
Az 555 IC Lábkiosztása és Funkciói
Az 555 IC 8 lába különböző funkciókért felelős, amelyek elengedhetetlenek a megfelelő működéshez:
Tapasztalatok ablaktörlő cserével kapcsolatban
- 1. érintkező - Földelés: A földelő érintkező az 555-ös időzítőt a negatív (0V) tápfeszültséghez köti.
- 2. láb - Trigger: Ha a 2. érintkező bemenete a CTRL feszültség 1⁄2-e alá esik (általában 1⁄3VCC), a kimenet magasra kerül és az időzítési intervallum elindul. Egyszerűbben, amíg a triggert alacsony feszültségen tartják, az OUT magas lesz. Az időzítő kimenete teljes mértékben függ az erre a tűre adott külső trigger feszültség amplitúdójától.
- 3. láb - Kimenet: Ez az időzítő kimeneti érintkezője. Akár 200 mA áramot is tud szolgáltatni, és 200 mA áramot is lenyel. A kimeneti érintkező bármilyen TTL áramkört meghajthat, és akár 200 mA áramerősségre is képes forráshoz és süllyesztéshez. A kimeneti feszültség körülbelül Vcc - 1.5 V, így egy kis hangszóró, LED-ek vagy nagyon kicsi motorok közvetlenül csatlakoztathatók a kimenetre.
- 4. láb - Reset: Az időzítési intervallumot vissza lehet állítani, ha ezt a bemenetet GND-re állítjuk, de az időzítés nem kezdődik el újra, amíg a RESET körülbelül 0.7 volt fölé nem emelkedik. Felülbírálja a TRIG-et, amely felülbírálja a THR-t.
- 5. érintkező - Vezérlőfeszültség (Control Voltage): Ez a tű az 555 időzítésének vezérlésére szolgál a feszültségosztó hálózat 2/3 Vcc szintjének felülbírálásával. Ha erre a lábra feszültséget kapcsolunk, a kimeneti jel szélessége az RC késleltetéstől vagy az időzítési hálózattól függetlenül változtatható. Ha a vezérlőfeszültség érintkezőjét nem használják, akkor a földjelre vagy az akkumulátor negatív feszültségére csatlakozik egy 10 nF-os kondenzátoron keresztül, hogy megakadályozza és elnyomja a zajt.
- 6. láb - Küszöb (Threshold): Ez a tű alaphelyzetbe állítja az időzítőt (alacsonyabbá teszi a kimenetet), ha a neki adott feszültség nagyobb lesz, mint Vth = 2/3 Vcc (feltéve, hogy a Trigger bemenet MAGAS marad).
- 7. érintkező - Kisütés (Discharge): A kisülési tüske belsőleg közvetlenül egy NPN tranzisztor kollektorához van csatlakoztatva, amelyet „kisütésre” használnak. Ezt a kisülésre használják úgy, hogy utat biztosítanak az időzítő kondenzátortól a földig, amikor a kimenet alacsony.
- Pin-8 - VCC: Ez az IC pozitív tápcsatlakozója. Bármilyen 4.5 V és 15 V közötti feszültségre csatlakoztatható.
Az 555 IC Üzemmódjai
Az ellenállásokkal és kondenzátorokkal különféle módon összekapcsolva három különböző módot kaphatunk. Az 555 kettős változata is elérhető az 556, amely két független 555-öt tartalmaz egy IC-ben, és 558-at, amely 4 555-ös időzítővel rendelkezik.
Monostabil Multivibrátor Üzemmód (Egylövéses Üzemmód)
Monostabil multivibrátor üzemmód Ennek az üzemmódnak az áramkörét egylövéses áramkörnek nevezzük. Ebben az üzemmódban az 555 funkció egyetlen indítógomb. A kimeneti feszültség egy beállított időtartamig (T) magas lesz, amikor az impulzus az IC 2. érintkezőjén észlelhető. A 2. lábon észlelt impulzust triggerelt impulzusnak nevezzük, amely egy leeső élfeszültség. Ez az a multivibrátor, amelyben az egyik állapot stabil, de a másik állapot instabil.
Alacsony pont impulzus bevitelekor egy bizonyos szélességű nagy potenciálú négyszöghullámú impulzus kerül kiadásra. A kimeneti impulzus akkor indul el, amikor a trigger bemeneti feszültsége a VCC 1/3-ára csökken. A kimeneti impulzus leáll, ha a kondenzátor feszültsége a VCC 2/3-ra emelkedik. Az impulzus szélessége az RC hálózat időállandójának a tényleges igényeknek megfelelő megváltoztatásával állítható be. A négyszöghullám-impulzusszélesség a következő összefüggésben áll az R3 és C2 értékekkel: Tp = 1,1 R3C2.
