محاضرات المؤقت 555 او دوائر التايمر 555 بالصور

التايمر 555 من القطع الإلكترونية الهامة  حيث يمكنك أن تولد منها موجةجيبية أو مربعة أو سن منشار أو مثلثة كما تريد فقط بإجراء توصيلات لبعضا لمكثفات والمقاومات معها كما يستخدم فى توليد فترات (أزمنة) تأخيرtime delay دقيقة أو ذبذبات oscillation وله العديد من التطبيقات الاخري سنتعرض لها في مقاله تاليه  وفي مقالتنا هذه نتعرض لما يلي وصف وتوزيع الأقطاب المميزات العامة البنية الداخلية للمؤقت 555 انماط عمل الدارة المتكاملة 555     نمط المهتز احادي الاستقرار (555 Monostable Oscillator ) المهتز عديم الاستقرار (555 Astable Oscillator ) فحص الدارة المتكاملة 555   تلخيص الدارات الاساسية للمؤقت 555  المؤقت الزمني 556

المؤقت الزمني  555

وهو عبارة عن دارة متكاملة نملك ثمانية أقطاب ، أنتجته في البداية شركة Signetics Corporation  على الشكل SE555/NE555  في عام 1971، يستخدم على نطاق واسع وتطبيقات متعددة نذكرها في هذا البحث ان شاء الله .
 

وصف وتوزيع الأقطاب :

•    القطب1 (الأرضي) :- الأرضي أو المشترك هو الأكثر سلبية بين جهود تغذية الدارة ، يوصل عادة إلى النقطة المشتركة في الدارة عندما تتم تغذيتها من منبع تغذية موجب .
•    القطب 2 (مدخل القدح Trigger) :- وهو المدخل الذي يحدد الحالة التي تكون فيها الدارة  555  بالمشاركة مع مدخل العتبة  Threshold  ( القطب  6)  اذ يقارن جهد مدخل القدح مع جهد العتبة السفلي Vlt بالمقارنة الأول ، كما يقارن جهد مدخل العتبة مع جهد التعبة العلوي Vut بالمقارن الثاني، حيث ان Vlt  = Vcc/3 و Vut = 2 Vcc/3  .
•    على سبيل المثال عند استخدام جهد تغذية 12V .. يبدأ جهد القدح عند 8Volt وعندما ينخفض إلى جهد اقل من 4Volt تبدا دورة المؤقت . هذه العملية حساسة لمستوى الجهد ويكمن ان يتغير جهد القدح ببطء شديد .
ولتلافي إعادة القدح يجب ان يعود جهد القدح إلى قيمة اعلى من 1/3  جهد التغذية قبل نهاية الدورة المؤقت في نمط المهتز آحادي الاستقرار ،تيار القدح حوالي 0.5ma..
•    القطب 3 (الخرج Out) :- ينتقل الجهد على قطب الخرج إلى المستوى مرتفع اقل ب 1.7V من جهد التغذية و ذلك عند بدء دورة المؤقت ، ويعود الخرج إلى المستوى المنخفض قريب من الصفر في نهاية دورة المؤقت أ, على تيار في الخرج عند المستوى المرتفع والمنخفض 200MA ..
•    القطب 4 (مدخل التصفير Reset) :- إذا طبق على هذا القطب مستوى منطقي منخفض يعاد تصفير المؤقت ويعود الخرج إلى الحالة المنخفضة ، يوصل هذا المدخل في الحالة الطبيعية إلى خط التغذية الموجب عند عدم الحاجة لاستخدامه .
•    القطب 5 (مدخل التحكم Control Voltage) :- يسمح هذا القطب بتغيير جهدي القدح والعتبة عن طريق تطبيق جهد خارجي عليه ، عندما يشغل المؤقت في نمط المهتز عديم الاستقرار يمكن استخدام هذا المدخل لتعديل الخرج تردديا ، وعند عدم الحاجة لاستخدامه ينصح بربط مكثف صغير بين القطب 5 والارض لتلاقي حصول قدح خاطئ بنتيجة الضجيج .
•    القطب 6 (مدخل جهد العتبة Threshold )
•    القطب 7 (قطب التفريغ ) :- هذا القطب هو مخرج من نوع مجمع مفتوح وهو متوافق في الطور مع المخرج الرئيسي القطب 3 وله نفس المقدرة في تصريف التيار ..
•    القطب 8 (جهد التغذية +Vcc ) :- وهو قطب التغذية الموجبة للدارة 555 ، مجال جهد التغذية بين +4.5 ( القيمة الدنيا )إلى 18 فولت ( القيمة العليا ) ..

