الأحداث
تفاصيل الدائرة المتكاملة للمؤقت 555
هي دائر متكاملة يطلق عليها اسم ثلاث خمسات ( 555 ) والاسم او الرقم المطبوع عليها يكون كلأتي
NE555 , NE555N , N555
جميعهم واحد ولكن يختلف الكود حسب نظام الشركة المصنعة
أولا : مقدمة
1- الوصف العام :
المؤقت 555 هو جهاز على درجة عالية من الاستقرار ويستخدم في توليد فترات ( أزمنة ) تأخيرtime delay دقيقة أو ذبذبات oscillation .
المؤقت 555 مزود بأطراف إضافية للبدء ( الاشعال – القدح( triggering وللتصفير( التحريرresetting ) تستخدم عند الحاجة .
عند العمل بنظام " التأخير الزمني " ( يسمى مذبذب متعدد أحادى الاستقرارmonostable ) يتم التحكم وبدقة فقط عن طريق دائرة مقاومة ومكثف خارجية .
عند العمل بنظام " المذبذب " ( يسمى مذبذب متعدد عديم الاستقرار astable ) يتم التحكم في التردد ودورة الخدمة بدقة عن طريق دائرة خارجية مكونة من مقاومتين ومكثف .
يمكن للدائرة البدء أو التحرير نتيجة أشكال الموجة الهابطة .
يمكن لدائرة الخرج أن تعمل كمصب ( تسحب أو تجر ) أو تعمل كمصدر ( تعطى ) بتيار حتى 200mA كما يمكنها تشغيل الدوائر من النوع TTL .
2- الخصائص :
· يمكن للمؤقت 555 العمل كمؤقت أو كمذبذب .
· في نظام العمل كمؤقت ( والمعروف بالنظام أحادى الاستقرار monostable ) يعمل المؤقت 555 ببساطة كمؤقت يقوم بتوليد نبضة أو ما يعرف باسم " طلقة واحدة ". one-shot
· عند توصيل نبضة بدء ( قدح – إشعال trigger ) إلى طرف البدء فإن خرج المؤقت يتحول من مستوى الجهد لمنخفض إلى مستوى الجهد المرتفع ولفترة زمنية يتم تحديدها بدائرة RC خارجية .
· في نظام العمل كمذبذب ( والمعروف باسم النظام عديم الاستقرار astable أو الحر ) يعمل المؤقت 555 كمولد نبضات مستطيلة حيث يمكن التحكم في الشكل الموجه الناتج ( فترة زمنية منخفضة أو فترة زمنية مرتفعة أو التردد ..) عن طريق دوائر شحن وتفريغ RC خارجية .
· المؤقت 555 سهل الاستخدام ( يحتاج إلى قليل من المكونات والحسابات ) ورخيص ويمكن استخدامه في الكثير من التطبيقات المذهلة . على سبيل المثال : توليد نبضات الساعة الرقمية digital clock و دوائر الفلاشر flasher ودوائر sirens الإنذار ) ودوائر التوقيت one-shot timer ودوائر تشغيل المفاتيح الخالية من الارتدادات ( القفزا bounce-free ) وتوليد أشكال الموجة المختلفة مثل الشكل الموجه المثلث triangular والموجة المربعة والمستطيلة .
3- مبادئ عمل المذبذب555 :
الشكل يبين مخطط صندوقي مبسط لما بداخل المؤقت 555 .
الدائرة الكاملة ( بالمكونات الخارجية ) تمثل المؤقت 555 يعمل بنظام المذبذب عديم الاستقرار astable .
أخذ المؤقت 555 هذا الاسم بسبب وجود 3 مقاومات قيمة كل منها 5-kΩ كما في الشكل .
هذه المقاومات تعمل كمقسم جهد بثلاثة درجات بين جهد المنبع ( VCC ) والأرضي .
نتيجة لذلك يكون جهد الطرف العلوي للمقاومة السفلية ( المتصل بطرف الدخل الموجب + للمقارن 2 ) 1 ⁄ 3VCC بينما يكون جهد الطرف العلوي للمقاومة الوسطى ( المتصل بالدخل السالب - للمقارن 1 ) 2 ⁄ 3VCC .
خرج أي مقارن ( مرتفع أم منخفض ) يعتمد على الجهد التماثلي الواصلة إلى دخليه .
إذا كان الدخل الموجب أكثر إيجابية من دخله السالب فإن مستوى خرجه المنطقي يكون مرتفعا.
والعكس إذا كان الدخل الموجب أقل من الدخل السالب فإن مستوى خرجه المنطقي يكون منخفضا .
يتم توصيل خرجي المقارنين إلى مدخلي القلاب (الفليب فلوب ( SR flipflop ويسميان مدخل الوضع set ومدخل التحرير reset .
حسب حالة المدخلين يكون خرج الفليب فلوب .
