الثلاثاء , سبتمبر 22 2020

الموقت الزمني 555

إن الموقت 555 IC عبارة عن دائرة (رقاقة) متكاملة تستخدم في مجموعة متنوعة من تطبيقات المؤقت والتأخير وتوليد النبض

ومذبذب .اشتق منها  ( 556 )التي تحوي دائرتين  و ( 558 ) التي تحوي اربع دائرات في عبوة واحدة.  تم تقديمه عام 1972 بواسطة شركة Signetics ، لا يزال 555 مستخدمًا على نطاق واسع نظرًا لانخفاض سعره وسهولة استخدامه وثباته. جعلت العديد من الشركات تصنع الموقتات ثنائية القطب  وموقتات CMOS منخفضة الطاقة المماثلة أيضًا. اعتبارًا من عام 2003 ، تم تقدير أنه تم تصنيع مليار وحدة كل عام.الدائرة المتكاملة 555 هي الدائرة المتكاملة الأكثر تصنيعًا على الإطلاق.

 

انه أحد هذه الأجهزة التي كانت موجودة منذ الأيام الأولى من IC’s والتي أصبحت في حد ذاتها شيئًا من “معيار” الصناعة هو 555 Timer Oscillator الذي يُطلق عليه أكثر شيوعًا “555 Timer” .

حصل المؤقت 555 الأساسي على اسمه من حقيقة وجود ثلاثة مقاومات 5kΩ متصلة داخليًا والتي يستخدمها لتوليد الفولتية المرجعية للمقارنات. جهاز توقيت 555 IC هو جهاز توقيت دقيق رخيص للغاية وشائع ومفيد ويمكن أن يعمل إما كمؤقت بسيط لتوليد نبضات مفردة أو تأخير زمني طويل ، أو كمذبذب استرخاء ينتج سلسلة من أشكال الموجة المستقرة لدورات عمل متغيرة من 50 إلى 100٪.

تعد شريحة المؤقت 555 جهازًا قويًا ومستقرًا للغاية مكون من 8 سنون ويمكن تشغيله إما كجهاز هزاز متعدد الدقة أحادي الاستقرار أو ثنائي الاستقرار أو قابل للاستقرار لإنتاج مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل مؤقت اللقطة الواحدة أو تأخير الوقت ، وتوليد النبضات ، ومصابيح LED ومصباح. ، وأجهزة الإنذار وتوليد النغمات ، والساعات المنطقية ، وتقسيم التردد ، وإمدادات الطاقة والمحولات ، وما إلى ذلك ، في الواقع أي دائرة تتطلب شكلاً من أشكال التحكم في الوقت لأن القائمة لا حصر لها.

555 Timer الفردية في شكلها الأساسي عبارة عن جهاز ثنائي القطب صغير ثنائي الخط ذو 8 سنون يتكون من 25 ترانزستور و 2 صمامات ثنائية وحوالي 16 مقاوما مرتبة لتشكيل مقارنين ، فليب فلوب و a مرحلة الإنتاج الحالية العالية كما هو موضح أدناه. بالإضافة إلى 555 Timer ، يتوفر أيضًا NE556 Timer Oscillator الذي يجمع بين فردين 555 داخل حزمة DIP واحدة ذات 14 سنًا وإصدارات CMOS منخفضة الطاقة لمؤقت 555 الفردي مثل 7555 و LMC555 التي تستخدم ترانزستورات MOSFET بدلاً من ذلك.

ويرد أدناه “مخطط كتلة” مبسط يمثل الدوائر الداخلية للمؤقت 555 مع شرح موجز لكل من المسامير المتصلة به للمساعدة في توفير فهم أوضح لكيفية عمله.