Amikor trigger történik, a multivibrátor instabil állapotba kerül, és egy bizonyos idő elteltével ismét stabil állapotba kerül. Az instabil állapot egy periódusa a T = 1.1 x RC kifejezést kapja. Alkalmazások közé tartoznak az időzítők, az impulzusvesztés-érzékelés, a visszapattanó ugrás-kapcsolók, a tapintás-kapcsolók, a frekvencia-megosztók, a kapacitásmérések, az impulzusszélesség-moduláció (PWM) és még sok más.
Astabil Multivibrátor Üzemmód
Ezt szabadon futó vagy önindító üzemmódnak is nevezik. Nincs stabil állapota, két kvázi-stabil állapota van (MAGAS és ALACSONY). Nincs szükség külső triggerelésre, és egy adott intervallumon belül automatikusan felcseréli a két állapotát, így téglalap alakú hullámformát generál. A HIGH és LOW kimenet ezen időtartamát a külső ellenállások és egy kondenzátor határozták meg. Az astabil üzemmód oszcillátor áramkörként működik. Stabil multivibrátor üzemmódban a kimenet folyamatosan magas és alacsony. Az oszcillációs frekvencia meghatározására szolgáló képlet: fosc= 1.4/(R1+2R2)C1.
Kezdetben alacsony a feszültség a C1-nél, a trigger lábnál és a küszöbérintkezőnél. Amikor a trigger tű feszültsége alacsony, a kimenet be van kapcsolva, és a kisülési érintkező ki van kapcsolva. Mivel a kisütőcsap ki van kapcsolva, az áram az R1 és R2 ellenállásokon keresztül folyik, majd a C1 kondenzátor töltődik. Amikor a C1 kondenzátor 2/3 Vcc-re töltődik, a kimenetet a küszöbérintkező lekapcsolja. Amikor a kimenet kikapcsol, bekapcsolja a kisütőcsapot. Ez lehetővé teszi, hogy a C1 kondenzátoron tárolt töltés a földre kerüljön. Stabil módot használnak a LED- és lámpavillogókban, impulzusgenerálásban, logikai órákban, hanggenerálásban, biztonsági riasztásokban stb. Ez a modell a 4017-es számláló órajelének adására is szolgált LED szekvencerhez stb.
Bistabil Multivibrátor Üzemmód (Schmitt Trigger Mód)
A Bistabil mód, amelyet néha Schmitt Triggernek is neveznek. Ebben az üzemmódban két stabil állapot van, az egyik állapot magas, a másik alacsony. Ha a Trigger bemenetet a 2. lábon alacsonyra veszi, az áramkör kimenete magas állapotba kerül. Mindaddig ugyanabban az állapotban marad, amíg külső trigger bemenetet nem alkalmaznak. Általában a bistabil multivibrátor alacsony szinten marad mindaddig, amíg triggerjelet nem alkalmaznak, és magasan marad mindaddig, amíg visszaállítási jelet nem alkalmaznak. Miután visszaállt az eredeti állapotába. Abban az esetben, ha a DIS csap üres és nincs külső kondenzátor, az 555 RS flip-flopként működik, és reteszkapcsolót képezhet.
Időzítés és Késleltetés az 555 IC-vel
Analóg késleltetést - ez idáig - csak kondenzátor feltöltési, vagy kisütési idejének (feszültségének) kapcsolásával valósítottak meg, mert töltésnél Ukondenzátor = Utáp*(1-exp. -t/T), ahol T=R*C időállandó [sec], s ebből a folyamat ideje t = T * lnUk/lnUtáp. Ebből következik, hogy hosszú időket nagy kapacitású kondenzátornak, nagy ellenálláson keresztül, a kondenzátornak a táphoz képest minél magasabb feszültségre töltésével lehet elérni. Viszont figyelembe kell venni azt is, hogy T idő háromszorosa után az exponenciális görbe gyakorlatilag alig emelkedik (vagy kisütésnél csökken), a feszültségváltozás alig mérhető, ami kapcsolásra alkalmatlan. Ezért 3*T -n belül kell az időzítést kapcsolni.