3- التعرف على وظائف أطراف المؤقت 555 :
· الطرف 1 : الارضى ground
· الطرف 2 : البدء(القدح – الاشعال ( trigger : الدخل إلى ألمقارن 2 والذي يستخدم في عمل set للفليب فلوب عندما يعبر جهد الطرف 2 من أكبر من إلى أقل من 1 ⁄ 3VCC عندئذ يتحول خرج المقارن إلى مرتفع ويقوم بعمل set للفليب فلوب .
· الطرف 3 : الخرج : output خرج المؤقت 555 عبارة عن مرحلة مكبر عاكس قادر على العمل كمصب ( سحب ) أو كمصدر ( إعطاء ) حوالي 200 mA مستوى جهد الخرج يعتمد على تيار الخرج ولكنه تقريبا .
· الطرف 2 : البدء(القدح – الاشعال ( trigger : الدخل إلى ألمقارن 2 والذي يستخدم في عمل set للفليب فلوب عندما يعبر جهد الطرف 2 من أكبر من إلى أقل من 1 ⁄ 3VCC عندئذ يتحول خرج المقارن إلى مرتفع ويقوم بعمل set للفليب فلوب .
· الطرف 3 : الخرج : output خرج المؤقت 555 عبارة عن مرحلة مكبر عاكس قادر على العمل كمصب ( سحب ) أو كمصدر ( إعطاء ) حوالي 200 mA مستوى جهد الخرج يعتمد على تيار الخرج ولكنه تقريبا .
· الطرف 4 : التصفير : reset يقوم بعمل rest أي يكون فعال عندما يكون منخفضActive-low والذي يجبر الخرج ( معكوس ǭ ) أن يكون مرتفعا وبالتالي يكون الطرف 3 ) الخرج ) منخفضا .
· الطرف 5 : جهد التحكم : control يستخدم في تخطى المستوى 2 ⁄ 3VCC عند الحاجة ولكنه غالبا ما يتم توصيله بالأرضي خلال مكثف إمرار 0.01-μF للتخلص من التداخلات الناتجة عن مصدر التغذية VCC توصيل جهد خارجي إلى هذا الطرف يعطى تحكم بوضع مستوى آخر للبدء.
· الطرف 6 : العتبة أو الحد threshold : وهو الدخل إلى المقارن العلوي والذي يستخدم في تحرير reset الفليب فلوب . عندما يعبر جهد الطرف 6 من أقل من إلى اكبر من 2 ⁄ 3VCC يتحول خرج المقارن العلوي إلى الحالة المرتفعة ويقوم بعمل reset للفليب فلوب .
· الطرف 7 : التفريغ discharge : متصل بالمجمع المفتوح للترانزستور NPN والذي يستخدم في عمل دائرة قصر لتوصيل الطرف 7 بالأرضي عندما يكون معكوس ǭ مرتفع ( والطرف 3 منخفض ) ويؤدى ذلك إلى تفريغ المكثف .
· الطرف 8 : جهد التغذية الموجب VCC : يكون بين 4.5 V و 16 V للمؤقت 555 المكون من دوائر TTL وقد يصل إلى اقل من 1 V في النوع CMOS .
ثانيا : أنظمة العمل للمؤقت 555 :
1- نظام العمل كمذبذب عديم الاستقرار astable :
· عند توصيل التغذية إلى الدائرة يكون المكثف غير مشحون .
· هذا يعنى أن جهد الطرف 2 يكون 0V فيجبر خرج المقارن 2 على أن يكون في مستوى جهد مرتفع .
· وهذا بدوره يقوم بعمل set للفليب فلوب بحيث يكون الخرج المعكوس ( رمزه ǭ ) منخفض ويكون خرج المؤقت 555 مرتفع نتيجة لوجود مكبر الخرج العاكس .
· وأيضا ونتيجة لوجود الخرج العاكس منخفضا يكون ترانزستور التفريغ في حالة عدم توصيل off بما يسمح بشحن المكثف من المنبع VCC وخلال المقاومة R1 والمقاومة R2 .
· عندما يزيد جهد المكثف عن 1 ⁄ 3VCC يتحول خرج المقارن 2 إلى الحالة المنخفضة وهذا ليس له تأثير على الفليب فلوب .
· عندما يزيد جهد المكثف عن 2 ⁄ 3VCC يتحول خرج المقارن 1 إلى الحالة المرتفعة ويقوم بتحرير reset الفليب فلوب فيجبر الخرج المعكوس على التحول إلى الحالة المرتفعة وتبعا له خرج المؤقت إلى الحالة المنخفضة .
· عند هذه النقطة يتحول ترانزستور التفريغ إلى التوصيل on ويقوم بعمل دائرة قصر لتوصيل الطرف 7 بالأرضي ليتم تفريغ المكثف خلال المقاومة R2 .
· عندما يهبط جهد المكثف إلى أقل من 1 ⁄ 3VCC يعود خرج المقارن 2 إلى الحالة المرتفعة ويقوم بعمل set للفليب فلوب ويتحول الخرج المكوس إلى الحالة المنخفضة وخرج المؤقت إلى الحالة المرتفعة .
