555 타이머 튜토리얼

 

555 타이머 튜토리얼

555 타이머는 외부 RC 네트워크를 추가하여 다양한 출력 파형을 생성하도록 설계된 일반적으로 사용되는 IC입니다.

우리는 기본 구형파 출력 파형을 생성하기 위한 이완 발진기를 생성하기 위해 멀티바이브레이터와 CMOS 발진기를 개별 부품으로 쉽게 구성할 수 있다는 것을 확인했습니다. 그러나 몇 가지 추가 타이밍 구성 요소를 추가하여 필요한 출력 파형을 정확하게 생성하도록 특별히 설계된 555 타이머와 같은 전용 IC도 있습니다.

IC 초창기부터 사용되어 왔으며 그 자체로 업계 "표준"이 된 장치 중 하나는 "555 타이머" 라고 더 일반적으로 불리는 555 타이머 발진기 입니다 .

기본 555 타이머는 2개의 비교기 기준 전압을 생성하는 데 사용되는 3개의 내부 연결된 5kΩ 저항이 있다는 사실에서 그 이름을 얻었습니다. 555 타이머 IC는 단일 펄스 또는 긴 시간 지연을 생성하는 간단한 타이머로 작동하거나 50에서 50까지 다양한 듀티 사이클의 안정화된 파형 스트링을 생성하는 완화 발진기 역할을 할 수 있는 매우 저렴하고 인기 있고 유용한 정밀 타이밍 장치입니다. 100%.

555 타이머 칩은 매우 정확하고 단안정, 쌍안정 또는 비안정 멀티바이브레이터로 작동하여 원샷 또는 지연 타이머, 펄스 생성, LED 및 램프 플래셔와 같은 다양한 애플리케이션을 생성할 수 있는 매우 견고하고 안정적인 8핀 장치입니다. , 알람 및 톤 생성, 로직 클럭, 주파수 분할, 전원 공급 장치 및 변환기 등 실제로 어떤 형태로든 시간 제어가 필요한 회로 목록은 끝이 없습니다.

 

기본 형태의 단일 555 타이머 칩은 약 25개의 트랜지스터, 2개의 다이오드 및 2개의 비교기, 플립플롭 및 아래 그림과 같이 고전류 출력단. 555 타이머뿐만 아니라 단일 14핀 DIP 패키지 내에 두 개의 개별 555를 결합한 NE556 타이머 발진기와 MOSFET 트랜지스터를 대신 사용하는 7555 및 LMC555와 같은 단일 555 타이머의 저전력 CMOS 버전도 사용할 수 있습니다.

555 타이머 의 내부 회로를 나타내는 단순화된 "블록 다이어그램"은 작동 방식을 보다 명확하게 이해하는 데 도움이 되도록 각 연결 핀에 대한 간략한 설명과 함께 아래에 제공됩니다.

555 타이머 블록 다이어그램

• • 핀 1. – 접지 , 접지 핀은 555 타이머를 음극(0v) 공급 레일에 연결합니다.
• • 핀 2. – 트리거 , 비교기 1번에 대한 네거티브 입력. 이 핀의 네거티브 펄스는 전압이 1/3Vcc 아래로 떨어지면 출력이 "LOW"에서 ""로 전환될 때 내부 플립플롭을 "설정"합니다. 높음' 상태입니다.
• • 핀 3. – 출력 , 출력 핀은 모든 TTL 회로를 구동할 수 있으며 약 Vcc – 1.5V와 동일한 출력 전압에서 최대 200mA의 전류를 소싱하거나 싱킹할 수 있으므로 소형 스피커, LED 또는 모터를 출력.
• • 핀 4. – 리셋 , 이 핀은 출력 상태를 제어하는 ​​내부 플립플롭(핀 3)을 "리셋"하는 데 사용됩니다. 이는 액티브 로우 입력이며 일반적으로 그렇지 않은 경우 로직 "1" 레벨에 연결됩니다. 원치 않는 출력 재설정을 방지하는 데 사용됩니다.
• • 핀 5. – 제어 전압 , 이 핀은 전압 분배기 네트워크의 2/3Vcc 레벨을 재정의하여 555의 타이밍을 제어합니다. 이 핀에 전압을 적용하면 출력 신호의 폭을 RC 타이밍 네트워크와 독립적으로 변경할 수 있습니다. 사용하지 않을 때는 10nF 커패시터를 통해 접지에 연결되어 잡음을 제거합니다.
• • 핀 6. – 임계값 , 비교기 2번에 대한 양극 입력입니다. 이 핀은 적용된 전압이 2/3Vcc를 초과하여 출력이 "HIGH"에서 "LOW" 상태로 전환될 때 플립플롭을 재설정하는 데 사용됩니다. 이 핀은 RC 타이밍 회로에 직접 연결됩니다.
• • 핀 7. – 방전 , 방전 핀은 핀 3의 출력이 "LOW"로 전환될 때 타이밍 커패시터를 접지로 "방전"하는 데 사용되는 내부 NPN 트랜지스터의 컬렉터에 직접 연결됩니다.
• • 핀 8. – 공급 +Vcc , 이는 전원 공급 핀이며 범용 TTL 555 타이머의 전압은 4.5V에서 15V 사이입니다.