الجدول يبين الرموز المقابلة للشركات المصنعة للمؤقت 555

المميزات العامة :-

1-    زمن التوقف عن العمل صغير .
2-    تردد التشغيل الأعظمي حتى 500KHZ.
3-    التوقيت الزمني من عدة مايكرو ثانية وحتى عدة ساعات .
4-    يمكن تشغليه كمهتز احادي الاستقرار يولد نبضة واحدة / مهتز عديم الاستقرار يولد سلسة غير منتهية من النبضات تتكرر بشكل دوري ومضبوط زمنيا بدقة .
5-    تيار خرج عالي بحدود 200 ميللي أمبير .
6-    يكمن ضبط الدور للنبضة أي نسبة النبضة الموجبة أو النبضة السالبة إلى الصفر
7-    المخرج المتوافق تماما مع الدارات الرقمية والنطقية نوع TTL عند تغذيته بجهد 5 فولت فيمكننا استغلال هذا المؤقت لقيادة الدارات الرقمية TTL
8-    الاستقرار تجاه تغيرات درجة الحرارة هو من رتبة %0.005 لكل درجة مئوية واحدة

555 General Specifications

Vcc	5-Volts	10-Volts	15-Volts
Max Frequency (Astable)	500-kHz to 2-MHz
Vc Frequency Range	+/- 25%	+/- 25%	+/- 25%
Vc Frequency Range	+/- 90%	+/- 90%	+/- 90%
Vc Voltage Level (center)	3.3-V	6.6-V	10.0-V
Frequency Error (Astable)	~ 5%	~ 5%	~ 5%
Timing Error (Mono)	~ 1%	~ 1%	~ 1%
Max Value Ra +Rb	3.4-Meg	6.2-Meg	10-Meg
Min Value Ra	5-K	5-K	5-K
Min Value Rb	3-K	3-K	3-K
Reset VH/VL (pin-4)	>0.4/<0.3	>0.4/<0.3	>0.4/<0.3
Output Current (pin-3)	~200ma	~200ma	~200ma

البنية الداخلية للمؤقت 555

ان البنية الداخلية للدارة المتكاملة 555 تعتبر بسيطة إلى حد ما وهي تتألف من مقارنان تشابهيان وقلاب من نوع RS وترانزستور نوع NPN وهو T1 المسئول عن تفريغ المكثف عند فتحة وترانزستور اخر نوع PNP لاعادة القرب إلى الحالة البدائية ( التصفير ) ومقسم كمون لمداخل القلابات يتالف من ثلاث مقاومات متساوية القيمة بالاضافة إلى مرحلة الخرج .
ان الدارة المتكاملة 555 من جهة نظر تفصيلية أكثر تتالف من عدد كبير من الترانزستورات والمقاومات لتشكيل بدورها جميعا الحالات المنطقية المطلوبة لكل عنصر من العاصر المذكورة بالاضافة الى الترانزستورات التي تمثل المقارن التشابهي ، والشكل التالي يبين البنية الداخلية التفصيلية

انماط عمل الدارة المتكاملة 555 :-

تعمل الدارة المتكاملة بشكل عام بنمطي عمل مختلفين ، نقوم بشرحها في التفصيل في الفقرة التالية 

1-    نمط المهتز احادي الاستقرار 

(555 Monostable Oscillator ):- 

في هذا النمط فان الخرج لا ينتقل إلى الحالة المنطقية "H" الا بعد تطبيق نبضة قدح على مدخل القدح ( القطب 2) للدارة 555،والشكل التالي يبين توصيلة المهتز احادي الاستقرار

عند التغذية الدارة بالجهد Vcc فانه سوف يتشكل جهد على المدخل العاكس للمقارن COMP1 اكبــــــــــــر من الجــــــهد الموجود على المدخل غير العاكس عند النقطة    V1= Vcc/3  مما يبقى حالة خرج المقارن Q على المستوى المنطقي "L" وذلك مهما تغيرت الحالة على خرج المقارن COMP2 ونفس الوقت لا ينشحن المكثف لان الترانزستور TR في حالة عمل .
عندما يتم الضغط على المفتاح SW تبدأ عملية التوقيت ، حيث انه ينخفض فجأة الجهد على المدخل العاكس للمقارن COMP1( يتم توصيلة إلى الارض عن طريق المفتاح SW) ليصبح خرج المقارن على الحالة المنطقية "H" كما ان الحالة المنطقية للمقارن COMP2 هي بالاصل "L" فيعتبر القلاب حالته Q= H  و Q= L/ وينفصل الترانزستور وتبدأ المكثف بالشحن 