المخطط الداخلي لدائرة الموقت 555

• السن 1 – الأرضي ، يوصل الدبوس الأرضي المؤقت 555 بسكة الإمداد السالبة (0 فولت).
• الدبوس 2. – المشغل ، المدخل السالب للمقارن رقم 1. نبضة سالبة على هذا الدبوس “تضبط” التقليب الداخلي عندما ينخفض ​​الجهد أقل من 1/3 فولت تيار متردد مما يتسبب في تحويل الإخراج من “منخفض” إلى ” عالية “.
• دبوس 3. – الإخراج ، يمكن لدبوس الإخراج تشغيل أي دائرة TTL وقادر على تحديد مصادر أو غرق ما يصل إلى 200 مللي أمبير من التيار بجهد خرج يساوي تقريبًا Vcc – 1.5 فولت بحيث يمكن توصيل مكبرات الصوت الصغيرة أو المصابيح أو المحركات مباشرة بـ الإخراج.
• الدبوس 4. – إعادة التعيين ، يتم استخدام هذا الدبوس “لإعادة تعيين” Flip-flop الداخلي للتحكم في حالة الإخراج ، الدبوس 3. هذا إدخال نشط منخفض ومتصل بشكل عام بمستوى المنطق “1” عندما لا تستخدم لمنع أي إعادة غير مرغوب فيها للإخراج.
• دبوس 5. – التحكم في الجهد ، يتحكم هذا الدبوس في توقيت 555 عن طريق تجاوز مستوى 2 / 3Vcc لشبكة مقسم الجهد. من خلال تطبيق جهد على هذا الدبوس ، يمكن تغيير عرض إشارة الخرج بشكل مستقل عن شبكة توقيت RC. عند عدم استخدامه ، يتم توصيله بالأرض عبر مكثف 10nF للتخلص من أي ضوضاء.
• دبوس 6. – الحد الأدنى ، الإدخال الإيجابي للمقارن رقم 2. يتم استخدام هذا الدبوس لإعادة ضبط Flip-flop عندما يتجاوز الجهد المطبق عليه 2 / 3Vcc مما يؤدي إلى تحويل الإخراج من حالة “عالية” إلى حالة “منخفضة”. يتصل هذا الدبوس مباشرة بدائرة توقيت RC.
• الدبوس 7. – التفريغ ، يتم توصيل دبوس التفريغ مباشرة بمجمع ترانزستور NPN الداخلي الذي يستخدم “لتفريغ” مكثف التوقيت إلى الأرض عندما يبدل الإخراج عند الطرف 3 “منخفض”.
• دبوس 8. – Supply + Vcc ، هذا هو دبوس إمداد الطاقة ولأغراض عامة تتراوح موقتات TTL 555 بين 4.5 فولت و 15 فولت.
في 555 مؤقتات اسم يأتي من حقيقة أن هناك ثلاثة 5kΩ المقاومات مرتبطة معا المنتجة داخليا شبكة الجهد المفرق بين امدادات التيار الكهربائي في دبوس 8 و الأرض في دبوس 1. الجهد عبر هذه السلسلة شبكة مقاوم يحمل سلبية عكس المدخلات من المقارنة اثنين عند 2 / 3Vcc والمدخل الإيجابي غير المقلوب للمقارن واحد عند 1 / 3Vcc.

ينتج المقارنان جهد خرج يعتمد على فرق الجهد عند مدخلاتهما والذي يتم تحديده بواسطة إجراء الشحن والتفريغ لشبكة RC المتصلة خارجيًا . يتم توصيل المخرجات من كلا المقارنين بمدخلتي flip-flop والذي ينتج بدوره إما مستوى “مرتفع” أو “منخفض” عند Q بناءً على حالات مدخلاته. يتم استخدام الإخراج من flip-flop للتحكم في مرحلة تبديل خرج التيار العالي لدفع الحمل المتصل بإنتاج مستوى جهد “عالي” أو “منخفض” عند طرف الخرج.

الاستخدام الأكثر شيوعًا لمذبذب المؤقت 555 هو كمذبذب بسيط مستقر عن طريق توصيل مقاومين ومكثف عبر أطرافه لتوليد قطار نبض ثابت بفترة زمنية محددة بواسطة ثابت الوقت لشبكة RC. ولكن يمكن أيضًا توصيل شريحة المذبذب المؤقت 555 بعدة طرق مختلفة لإنتاج أجهزة اهتزاز متعددة أحادية أو ثنائية الاستقرار بالإضافة إلى جهاز Astable Multivibrator الأكثر شيوعًا.

The Monostable 555 Timer

إن تشغيل وإخراج المؤقت 555 monostable هو نفسه تمامًا مثل جهاز الترانزستور الذي ننظر إليه سابقًا في البرنامج التعليمي Monostable Multivibrators. الاختلاف هذه المرة هو أنه تم استبدال الترانزستورين بجهاز مؤقت 555. ضع في اعتبارك الدائرة أحادية الاستقرار ذات المؤقت 555 أدناه.

مؤقت أحادي 555

عندما يتم تطبيق نبضة سالبة (0 فولت) على إدخال الزناد (الدبوس 2) لمذبذب المؤقت 555 المكوّن أحادي الاستقرار ، يكتشف المقارن الداخلي (المقارن رقم 1) هذا الإدخال و “يحدد” حالة التقليب ، ويغير الناتج من حالة “منخفضة” إلى حالة “عالية”. يؤدي هذا الإجراء بدوره إلى “إيقاف تشغيل” ترانزستور التفريغ المتصل بالدبوس 7 ، وبالتالي إزالة الدائرة القصيرة عبر مكثف التوقيت الخارجي ، C1 .