555 타이머 라는 이름은 핀 8의 공급 전압과 핀 1의 접지 사이에 전압 분배기 네트워크를 내부적으로 생성하는 세 개의 5kΩ 저항이 함께 연결되어 있다는 사실에서 유래되었습니다. 이 직렬 저항 네트워크의 전압은 비교기 2의 음의 반전 입력을 유지합니다. 2/3Vcc에서 양의 비반전 입력은 1/3Vcc에서 비교기 1에 연결됩니다.

두 비교기는 외부에 연결된 RC 네트워크 의 충전 및 방전 동작에 의해 결정되는 입력 전압 차이에 따라 출력 전압을 생성합니다 . 두 비교기의 출력은 입력 상태에 따라 Q 에서 "HIGH" 또는 "LOW" 레벨 출력을 생성하는 플립플롭의 두 입력에 연결됩니다 . 플립플롭의 출력은 출력 핀에서 "HIGH" 또는 "LOW" 전압 레벨을 생성하는 연결된 부하를 구동하기 위해 고전류 출력 스위칭 단계를 제어하는 ​​데 사용됩니다.

555 타이머 발진기의 가장 일반적인 용도는 터미널 전체에 두 개의 저항과 커패시터를 연결하여 RC 네트워크의 시간 상수에 의해 결정되는 시간 주기로 고정 펄스 열을 생성하는 간단한 불안정 발진기로 사용됩니다. 그러나 555 타이머 발진기 칩은 단안정 또는 쌍안정 멀티바이브레이터는 물론 보다 일반적인 Astable 멀티바이브레이터를 생성하기 위해 다양한 방법으로 연결할 수도 있습니다.

단안정 555 타이머

555 타이머 단안정 의 작동 및 출력은 이전에 단안정 멀티바이브레이터 튜토리얼에서 살펴본 트랜지스터화된 것과 정확히 동일합니다. 이번에 차이점은 두 개의 트랜지스터가 555 타이머 장치로 대체되었다는 것입니다. 아래의 555 타이머 단안정 회로를 고려하십시오.

단안정 555 타이머

단안정 구성 555 타이머 발진기의 트리거 입력(핀 2)에 음(0V) 펄스가 적용되면 내부 비교기(비교기 No1)가 이 입력을 감지하고 플립플롭의 상태를 "설정"하여 다음을 변경합니다. "LOW" 상태에서 "HIGH" 상태로 출력됩니다. 이 동작은 핀 7에 연결된 방전 트랜지스터를 "OFF"시켜 외부 타이밍 커패시터 C1 의 단락 회로를 제거합니다 .

이 동작을 통해 타이밍 커패시터 는 커패시터 양단의 전압이 내부 전압 분배기 네트워크에 의해 설정된 임계값(핀 6) 전압 2/3Vcc에 도달할 때까지 저항 R1을 통해 충전을 시작할 수 있습니다 . 이 시점에서 비교기 출력은 "HIGH"가 되고 플립플롭을 원래 상태로 다시 "리셋"하여 트랜지스터를 "ON"시키고 핀 7을 통해 커패시터를 접지로 방전시킵니다. 이로 인해 출력의 상태가 변경됩니다. 타이밍 프로세스를 다시 시작하기 위해 또 다른 트리거 펄스를 기다리는 원래의 안정적인 "LOW" 값으로 돌아갑니다. 이전과 마찬가지로 단안정 멀티바이브레이터는 "ONE" 안정 상태만을 갖습니다.

단 안정 555 타이머 회로는 핀 2에 적용된 음의 펄스에서 트리거되며 이 트리거 펄스는 타이밍 커패시터가 충전된 다음 완전히 방전되는 시간을 허용하는 출력 펄스 폭보다 훨씬 짧아야 합니다. 일단 트리거되면 555 Monostable은 R 1 x C 1 네트워크 에서 설정한 기간이 경과할 때까지 이 "HIGH" 불안정 출력 상태를 유지합니다 . 출력 전압이 "HIGH" 또는 논리 "1" 레벨로 유지되는 시간은 다음 시정수 방정식으로 제공됩니다.

여기서 t 는 초 단위이고 R 은 Ω 단위이고 C 는 패럿 단위입니다.

 

555 타이머 예 No1

회로 내에서 시간 지연을 생성하려면 단안정 555 타이머가 필요 합니다 . 10uF 타이밍 커패시터를 사용하는 경우 500ms의 최소 출력 시간 지연을 생성하는 데 필요한 저항 값을 계산하십시오.

500ms는 0.5s와 동일하므로 위 공식을 다시 정리하면 저항 R 에 대해 계산된 값을 얻을 수 있습니다 .