طبعا لن يبقي المفتاح مضغوطا ، وهنا (عن تحرير المفتاح ) فان خرج المقارن COMP1يعود إلى حالة "L" ولكن لن يتغير خرج القلاب FF في هذه الحالة

ان زمن وصول الجهد على طرفي المكثفة إلى 

 vc>2vcc/3

 هو زمن التوقيت ، بعد ذلك يصبح الجهد على المدخل غير العاكس للمقارن COMP2 اكبر من الجهد الموجدود على المدخل العاكس ويصبح خرج المقارن COMP2 على الحالة المنطقية "H" وبنفس الوقت يكون خرج المقارن COMP1 على الحالة "L" ليغير عندها القلب حالة خرجة ويفتح الترانزستور وتبدأ المكثفة عملية التفريغ

ويبقي الخرج على الحالة إلى ان يتم ضغط المفتاح SW مرة أخرى

يحسب زمن التوقيت بالعلاقة التالية:-

 T=1.1CR

حيث ان: 

t=time-out time(sec) ,c= Capacity(f),R=Resistance(ohm)

ان التيار الذي يتغير على طرفي المكثف والمقاومة يعطي بالعلاقة 

حيث أن :

i	: Electric current which changes in the time(A)
V	: Applied voltage(V)
R	: Resistance value(ohm)
C	: Capacitor value(F)
e	: Base of the natural logarithm(2.71828)
t	: Elapsed time after the charging beginning(sec)
CR	: Capacitive time constant (C x R)

T = 1.1 x R x C  in seconds

الدارة العملية

الشكل التالي يبين انه اعند تطبيق نبضة القدح السالبة فان الخرج يصبح فعالا

 

ذكرنا انه لحساب زمن التوقيت ( زمن استمرار نبضة الخرج على حالة المنطقية "H" ) يكمن حسابه من العلاقة :-

Thigh=1.1 × RA ×  C

بالاضافة إلى ذلك يمكن حساب الزمن Thigh بيانيا بالاستعانة بالشكل التالي وذلك من اجل قيم مختلفة للمقاومة RAوللمكثفةC

حتى تصبح هذه الدارة مقبولة وظيفيا فانه يجب اضافة مكثف ربط على التسلسل مع مدخل القدح واضافة ثنائي على التوازي مع المقاومة Rمحيز عكسيا . الشكل التالي يبين الدارة المحسنة .

2-المهتز عديم الاستقرار

(555 Astable Oscillator ):

في هذا النمط عند توصيل التغذية للدارة سوف تظهر اشارة منطقية على الخرج ، والشكل التالي يبين توصيلة المهتز عديم الاستقرار والاشارات عند كل نقطة من نقاط الدارة

في هذا النمط مباشرة بعد تطبيق التغذية على الدارة ينتقل الخرج إلى حالة المنطقية "H" ويبدأ المكثف بعملية الشحن من خلال المقاومتين RA&RB وذلك وفق المبدأ التالي :-
عند تطبيق التغذية فان التيار سوف يمر من خلال مقاومات المقارنات المتساوية والجهد سوف يقسم بنسبة الثلث لكل منها حيث ان الجهد عند النقطة V2 على المدخل العاكس للمقارن الثاني COMP2 هو

2vcc/3

 كما انه عن النقطة V1 على المدخل الغير عاكس للمقارن COMP1 هو

vcc/3

وبالتالي فان خرج القلاب R-S سيكون H =Q ويكون  L  =Q/ والترانزستور TRفي حالة اغلاق لتتابع المكثفة عملية الشحن .

 خلال عملية الشحن يزداد الجهد على طرفي المكثفة حتى يصبح الجهد على طرفيها (عند النقطة X) المتصلة مع المداخل المقارنات اكبر من الجهود الموجودة على الاطراف الأخرى ، وعندها ينتقل خرج المقارن COMP1 إلى "L" وينتقل خرج المقارن  COMP2 الى حالة المنطقية "H" وعندها يغير القلاب حالته ليصبح L  =Q والخرج   H =Q / وينقل بدورة الترانزستور TR إلى حالة الاشباع لتبدأ عندها المكثفة بالتفريغ عبر المقاومة RB والترانزستور TR . كما يبين الشكل التالي :-