يسمح هذا الإجراء لمكثف التوقيت بالبدء في الشحن من خلال المقاوم ، R1 حتى يصل الجهد عبر المكثف إلى الحد الأدنى (دبوس 6) جهد 2 / 3Vcc الذي تم إعداده بواسطة شبكة مقسم الجهد الداخلي. عند هذه النقطة ، ينتقل ناتج المقارنة إلى “مرتفع” و “يعيد تعيين” flip-flop مرة أخرى إلى حالته الأصلية والتي بدورها تقوم بتشغيل “ON” الترانزستور وتفريغ المكثف إلى الأرض من خلال السن 7. وهذا يتسبب في تغيير الإخراج لحالته العودة إلى القيمة الأصلية الثابتة “LOW” في انتظار نبضة إطلاق أخرى لبدء عملية التوقيت مرة أخرى. ثم كما كان من قبل ، فإن الهزاز المتعدد الأحادي لديه حالة مستقرة “واحدة” فقط.

و الهزاز monostable 555 الموقت مشغلات الدائرة على نبض الذهاب سلبية تطبيقها على دبوس 2 ويجب أن يكون هذا النبض الزناد أقصر بكثير من نبض الانتاج عرض يتيح وقتا للمكثف توقيت لتوجيه الاتهام ثم تفرغ تماما. بمجرد التشغيل ، سيبقى 555 Monostable في حالة الإخراج غير المستقرة هذه “HIGH” حتى انقضاء الفترة الزمنية التي تم إعدادها بواسطة شبكة 1 x C 1 . مقدار الوقت الذي يظل فيه جهد الخرج “عاليًا” أو عند مستوى منطقي “1” ، يتم الحصول عليه من خلال معادلة ثابت الوقت التالية.

معادلة عداد الوقت 555

حيث ، t بالثواني ، R في Ω و C في فاراد.

مثال مؤقت 555 No1

A الهزاز monostable 555 الموقت هو مطلوب لإنتاج تأخير الوقت داخل الدائرة. إذا تم استخدام مكثف توقيت 10 فائق التوهج ، فاحسب قيمة المقاوم المطلوب لإنتاج حد أدنى لتأخير وقت الإخراج يبلغ 500 مللي ثانية.

500 مللي ثانية هي نفسها قول 0.5 ثانية ، لذلك من خلال إعادة ترتيب الصيغة أعلاه ، نحصل على القيمة المحسوبة للمقاوم ، R على النحو التالي:

555 مثال مؤقت أحادي

القيمة المحسوبة لمقاوم التوقيت المطلوب لإنتاج ثابت الوقت المطلوب البالغ 500 مللي ثانية هي 45.5KΩ . ومع ذلك ، لا توجد قيمة المقاوم 45.5KΩ كمقاوم ذو قيمة قياسية ، لذلك سنحتاج إلى تحديد أقرب مقاومة ذات قيمة مفضلة من 47kΩ والمتوفرة في جميع نطاقات التسامح القياسية من E12 (10٪) إلى E96 (1٪) ، مما يمنحنا تأخيرًا زمنيًا جديدًا معاد حسابه قدره 517 مللي ثانية.

إذا كان هذا الفارق الزمني 17 مللي ثانية (500-517 مللي ثانية) غير مقبول بدلاً من مقاوم توقيت واحد ، فيمكن توصيل مقاومتين مختلفتين في سلسلة لضبط عرض النبضة إلى القيمة المطلوبة بالضبط ، أو اختيار قيمة مكثف توقيت مختلفة.

نحن نعلم الآن أن التأخير الزمني أو عرض نبضة الخرج لمؤقت 555 أحادي الثبات يتحدد بالثابت الزمني لشبكة RC المتصلة . إذا كانت التأخيرات الطويلة مطلوبة في غضون 10 ثوانٍ ، فلا يُنصح دائمًا باستخدام مكثفات توقيت عالية القيمة لأنها يمكن أن تكون كبيرة ماديًا ومكلفة ولديها تفاوتات قيمة كبيرة ، على سبيل المثال ، ± 20٪.