Az 555 IC késleltetési időhatárai tág határok közt változhatnak, és csak az R-C tagtól függnek. 10mF kondenzátor és 10Mohm ellenállás esetén is "csak" kb. 3 óra az időzítés. Egy kis trükkel ezt kb. a duplájára lehet növelni az alábbi kapcsolás szerint, ha a control bemeneten keresztül párhuzamosan kötünk egy ellenállást az első belső 5Kohmos ellenállással.
Még egy késleltetés növelési lehetősé az, hogy több 555 IC-t kötünk egymás után, ahol az első IC késleltetésének végén kimeneti jel lefutó éle indítja következő IC triggerét, az az utána következőt, és így tovább, a késleltetési idő végtelenig növelhető. R1 és C1 értékek időzítés igény szerint szabadon választhatók.
Javítsa meg a Nissan Juke ablaktörlőjét
How to Use the 555 Timer in Monostable, Astable, and Bistable Modes
A MOSFET Szerepe az Időzítő Kapcsolásban
Az 555 IC magas szintű kimenete 5V tápnál kb. 3,6V, és terhelhetősége 200mA. A kimeneti érintkező bármilyen TTL áramkört meghajthat, és akár 200 mA áramerősségre is képes forráshoz és süllyesztéshez. Mivel az ablaktörlő motorok általában nagyobb áramot igényelnek, mint amit az 555 IC közvetlenül képes szolgáltatni, egy kiegészítő kapcsolóelemre van szükség, amely képes kezelni a magasabb áramerősséget. Erre a célra ideális választás egy MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) tranzisztor, amely hatékonyan működik elektronikus kapcsolóként.
Az 555 időzítő kimenete (3. láb) közvetlenül vezérelheti a MOSFET kapuját (gate), ami aztán be- vagy kikapcsolja a motor tápellátását. A MOSFET előnye, hogy nagyon kis árammal vezérelhető, mégis képes jelentős áramot kapcsolni a fő áramkörben (drain-source ág), alacsony veszteségekkel. Ez teszi lehetővé, hogy a D tároló már meg hajthatja a kapcsoló MOSFET-et. Ha kimenetről relét vezérlünk, ugyanezek a funkciók megvalósíthatók, de a MOSFET általában gyorsabb és csendesebb megoldást kínál.
Ablaktörlő Időzítő Kapcsolás Felépítése Két 555 IC-vel
Az ablaktörlő időzítő áramkör megvalósításához gyakran alkalmazzák a két 555 IC-s konfigurációt az élindításos kikapcsolás késleltetéséhez, amely lehetővé teszi a szakaszos működést. Ebben az esetben az egyik 555 IC astabil üzemmódban működik, generálva a "szünetet" a törlések között, míg a másik 555 IC monostabil üzemmódban, beállítva az "egyes törlések időtartamát".
Az első 555 (astabil) kimenete triggeli a második 555-öt (monostabil) egy adott időközönként. A második 555 monostabil kimeneti impulzusa aztán meghajtja a kapcsoló MOSFET-et, amely az ablaktörlő motort kapcsolja. A kapcsolás a bemenetre adott negatív él hatására indul. A tényleges kikapcsolási időt az "E" potméterrel (és a hozzá kapcsolódó kondenzátorral) lehet beállítani. A kapcsolás könnyen átalakítható újraindításos üzemmódra is.
A C2 kondenzátort az R2 változtatható ellenállás és az R3 ellenálláson keresztül töltjük. Amint a kondenzátor feltöltődött az NE555 időzítő IC kimenetén feszültség jelenik meg. Ezen értékek alkalmazásával az áramkör körülbelül 5 - 120 másodperc közötti időtartamra állítható be. Amennyiben nagyobb időt szeretnénk beállítani, a kondenzátor értékét növeljük, vagy ha kisebb időközökre lenne szükségünk akkor pedig csökkentsük. Az R1 és C1 értékek időzítés igény szerint szabadon választhatók.
Gyakorlati Megfontolások
Az időkről - feszültségről... nem beszéltünk, azt neked kell beállítani. PNP tranzisztor helyett NPN -t is használhatunk, az alkalmazástól függően. Megjegyzendő, hogy Reset Vcc feszültségen engedélyezi, 0 potenciálon tiltja IC működését. Reset-ét 47K ellenálláson keresztül bekötni, a kapcsolási tranziensek véletlenszerű ki-be kapcsolásának kiküszöbölésére. Biztonsági okokból a vezérlőáramkört el kell választani a fő áramkörtől.