[발진회로]NE555 타이머(불안전모드)

회로 및 작동

불안정한 멀티 바이브레이터는 Free Running Multivibrator라고도합니다. 안정적인 상태가 없으며 외부 트리거를 적용하지 않고 두 상태 사이를 지속적으로 전환합니다. IC 555는 두 개의 저항 (R1 및 R2)과 커패시터 (C)의 세 가지 외부 구성 요소를 추가하여 안정적인 멀티 바이브레이터로 작동하도록 만들 수 있습니다. 세 가지 외부 구성 요소와 함께 안정적인 멀티 바이브레이터로서의 IC 555의 개략도가 아래에 나와 있습니다.

 

 

<안정 멀티 바이브레이터 회로>

 

핀 2와 6이 연결되어 있으므로 외부 트리거 펄스가 필요하지 않습니다. 자체 트리거되고 무료로 실행되는 멀티 바이브레이터로 작동합니다. 나머지 연결은 다음과 같습니다. 핀 8은 공급 전압 (VCC)에 연결됩니다. 핀 3은 출력 단자이므로이 핀에서 출력을 사용할 수 있습니다. 핀 4는 외부 리셋 핀입니다. 이 핀이 일시적으로 낮 으면 타이머가 재설정됩니다. 따라서 사용하지 않을 때 핀 4는 일반적으로 VCC에 연결됩니다.

핀 5에 적용된 제어 전압은 임계 전압 레벨을 변경합니다. 그러나 일반적인 사용을 위해 핀 5는 커패시터 (일반적으로 0.01µF)를 통해 접지에 연결되므로 터미널의 외부 노이즈가 필터링됩니다. 핀 1은 접지 단자입니다. 출력 펄스의 폭을 결정하는 타이밍 회로는 R1, R2 및 C로 구성됩니다.

 

조작

다음 회로도는 불안정 모드에서 작동하는 IC 555의 내부 회로를 보여줍니다. RC 타이밍 회로는 R1, R2 및 C를 통합합니다.

 

<555내부 충/방전 진행방향>

 

처음에는 전원을 켤 때 플립 플롭이 RESET (따라서 타이머의 출력이 낮음)입니다. 결과적으로 방전 트랜지스터는 포화 상태로 구동됩니다 (Q '에 연결됨). 타이밍 회로의 커패시터 C는 IC 555의 핀 7에 연결되어 트랜지스터를 통해 방전됩니다. 이 시점에서 타이머의 출력은 낮습니다. 커패시터 양단의 전압은 트리거 전압 일뿐입니다. 따라서 방전 중에 커패시터 전압이 비교기 (비교기 2)를 트리거하는 기준 전압 인 1/3 VCC 미만이되면 비교기 2의 출력이 높아집니다. 이것은 플립 플롭을 설정하므로 핀 3의 타이머 출력이 HIGH로 이동합니다.

 

이 높은 출력은 트랜지스터를 끕니다. 결과적으로 커패시터 C는 저항 R1 및 R2를 통해 충전을 시작합니다. 이제 커패시터 전압은 임계 전압과 동일합니다 (핀 6이 커패시터 저항 접합에 연결됨). 충전하는 동안 커패시터 전압은 VCC쪽으로 기하 급수적으로 증가하고 임계 값 비교기 (비교기 1)에 대한 기준 전압 인 2/3 VCC를 교차하는 순간 출력이 높아집니다.

 

결과적으로 플립 플롭은 RESET입니다. 타이머의 출력이 LOW로 떨어집니다. 이 낮은 출력은 커패시터에 방전 경로를 제공하는 트랜지스터를 다시 켭니다. 따라서 커패시터 C는 저항 R2를 통해 방전됩니다. 따라서주기가 계속됩니다.

따라서 커패시터가 충전 될 때 커패시터 양단의 전압은 기하 급수적으로 상승하고 핀 3의 출력 전압은 높습니다. 마찬가지로, 커패시터가 방전 될 때 커패시터 양단의 전압은 기하 급수적으로 떨어지고 핀 3의 출력 전압은 낮습니다. 출력 파형의 모양은 일련의 직사각형 펄스입니다. 커패시터 전압의 파형과 불안정 모드의 출력은 다음과 같습니다.