أحد الحلول البديلة هو استخدام مكثف توقيت ذو قيمة صغيرة ومقاوم ذو قيمة أكبر بكثير يصل إلى حوالي 20 ميغا أوم لإنتاج التأخير الزمني المطلوب. أيضًا باستخدام مكثف توقيت ذو قيمة أصغر وقيم مقاومة مختلفة متصلة به من خلال مفتاح دوار متعدد المواضع ، يمكننا إنتاج دائرة مذبذب مونوستابل 555 المؤقت التي يمكن أن تنتج عروض نبضات مختلفة عند كل دوران للمفتاح مثل الدائرة المؤقتة أحادية اللون 555 القابلة للتحويل ظاهر أدناه.

A Switchable 555 Timer

يمكننا حساب قيم R و C يدويًا للمكونات الفردية المطلوبة كما فعلنا في المثال أعلاه. ومع ذلك ، فإن اختيار المكونات اللازمة للحصول على التأخير الزمني المطلوب يتطلب منا أن نحسب إما باستخدام كيلو أوم (KΩ) أو Megaohm’s (MΩ) أو microfarad (μF) أو picafarad (pF) ومن السهل جدًا أن ينتهي الأمر بتأخير زمني هذا بمعامل عشرة أو حتى مائة.

يمكننا أن نجعل حياتنا أسهل قليلا باستخدام نوع من الرسم البياني يسمى “مخطط المعادلة” التي من شأنها أن تساعدنا على إيجاد متعدد اهتزازات الهزاز monostable المتوقع الناتج تردد عن دمج أو القيم على حد سواء مختلفة R و C . فمثلا،

رسم أحادي

لذلك من خلال اختيار القيم المناسبة لـ C و R في نطاقات من 0.001 فائق التوهج إلى 100 فائق التوهج و 1 كيلو أوم إلى 10 م على التوالي ، يمكننا قراءة تردد الإخراج المتوقع مباشرة من الرسم البياني لمخطط الرسم البياني وبالتالي التخلص من أي خطأ في الحسابات. من الناحية العملية ، يجب ألا تقل قيمة مقاوم التوقيت لمؤقت 555 أحادي الاستقرار عن 1kΩ أو أكبر من 20MΩ.

Bistable 555 Timer
بالإضافة إلى الطلقة الواحدة 555 التكوين الأحادي أعلاه ، يمكننا أيضًا إنتاج جهاز ثنائي الاستقرار (حالتان مستقرتان) مع تشغيل وإخراج 555 Bistable كونه مشابهًا للترانزستور الذي نظرنا إليه سابقًا في البرنامج التعليمي Bistable Multivibrators.

إن 555 Bistable هي واحدة من أبسط الدوائر التي يمكننا إنشاؤها باستخدام شريحة مذبذب المؤقت 555. لا يستخدم هذا التكوين القابل للثبات أي شبكة توقيت RC لإنتاج شكل موجة ناتج لذلك لا يلزم معادلات لحساب الفترة الزمنية للدائرة. ضع في اعتبارك دائرة مؤقت 555 الموجودة أدناه.

Bistable 555 Timer flip-flop

يتم تحقيق تبديل شكل الموجة الناتج عن طريق التحكم في الزناد وإعادة تعيين مدخلات جهاز ضبط الوقت 555 الذي يحمل “HIGH” بواسطة مقاومين السحب ، R1 و R2 . من خلال أخذ إدخال الزناد (الدبوس 2) “LOW” ، قم بالتبديل في الوضع المحدد ، وقم بتغيير حالة الإخراج إلى الحالة “HIGH” وأخذ إدخال إعادة الضبط (دبوس 4) “LOW” ، والتبديل في وضع إعادة الضبط ، وتغيير الإخراج في حالة “منخفضة”.

ستبقى دائرة المؤقت 555 في أي من الحالتين إلى أجل غير مسمى ، وبالتالي فهي قابلة للثبات. ثم يكون مؤقت Bistable 555 مستقرًا في كلتا الحالتين ، “HIGH” و “LOW”. يتم توصيل مدخل العتبة (دبوس 6) بالأرض للتأكد من أنه لا يمكن إعادة ضبط الدائرة الثابتة كما هو الحال في تطبيق التوقيت العادي.

555 خرج المؤقت
لم نتمكن من إنهاء هذا البرنامج التعليمي لـ 555 Timer دون مناقشة شيء ما حول إمكانات التبديل والقيادة لمؤقت 555 أو في الواقع 556 Timer IC المزدوج .