تستمر عملية التفريغ حتى ينخفض الجهد عند النقطة X بحيث انه يصبح الجهد على المدخل العاكس للمقارن COMP1 اصغر من الجهد الموجود على المدخل غير العاكس لنفس المقارن اى ان 

vx

وكذلك بالنسبة للمقارن COMP2 يصبح الجهد على المدخل غير العاكس اكبر من الجهد الموجود على المدخل العاكس لنفس المقارن اى ان .

vx>vcc/3

وهذا بدورة ينقل خرج المقارن COMP2 الى حالة "H" وخرج المقارن COMP1 إلى حالة "L" فيقطع الترانزستور ويصبح الخرج OUTعلى حالة المنطقية "H" وتعاد المرحلة الاولى

يتم حساب ازمنة العمل والتوقف في حالة الخرج من العلاقات التالية حيث ان (th ) هو زمن العمل و (tL) هو زمن التوقف و F التردد.
•    الزمن الذي يكون فيه الخرج على حالة th ) H) 

 Th= ln 2 × ( Ra +Rb) × C
           =   0.693  × ( Ra +Rb) × C

 

•    الزمن الذي يكون فيه الخرج على حالة tL)  L) 

 th= ln2  × Rb  ×  C
  =0.693 × Rb ×C

•    وبالتالي فان الدور الكلي للإشارة :-

 T= thigh + tlow = 0.695 × ( Ra +2Rb)  ×  C

•    التردد(f )

الدارة العملية:

كما مر سابقا يمكن حساب قيمة التردد بيانيا بالاستعانة بالشكل التالي وذلك من اجل قيم مختلفة للمكثفة Cوللمقدار ( Ra +2Rb) .

ملاحظة 1:- يجب وضع مكثف على دخل دراة التغذية في النمطين قيمته 220uf لتحسين استقرار إشارة المنبع .
ملاحظة 2:- في حال عدم استخدام القطب 5( مدخل التحكم بالجهد ) فانه يجب وصلة على الأرض عن طريق مكثف قيمته 0.01uf لتفادي تأثير الضجيج على الدارة .
 

دور  التشغيل :-
يعرف بانه نسبة tlow إلى الدور الكلى T وهو مدة بقاء اشارة الخرج عند المستوى المنطقي 0 من دور تلك الاشارة ويحسب من العلاقة

من الملاحظ انه لا يمكن الحصول على دور تشغيل بنسبة %50 ، اى انه لا يمكن الحصول على موجة مربعة متناظرة الا في حال كون المقاومة Ra صفرية وهذا لا يمكن لانه يؤدي على قصر التغذية إلى الأرض اثناء عملية تفريغ المكثف

عمليا تستخدم المقاومة Ra  بقيمة 1K اوم أو أكثر ومن اجل الحصول على دور تشغيل بنسبة%50 نقوم بوصل ثنائي إلى التوازي مع المقاومة Ra حيث يتم شحن المكثفة عن طريق المقاومة Ra والثنائي وتفريغها عن طريق المقاوم Rb لذلك يمكن اعادة كتابة العلاقات بالشكل

thigh =0.695 ×  Ra  ×   C
tlow =0.695 ×  Rb ×     C
T= thigh + tlow =0.695 × ( Ra +Rb) x C

وبالتالي يمكن الحصول على دور تشغيل بنسبة %50 إذا كانت Ra= Rbوالشكل التالي يبين الدارة العملية :

فحص الدارة المتكاملة 555:

الشكل التالي يبين دارة عملية لفحص الدارة 555 ، وحيث انها تم توصيلها كمذبذب عديم الاستقرار وعند تشغيل الدارة فانه يجب ان يعمل الثنائي بالتناوب ، الثنائي العلوي يعمل عند الحالة المنطقية"0" لاشارة الخرج والثنائي السفلي يعمل عند الحالة المنطقية "1" لاشارة الخرج .

منحنيات الشحن والتفريغ للمكثف

يمكن تلخيص الدارات الاساسية للمؤقت 555 بالاشكال التالية

المؤقت الزمني 556

هذه الدارة المتكاملة هى عبارة عن دارتين 555 ضمن غلاف واحد وبالتالي اصبح لدى مؤقتين ضمن عنصر واحد

تتوزع اقطاب هذه الدارة كما هو مبين على الشكل ، كما ان المؤقتين الموجودين فيها مستقلين تماما على بعضهما ولا يتأثر احدهما بالاخر وتعامل كما لو ان لدي دارتين 555

تخضع هذه الدارة لنفس العلاقات المذكورة في فقرة المؤقت 555 وتعمل بنفس الانماط