 

 

<555타이머 캐패시터(C) 및 출력(Output) 전압>

 

충전하는 동안 커패시터는 저항 R1 및 R2를 통해 충전됩니다. 따라서 충전 경로의 총 저항이 R1 + R2이므로 충전 시간 상수는 (R1 + R2) C입니다. 방전하는 동안 커패시터는 저항 R2를 통해서만 방전됩니다. 따라서 방전 시간 상수는 R2C입니다.

 

듀티 사이클

충전 및 방전 시간 상수는 저항 R1 및 R2의 값에 따라 다릅니다. 일반적으로 충전 시정 수는 방전 시정 수보다 큽니다. 따라서 HIGH 출력은 LOW 출력보다 오래 유지되므로 출력 파형은 대칭이 아닙니다. 듀티 사이클은 고출력과 저출력 사이의 관계를 형성하는 수학적 매개 변수입니다. 듀티 사이클은 HIGH 출력 시간, 즉 ON 시간과 사이클의 총 시간의 비율로 정의됩니다.

Ton이 고출력 시간이고 T가 한 사이클의 기간이면 듀티 사이클 D는 다음과 같이 주어진다.

D = Ton / T

 

따라서 백분율 듀티 사이클은

% D = (Ton / T) * 100

 

T는 Ton (충전 시간)과 Toff (방전 시간)의 합계입니다 .

Ton 또는 충전 시간 (고출력의 경우) Tc의 값은 다음과 같이 지정됩니다.

Tc = 0.693 * (R1 + R2) C

 

Toff 또는 방전 시간 (낮은 출력의 경우) Td 의 값 은 다음과 같습니다.

Td = 0.693 * R2C

 

따라서 한 사이클 T의 시간은 다음과 같이 주어진다.

T = Ton + Toff = Tc + Td

T = 0.693 * (R1 + R2) C + 0.693 * R2C

T = 0.693 * (R1 + 2R2) C

 

따라서 % D = (Ton / T) * 100

% D = (0.693 * (R1 + R2) C) / (0.693 * (R1 + 2R2) C) * 100

% D = ((R1 + 2R2)) / ((R1 + 2R2)) * 100

T = 0.693 * (R1 + R2) C이면 주파수 f는

f = 1 / T = 1 / 0.693 * (R1 + 2R2) C

f = 1.44 / ((R1 + 2R2) C) Hz

 

다른 ferquency 범위에 대한 선택 R1, R2 및 C1은 다음과 같습니다.

R1 및 R2는 1k-1M 범위에 있어야합니다. 다음 표의 주파수 범위에 따라 먼저 C1을 선택하는 것이 가장 좋습니다 (커패시터는 몇 가지 값으로 만 제공되기 때문).

필요한 주파수 (f)를 제공하려면 R2를 선택하십시오.

R2 = 0.7 / (f × C1)

R2의 10 분의 1 정도가되도록 R1을 선택합니다 (1k 분).

 

 

<R1/R2/C1 기준에 따른 출력 주파수>

 

불안정한 멀티 바이브레이터의 응용

구형파 생성

불안정한 멀티 바이브레이터의 듀티 사이클은 항상 50 % 이상입니다. 듀티 사이클이 정확히 50 % 일 때 불안정한 멀티 바이브레이터의 출력으로 구형파를 얻습니다. 위에서 언급 한 불안정한 멀티 바이브레이터 인 IC 555에서는 듀티 사이클이 50 % 또는 그보다 적은 것은 불가능합니다. 회로를 일부 수정해야합니다.

 

수정은 두 개의 다이오드를 추가하는 것입니다. 캐소드가 커패시터를 향하는 저항 R2에 병렬로 연결된 다이오드 하나와 양극이 커패시터를 향하는 저항 R2와 직렬로 연결된 다른 다이오드. 저항 R1 및 R2의 값을 조정하여 구형파 출력을 포함하여 5 % ~ 95 % 범위의 듀티 사이클을 얻을 수 있습니다. 구형파 생성 회로는 다음과 같습니다.

 

 

<구형파 회로>

 

이 회로에서 충전하는 동안 커패시터는 R2를 통과하여 R1 및 D1을 통해 충전됩니다. 방전하는 동안 D2와 R2를 통해 방전됩니다.

따라서 충전 시간 상수는 Ton = Tc 이며 다음과 같이 지정됩니다.

Ton = 0.693 * R1C 및

방전 시정 수 Toff = Td 는

Toff = 0.693 * R2C.