الإخراج (دبوس 3) للمؤقت 555 القياسي أو المؤقت 556 ، لديه القدرة إما على “الغرق” أو “المصدر” لتيار تحميل يصل إلى 200 مللي أمبير كحد أقصى ، وهو ما يكفي لتوجيه محولات الإخراج مباشرة مثل المرحلات ، مصابيح الفتيل ، محركات LED ، أو مكبرات الصوت ، إلخ ، بمساعدة المقاومات المتسلسلة أو حماية الصمام الثنائي.

تعني قدرة المؤقت 555 على تيار “المغسلة” (الامتصاص) و “المصدر” (الإمداد) أنه يمكن توصيل جهاز الإخراج بين طرف الإخراج لمؤقت 555 والإمداد لإغراق تيار الحمل أو بين المخرجات المحطة والأرض لمصدر تيار الحمل. فمثلا.

Sinking and Sourcing the 555 Timer Output

في الدائرة الأولى أعلاه ، تم توصيل LED بين سكة الإمداد الموجب (+ Vcc) ودبوس الإخراج 3. وهذا يعني أن التيار سوف “يغرق” (يمتص) أو يتدفق إلى طرف خرج المؤقت 555 وسيكون مؤشر LED “ON” عندما يكون الناتج “LOW”.

توضح الدائرة الثانية أعلاه أن مؤشر LED متصل بين طرف الإخراج 3 والأرض (0 فولت). هذا يعني أن التيار سوف “مصدر” (إمداد) أو يتدفق من محطة إخراج مؤقت 555 وسيصبح مؤشر LED “تشغيل” عندما يكون الناتج “مرتفعًا”.

إن قدرة جهاز ضبط الوقت 555 على كل من الحوض والمصدر لتيار حمل الخرج الخاص به يعني أنه يمكن توصيل كلا المصباحين بطرف الإخراج في نفس الوقت ولكن سيتم تبديل مؤشر واحد فقط إلى “ON” اعتمادًا على ما إذا كانت حالة الإخراج “عالية” أو ” منخفض”. الدائرة على اليسار تُظهر مثالاً على ذلك. سيتم تبديل مؤشري LED بدلاً من ذلك إلى “ON” و “OFF” اعتمادًا على الإخراج. المقاوم ، R يستخدم للحد من تيار LED إلى أقل من 20mA.

قلنا سابقًا أن الحد الأقصى لتيار الخرج إما لمغسلة أو مصدر تيار الحمل عبر الدبوس 3 هو حوالي 200 مللي أمبير عند أقصى جهد إمداد ، وهذه القيمة أكثر من كافية لقيادة أو تبديل الدوائر المتكاملة المنطقية الأخرى أو مصابيح LED أو المصابيح الصغيرة ، إلخ. ولكن ماذا لو أردنا التبديل أو التحكم في الأجهزة ذات الطاقة العالية مثل المحركات أو المغناطيسات الكهربائية أو المرحلات أو مكبرات الصوت. ثم سنحتاج إلى استخدام ترانزستور لتضخيم خرج 555 مؤقتًا من أجل توفير طاقة عالية بما يكفي لدفع الحمل.

555 Timer Transistor Driver

يمكن استبدال الترانزستور في المثالين أعلاه بجهاز Power MOSFET أو ترانزستور دارلينجتون إذا كان تيار الحمل مرتفعًا. عند استخدام حمل استقرائي مثل محرك أو مرحل أو مغناطيس كهربائي ، يُنصح بتوصيل الصمام الثنائي (أو دولاب الموازنة) مباشرة عبر أطراف التحميل لامتصاص أي جهد كهربائي خلفي يولده الجهاز الاستقرائي عندما يتغير حالته.

حتى الآن ، نظرنا إلى استخدام المؤقت 555 لتوليد نبضات خرج أحادية وثابتة. في البرنامج التعليمي التالي حول Waveform Generation ، سننظر في توصيل 555 في تكوين هزاز متعدد مستقر. عند استخدامه في الوضع المستقر ، يمكن التحكم بدقة في كل من التردد ودورة العمل لشكل الموجة الناتج لإنتاج مولد شكل موجة متعدد الاستخدامات.

عن احمد عبد الوهاب

احمد عبد الوهاب
بكالوريوس هندسة كهربائية - الجامعة المستنصرية - بغداد . دبلوم الكترونيك - معهد التكنولوجيا - بغداد . عضو نقابة المهندسين العراقيين.

شاهد أيضاً

مكونات لوحات التحكم الحديثة

1- شاشة  HMI Human-Machine Interface شاشة تعمل باللمس تستعمل كوسيط بين المنظومة و المشغل ( …

error: عذرا المحتوى محمي من النسخ !!