شبیه سازی IC تایمر 555 در پروتئوس (مدار های IC 555)

تایمر 555 یکی از محبوب ترین و پرکاربردترین آی سی ها می باشد. برای مدارهای مربوط به زمان بندی/زمان سنجی مناسب است. IC 555 شامل دو تقویت کننده عملیاتی است که در حالت حلقه باز یا مقایسه کننده کار می کنند،

قسمت قبل: شبیه سازی آپ امپ در پروتئوس (کار با Op-Amp)

RS Latch با ورودی Reset اضافی، یک ترانزیستور تخلیه، یک بافر معکوس کننده و یک تقویت کننده در مرحله خروجی. دارای یک مدار تقسیم کننده ولتاژ با سه مقاومت 5K اهم به صورت سری. دیاگرام داخلی آی سی 555 به شرح زیر است.

مقایسه کننده فوقانی-UC یک مقایسه کننده غیر معکوس است، سیگنال ورودی را با 2/3Vcc مقایسه می کند و مقایسه کننده پایینی-LC یک مقایسه کننده معکوس است که ورودی را با 1/3 Vcc مقایسه می کند. خروجی UC به عنوان ورودی R از RS Latch و خروجی LC به عنوان ورودی S از RS Latch داده می شود. RS Latch دارای ورودی Reset خارجی است که امکان تنظیم مجدد خروجی را به صورت آنی فراهم می کند. خروجی معکوس Latch ترانزیستور تخلیه را روشن/خاموش می کند. معکوس کردن بافر در مرحله خروجی، خروجی Latch را معکوس می کند و بار را هدایت می کند.

قفل Bistable با استفاده از 555

RS Latch در تایمر 555 را می توان با ورودی های Reset و Trigger استفاده کرد. خروجی با ورودی های لحظه ای اعمال شده در این ورودی ها تنظیم یا ریست می شود. همانطور که ورودی های S و R توسط خروجی های Op-Amp با ورودی های Triggerو threshold کنترل می شوند. در حالت معمولی باز سوئیچ ها، خروجی های Op-Amp به گونه ای است که ورودی های R، S برابر 0،0 است، یعنی حالت LOW که برای آن، خروجی RS Latch در حالت قبلی باقی می ماند.

مدار فوق یک قفل Bistable است که از ورودی های Trigger و Threshold در تایمر 555 استفاده می کند. خروجی UC (مقایسه‌کننده بالایی) که ورودی Reset به RS Latch است، زمانی که ورودی آستانه HIGH یا بیشتر از 2/3 Vcc باشد، HIGH است، بنابراین LOW می‌شود. هنگامی که ورودی Reset با ورودی Low Set به قفل HIGH باشد، خروجی Reset است یعنی Low. خروجی LC (مقایسه کننده پایین) که ورودی را روی RS Latch تنظیم می کند، زمانی که ورودی trigger برابر LOW یا کمتر از 1/3 Vcc باشد HIGH است، بنابراین High میشود. وقتی ورودی Set با ورودی Low Reset برابر HIGH باشد، خروجی HIGH میشود.

شبیه سازی قفل مونو استبل با 555

با استفاده از فازهای شارژ و دشارژ مدار RC به عنوان سیگنال ولتاژ پیوسته می توان مدارهای زمان بندی را طراحی کرد. هنگامی که ولتاژ در ورودی trigger از Vcc به زیر 1/3 Vcc می‌رسد، LC (مقایسه‌کننده پایین) تنظیم می‌شود و این به نوبه خود، RS-Latch را تنظیم می‌کند و از این رو، خروجی تنظیم (HIGH) می‌شود. ولتاژ دو طرف خازن به ترمینال غیر معکوس UC (مقایسه کننده بالایی) متصل می شود و با 2/3 Vcc از پیش تنظیم شده در ترمینال معکوس کننده Op-Amp مقایسه می شود. هنگامی که ولتاژ خازن از 2/3 Vcc بیشتر می شود، UC تنظیم می شود و این به نوبه خود، RS-Latch را ریست می کند و در نتیجه خروجی ریست می شود.

بنابراین، خروجی در طول زمان شارژ خازن از 1/3 Vcc تا 2/3 Vcc تنظیم می شود. این مدار برای تولید مدارهای تاخیر زمانی مانند رله تاخیر زمانی، عملیات یکباره بار در سوئیچینگ بار مبتنی بر سنسور مانند سنسور PIR و … استفاده می شود.

مولتی ویبراتور پایدار با استفاده از تایمر 555

مدار مونواستبل اصلاح می شود تا با اتصال ترمینال trigger و ترمینال Threshold، دوباره خود را راه اندازی کند. همانطور که در مدار مونو استبل، خروجی در طول دوره شارژ یک خازن تنظیم می شود. هنگامی که ولتاژ دو طرف خازن از 2/3 Vcc بیشتر می شود، خروجی تنظیم مجدد می شود. خازن از طریق Rb تخلیه می شود. از آنجایی که ولتاژ تمایل دارد به کمتر از 1/3 Vcc برسد، تایمر دوباره خود را راه اندازی می کند. بنابراین، خروجی در طول دوره تخلیه خازن تنظیم مجدد می شود.

با این حال، مدت زمان تنظیم و تنظیم مجدد با این مدار برابر نخواهد بود. مقاومت های Ra و Rb در شارژ خازن نقش دارند اما فقط مقاومت Rb در دوره تخلیه دخالت دارد. بنابراین، زمان شارژ قطعا بیشتر از زمان تخلیه خواهد بود، یعنی TON بیشتر از TOFF است. از این رو، این مدار را می توان برای تولید پالس های ساعت برای مدارهای دیجیتال استفاده کرد.