· نتيجة لأن الخرج المعكوس منخفض يتحول الترانزستور إلى حالة الفصل off بما يسمح للمكثف بالشحن مرة أخرى من جديد .
· وتتكرر الدورة مرة تلو الأخرى وتكون النتيجة النهائية خرج على هيئة شكل موجه مربع بمستوى جهد تقريبا VCC 1.5 V - وفترات مستوى مرتفع ومستوى منخفض on / off تتحدد تبعا لقيم كل من المكثف C والمقاومة R1 والمقاومة R2 .
· الفترة الزمنية التي يكون فيها جهد الخرج منخفض (حوالي 0.1V ) تعتمد على قيمة حاصل الضرب ( R1×C ) يعرف بالثابت الزمني لدائرة التفريغ وقيمة مستوى 1 ⁄ 3VCC و مستوى 2 ⁄ 3VCC .
· والفترة الزمنية التي يكون فيها جهد الخرج مرتفعا حوالي VCC 1.5 V - تعتمد على الثابت الزمني لدائرة الشحن ( R1 + R2 ) ×C وأيضا على قيمة كل من المستويان 1 ⁄ 3VCCو2⁄3VC .
· العلاقات العملية الآتية تعبر عن النتائج :
tlow = 0.693 R2C
thigh = 0.693(R1+R2)C
دورة الخدمة : duty cycle
وهى تعبر عن الجزء من الوقت الذي يكون فيه الخرج مرتفعا بالنسبة للزمن الكلى للدورة وتعطى بالعلاقة :
Duty cycle = thigh / ( thigh + tlow ) = thigh / T
حيث T هو زمن الدورة الواحدة ( يسمى الزمن الدوري ) ويساوى مجموع زمن الجهد المنخفض وزمن الجهد المرتفع .
تردد الشكل الموجه فى الخرج frequency يعطى بالعلاقة :
F = 1 / T
· وللعمل السليم والموثوق فيه يجب أن تكون المقاومات في الحدود بين 10 kΩ و10 MΩ ومكثف التوقيت بين 100 pF و 1000 μF .
مثال :
2- نظام عمل المؤقت 555 كمذبذب متعدد أحادى الاستقرار Monostable :
· الشكل يبين طريقة توصيل المؤقت 555 كمذبذب متعدد أحادى الاستقرار ( توليد نبضة واحدة تسمى طلقة واحدة one-shot ) .
· المذبذب أحادى الاستقرار له حالة استقرار واحدة وهذا يعنى أنه لتحويل ( تغيير ) حالة الخرج نحتاج إلى توصيل نبضة بدء ( قدح – إشعال ( trigger خارجية .
· يكون الخرج منخفضا .
· وترانزستور التفريغ موصل on مما يجعل جهد الطرف 7 هو جهد الأرضي وبالتالي يحافظ على المكثف في حالة عدم شحن .
· الطرف 2 يكون جهده مرتفعا عن طريق مقاومة الجذب إلى أعلا 10K .
2- عند توصيل نبضة سالبة إلى طرف البدء 2 يجبر المقارن 2 ليكون خرجه موجب فيقوم بعمل set فليب فلوب ونتيجة لذلك يكون خرجه ( معكوس ǭ ) سالب وهذا يؤدى إلى جعل الخرج مرتفع ( لوجود مكبر الخرج العاكس ) .
3- نتيجة لذلك يتحول ترانزستور التفريغ إلى القطع ويسمح بشحن المكثف C خلال المقاومة R1 بدءا من الصفر متجها إلى VCC .
4- وعند وصول جهد المكثف إلى 2 ⁄ 3VCC يتحول خرج المقارن 1 إلى الحالة المرتفعة ويقوم بعمل reset الفليب فلوب نتيجة لذلك يتحول الخرج إلى الحالة المنخفضة كما يقوم بتحويل ترانزستور التفريغ إلى حالة التوصيل on ليسمح بالتفريغ السريع للمكثف في اتجاه0V يظل الخرج على هذه الحالة المنخفضة حتى وصول نبضة بدء ثانية .
الخلاصة :
دائرة المذبذب المتعدد أحادى الاستقرار لها حالة استقرار واحدة أي أن الخرج يكون 0V عمليا 0.1 V تقريبا حتى وصول نبضة بدء سالبة إلى الطرف 2 يمكن تنفيذ ذلك عن طريق توصيل الطرف 2 لحظيا بالأرضي باستخدام مفتاح ضاغط بين الطرف 2 والأرضي مثلا .
بعد وصول نبضة البدء يتحول الخرج إلى الحالة المرتفعة حوالي VCC − 1.5 V ولمدة زمنية تحدد ( تضبط ) بقيم الدائرة R1C .
وبدون الدخول في التفاصيل فإن عرض نبضة الخرج المرتفع تساوى ( 1.1× R1 ×C ) ويجب عمليا أن تكون المقاومة R1 في الحدود من 10 kΩ إلى10 MΩ والمكثف في الحدود من 100pF إلى 1000 μF .
مثال :
DATA SHEET FOR 555 Timer
