Гистерезисный генератор на 555 — сборка классического RC-мультивибратора

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• 1 × батарея 9 В
• Клипса для батареи (каталог Radio Shack # 270‑325)
• Мини-крокодилы (припаянные к клипсе, каталог Radio Shack # 270‑372)
• U1 – таймер 555 (каталог Radio Shack # 276‑1723)
• D1 – Красный светодиод (каталог Radio Shack # 276‑041 или аналогичный)
• D2 – Зелёный светодиод (каталог Radio Shack # 276‑022 или аналогичный)
• R1, R2 – 1 кОм, ¼ Вт резисторы
• R3 – 10 Ом, ¼ Вт резистор
• R4 – 10 кОм, 15-оборотный потенциометр (каталог Radio Shack # 271‑343)
• C1 – 1 мкФ конденсатор (каталог Radio Shack # 272‑1434 или аналогичный)
• C2 – 100 мкФ конденсатор (каталог Radio Shack # 272‑1028 или аналогичный)

 

ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ССЫЛКИ

• Lessons In Electric Circuits, Т. 1, Гл. 16 – Расчёты напряжения и тока
• Lessons In Electric Circuits, Т. 1, Гл. 16 – Решение для неизвестного времени
• Lessons In Electric Circuits, Т. 4, Гл. 10 – Мультивибраторы
• Lessons In Electric Circuits, Т. 3, Гл. 8 – Положительная обратная связь

 

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Понять, как триггер Шмитта управляет простым RC-генератором.
• Применить концепции RC-временной постоянной для управления частотой генерации.
• Изучить одну из нескольких конфигураций астабильного мультивибратора на таймере 555.

 

СХЕМА

Ниже показана одна из распространённых компоновок этого генератора. Вторая, эквивалентная представлена ниже.

 

 

 Альтернативно, схему можно нарисовать с таймером 555 в немного другой распиновке, как показано ниже:

 

 

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

 

ИНСТРУКЦИИ

Это один из самых фундаментальных RC-генераторов, которые можно собрать. Он прост, высокопредсказуем и идеален для демонстрации основных принципов мультивибратора, управляемого триггером Шмитта.

Ключевые особенности:

• Базовая частота: ≈0.7 Гц — каждый светодиод переключается раз в секунду.
• Регулируемая частота через 10-кОм потенциометр (R4). Поворот против часовой стрелки повышает частоту, в конечном итоге входя в звуковой диапазон. С таймирующим конденсатором 1 мкФ частота может подняться до ~70 кГц, далеко в ультразвуковой диапазон.
• Светодиоды дают визуальное подтверждение прямоугольного выхода. Форма волны слегка асимметрична, потому что выходные транзисторы 555 не могут раскачаться полностью до шин питания. Использование CMOS 555 (например, TLC555, Radio Shack # 276‑1718) даёт почти 50 % скважность прямоугольной волны.
• R3 защищает 555 от перегрева, когда конденсатор замыкает переменную составляющую выхода на землю при свежей батарее 9 В. Пропуск R3 может вызвать чрезмерный нагрев; тестируйте это только на мгновение и с осторожностью.

Для проверки частотного перехода подключите пьезодинамик или Аудиодетектор из Lessons In Electric Circuits, Т. VI, Гл. 3, Сек. 12. Поворот потенциометра заставит тон повышаться в реальном времени.

Примечание по безопасности: избегайте больших токов через выводы светодиодов; внутренний лимит тока 555 защищает схему, но избыточный ток повредит светодиоды.

 

ТЕОРИЯ РАБОТЫ

В этой конфигурации 555 действует как гистерезисный генератор — тип релаксационного генератора, чередующийся между двумя стабильными состояниями. Частота определяется RC-сетью на выводах 6 и 2, формула:

f = 0.7 / (R × C)

Поскольку пороги триггера и запуска 555 смещаются с напряжением питания, частота генератора остаётся относительно стабильной в диапазоне напряжений, при условии учёта ограничения выходного раскачивания rail-to-rail. Асимметрия прямоугольной волны возникает из-за неидеального выходного раскачивания, но синхронизация управляется исключительно RC-парой.

Ниже приведены рисунки, иллюстрирующие кривые заряда и разряда, начальный длинный импульс и получившуюся асимметричную прямоугольную волну.

 

 

Попробуйте наш астабильный генератор на 555 в разделе Инструменты.