به این مولد موج مربعی گفته می شود که با تنظیم فرکانس موج در نت موسیقی مورد نظر می توان از آن برای تولید نت های موسیقی استفاده کرد. به عنوان مثال، تنظیم فرکانس در 440 هرتز و اتصال بلندگو در خروجی نت موسیقی “A” پیانو را می دهد. این نت به عنوان استاندارد تنظیم استفاده می شود.

شبیه سازی PWM فرکانس ثابت با تایمر 555

با مدار استیبل رایج، چرخه کاری PWM را نمی توان بدون تأثیر بر فرکانس کنترل کرد. با استفاده از مدار فوق می توان یک فرکانس ثابت با چرخه کاری متغیر را حفظ کرد. مدت زمان TON و TOFF به صورت جداگانه با قرار دادن دیودهای بای پس کنترل می شود. همانطور که از مقاومت متغیر نوع Pot استفاده می شود، فرکانس ثابت می ماند زیرا مقاومت کل Ra + Rb ثابت است.

PWM فرکانس متغیر با تایمر 555 در پروتئوس

با گنجاندن یک مقاومت متغیر به صورت سری با خازن در مدار فوق می توان فرکانس را همراه با چرخه کاری تغییر داد. از آنجایی که این مقاومت در هر دو دوره شارژ و دشارژ دخیل است، این بر نسبت کار تاثیری نمی‌گذارد.

این مدار را می توان برای کنترل سرعت موتورها، کنترل روشنایی چراغ ها و … استفاده کرد، حتی اگر فرکانس خاص برای عملکرد مناسب مانند فن های dc یا موتورهای dc شناخته نشده باشد می توان آن را با آزمون و خطا تنظیم کرد. حداقل دوره زمانی شکل موج به پتانسیومتر چرخه وظیفه و حداکثر دوره زمانی به پتانسیومتر فرکانس بستگی دارد. مقاومت های متغیر نباید در موقعیت های افراطی خود قرار گیرند یا از مقاومت های ثابت علاوه بر پتانسیومتر برای جلوگیری از این امر استفاده کنند.

مدار سوئیچینگ متوالی با IC تایمر 555

مولتی ویبراتور استبل را می توان به عنوان یک مولد پالس ساعت برای آی سی های دیجیتال مانند شمارنده ها استفاده کرد. CD 4017 یک شمارنده ده تایی است، بنابراین ده رویداد را می توان به ترتیب با این آی سی اجرا کرد. پالس ساعت را می توان در صورت لزوم روی مولتی ویبراتور استبل با گزینه فرکانس ثابت یا متغیر اعمال کرد.

همانطور که در شماتیک مدار نشان داده شده است، می توان مدت مرحله مورد نظر را با استفاده از دیودها به صورت مرحله ای افزایش داد. این مدار معمولا برای چراغ های روشنایی استفاده می شود. با استفاده از مدار فرکانس متغیر می توان سرعت اثر اجرا را تغییر داد.

نوسانگر ولتاژ کنترل شده (VCO)

ترمینال ولتاژ کنترل آی سی در داخل 2/3 Vcc از پیش تنظیم شده است. هنگامی که تایمر در حالت استیبل کار می کند، اگر این ولتاژ به صورت خارجی از طریق یک پتانسیومتر تغییر کند، سطوح ولتاژ از پیش تعیین شده ای که مقایسه کننده ها ولتاژ خازن را با آن مقایسه می کنند، تغییر می کند. این باعث تغییر لحظه های تنظیم و تنظیم مجدد تایمر می شود. با افزایش ولتاژ کنترل، دوره زمانی نوسان افزایش می یابد و بالعکس.

ژنراتور سیگنال رمپ با تایمر 555

مولتی ویبراتور استیبل با ترمینال تخلیه متصل به ترمینال threshold کمترین مقاومت را در طول دوره تخلیه خازن ارائه می دهد. این یک لبه منفی شدید در طول دوره تخلیه می دهد. یک ترانزیستور در مسیر شارژ خازن گنجانده شده است. با افزایش ولتاژ خازن، به دلیل مسیر موازی از طریق مقاومت ها در پایه ترانزیستور، خازن تقریباً به صورت خطی شارژ می شود. بنابراین سیگنال رمپ خطی در سراسر خازن زمان‌بندی تولید می‌شود.

شبیه سازی FSK با استفاده از تایمر 555

مولتی ویبراتور استبل با ورودی فرکانس انتخابی کلید تغییر فرکانس FSK را می دهد. ممکن است فرکانس را به صورت دستی از طریق یک پتانسیومتر تغییر دهیم، اما اگر باید با سیگنال دیجیتال تغییر کند، می توان از این مدار استفاده کرد. با قرار دادن یک مقاومت به موازات مقاومت های زمان بندی موجود، می توان دوره زمانی را تغییر داد. این کار با کمک ترانزیستور انجام می شود.

ما می توانیم هر تعداد مقاومت موازی را که لازم است افزایش دهیم، به شرطی که ورودی های کافی وجود داشته باشد.

PWM با سیگنال تعدیل کننده در پروتئوس

مولتی ویبراتور استبل با سیگنال تعدیل کننده در ترمینال ولتاژ کنترل، مدولاسیون عرض پالس را مطابق با سیگنال مدوله می دهد. برای این، نیاز اساسی این است که مدت زمان پالس مدار مونو استبل باید بسیار کمتر از دوره زمانی سیگنال تعدیل کننده باشد. فرکانس ورودی Trigger باید به مراتب بیشتر از سیگنال تعدیل کننده باشد. این نوع مدار عموماً در طراحی اینورتر استفاده می شود. ورودی Trigger حدود 20 کیلوهرتز استفاده می شود و سیگنال تعدیل کننده در این فرکانس سینوسی خواهد بود.

قسمت بعد: شبیه سازی پورت COM مجازی در پروتئوس