따라서 듀티 사이클 D는 D = R1 / (R1 + R2)

구형파를 얻기 위해 R1과 R2의 값을 동일하게 만들어 듀티 사이클을 50 %로 만들 수 있습니다. 구형파 발생기의 파형은 다음과 같습니다.

 

 

<출력신호 듀티비 50%를 가진 타이머>

 

 

R1의 저항이 R2의 저항보다 작을 때 50 % 미만의 듀티 사이클이 달성됩니다. 일반적으로 R1 및 R2 대신 전위차계를 사용하여 이를 수행 할 수 있습니다. 구형파 발생기의 또 다른 회로는 다이오드를 사용하지 않고 불안정한 멀티 바이브레이터로 구성 할 수 있습니다. 핀 3과 2, 즉 출력 단자와 트리거 단자 사이에 저항 R2를 배치합니다. 회로는 아래와 같습니다.

 

<불안정 멀티 바이브레이터 회로>

 

이 회로에서 충전 및 방전 작업은 모두 저항 R2를 통해서만 발생합니다. 저항 R1은 충전하는 동안 커패시터를 방해하지 않도록 충분히 높아야합니다. 또한 커패시터가 최대 한계 (VCC)까지 충전되도록하는데도 사용됩니다.

 

펄스 위치 변조

펄스 위치 변조에서 펄스의 위치는 변조 신호에 따라 달라지며 펄스의 진폭과 폭은 일정하게 유지됩니다. 각 펄스의 위치는 변조 신호의 순간 샘플 전압에 따라 변경됩니다. 펄스 위치 변조를 달성하기 위해 두 개의 555 타이머 IC가 사용되는데, 하나는 안정 모드에서 작동하고 다른 하나는 단 안정 모드에서 작동합니다.

변조 신호는 불안정 모드에서 작동하는 첫 번째 IC 555의 핀 5에 적용됩니다. 이 IC 555의 출력은 펄스 폭 변조 파입니다. 이 PWM 신호는 단 안정 모드에서 작동하는 두 번째 IC (555)에 트리거 입력으로 적용됩니다. 제 2 IC (555)의 출력 펄스의 위치는 다시 변조 신호에 의존하는 PWM 신호에 따라 변경된다.

두 개의 555 타이머 IC를 사용하는 펄스 위치 변조기의 개략도는 다음과 같습니다.

 

 

<신호변조 회로> 

 

제어 전압 (변조 신호)에 의해 결정되는 첫 번째 IC 555의 임계 전압은 UTL (Upper Threshold Level)로 변경되고

UTL = 2/3 VCC + VMOD

적용된 변조 신호에 대해 임계 전압이 변함에 따라 펄스의 폭이 변하므로 시간 지연이 변합니다. 이 펄스 폭 변조 신호가 두 번째 IC의 트리거에 적용되기 때문에 출력 펄스의 진폭이나 폭은 변경되지 않고 펄스의 위치 만 변경됩니다.
펄스 위치 변조 신호의 파형은 다음과 같습니다.

 

 

<변조 신호 출력>

 

 

펄스 트레인

불안정한 멀티 바이브레이터가 연속적인 펄스 흐름을 생성한다는 것을 알고 있습니다. R1 대신 전위차계를 사용하면 펄스 열이 다른 폭으로 생성 될 수 있습니다. IC 555의 불안정한 작동 모드를 사용하는 회로 펄스 트레인 생성기는 다음과 같습니다.

 

<신호 트레인 회로>

 

 

안정 멀티 바이브레이터를 사용한 주파수 변조

안정적인 멀티 바이브레이터를 사용하여 주파수 변조 신호를 생성 할 수 있습니다. 변조 신호는 핀 5 (제어 전압)에 제공됩니다. IC 555의 불안정한 작동 모드를 사용하는 주파수 변조 회로는 다음과 같습니다.

 

 

<안정 멀티 바이브레이터 변조 신호 회로> 

 

듀티 사이클이 ≈ 50 % 인 펄스 출력을 생성하기 위해 다이오드가 저항 R2에 병렬로 연결됩니다. 변조 신호는 커패시터와 저항으로 구성된 고역 통과 필터를 통해 핀 5에 적용됩니다. 핀 5에 적용된 변조 신호에 따라 출력이 주파수 변조됩니다. 변조 신호의 전압이 높으면 출력 신호의 시간이 높고 변조 신호의 전압이 낮 으면 시간이 낮습니다. 변조 신호 및 주파수 변조 신호의 파형은 다음과 같습니다.

 

 

<주파수 변조 신호>