따라서 필요한 500ms의 시간 상수를 생성하는 데 필요한 타이밍 저항의 계산된 값은 45.5KΩ 입니다 . 그러나 45.5KΩ 의 저항값은 표준값 저항으로 존재하지 않으므로 E12(10%)부터 E96까지 모든 표준 허용오차 범위에서 사용할 수 있는 가장 가까운 권장값 저항인 47kΩ 을 선택해야 합니다. (1%), 새로 재계산된 517ms의 시간 지연을 제공합니다.

단일 타이밍 저항기 대신 17ms(500 – 517ms)의 시간 차이를 허용할 수 없는 경우 두 개의 다른 값 저항기를 직렬로 연결하여 펄스 폭을 정확한 원하는 값으로 조정하거나 다른 타이밍 커패시터 값을 선택할 수 있습니다.

이제 우리는 단안정 555 타이머의 시간 지연 또는 출력 펄스 폭이 연결된 RC 네트워크의 시간 상수에 의해 결정된다는 것을 알고 있습니다. 수십 초의 긴 시간 지연이 필요한 경우 높은 값의 타이밍 커패시터를 사용하는 것이 항상 권장되지는 않습니다. 그 이유는 물리적으로 크고 비싸며 값 허용 오차(예: ±20%)가 클 수 있기 때문입니다.

한 가지 대안 솔루션은 필요한 시간 지연을 생성하기 위해 작은 값의 타이밍 커패시터와 최대 약 20MΩ의 훨씬 더 큰 값의 저항기를 사용하는 것입니다. 또한 하나의 더 작은 값 타이밍 커패시터와 다중 위치 회전 스위치를 통해 연결된 다양한 저항 값을 사용하여 전환 가능한 단안정 555 타이머 회로와 같이 각 스위치 회전에서 서로 다른 펄스 폭을 생성할 수 있는 단안정 555 타이머 발진기 회로를 생성할 수 있습니다. 아래에 표시됩니다.

전환 가능한 단안정 회로

위의 예에서 했던 것처럼 필요한 개별 구성 요소에 대한 R 및 C 값을 수동으로 계산할 수 있습니다 . 그러나 원하는 시간 지연을 얻기 위해 필요한 구성요소를 선택하려면 킬로옴(KΩ), 메가옴(MΩ), 마이크로패럿(μF) 또는 피카패럿(pF)으로 계산해야 하며 시간 지연이 발생하기가 매우 쉽습니다. 그것은 10배, 심지어 100배나 차이가 납니다.

R 과 C 의 다양한 조합이나 값에 대한 단안정 멀티바이브레이터의 예상 주파수 출력을 찾는 데 도움이 되는 "노모그래프"라는 차트 유형을 사용하면 생활을 좀 더 쉽게 만들 수 있습니다 . 예를 들어,

단안정 노모그래프

따라서 각각 0.001uF ~ 100uF 및 1kΩ ~ 10MΩ 범위에서 적절한 C 및 R 값을 선택하면 노모그래프 그래프에서 직접 예상 출력 주파수를 읽을 수 있으므로 계산 오류가 제거됩니다. 실제로 단안정 555 타이머 의 타이밍 저항 값은 1kΩ보다 작거나 20MΩ보다 커서는 안 됩니다.

쌍안정 555 타이머

위의 원샷 555 단안정 구성 뿐만 아니라 이전에 쌍안정 멀티바이브레이터 튜토리얼에서 살펴본 트랜지스터화된 것과 유사한 555 쌍안정 의 작동 및 출력을 사용하여 쌍안정(2개의 안정 상태) 장치를 생성할 수도 있습니다 .

555 쌍안정은 555 타이머 발진기 칩을 사용하여 구축할 수 있는 가장 간단한 회로 중 하나입니다. 이 쌍안정 구성은 출력 파형을 생성하기 위해 RC 타이밍 네트워크를 사용하지 않으므로 회로의 기간을 계산하는 데 방정식이 필요하지 않습니다. 아래의 쌍안정 555 타이머 회로를 고려하십시오.

쌍안정 플립플롭 회로

출력 파형의 스위칭은 두 개의 풀업 저항 R1 및 R2 에 의해 "HIGH"로 유지되는 555 타이머의 트리거 및 재설정 입력을 제어하여 달성됩니다 . 트리거 입력(핀 2) "LOW"를 취하여 스위치를 설정 위치로 전환하고 출력 상태를 "HIGH" 상태로 변경하고, 리셋 입력(핀 4) "LOW"를 취하여 스위치를 재설정 위치로 전환하여 출력을 변경합니다. "LOW" 상태로 전환됩니다.

이 555 타이머 회로는 두 상태 모두 무기한 유지되므로 쌍안정합니다. 그런 다음 쌍안정 555 타이머는 "HIGH" 및 "LOW" 두 상태 모두에서 안정적입니다. 임계값 입력(핀 6)은 접지에 연결되어 일반 타이밍 애플리케이션에서처럼 쌍안정 회로를 재설정할 수 없도록 합니다.

555 타이머 출력

555 타이머 또는 실제로 듀얼 556 타이머 IC 의 스위칭 및 구동 기능에 대해 논의하지 않고서는 이 555 타이머 튜토리얼을 끝낼 수 없습니다 .

표준 555 타이머 또는 556 타이머의 출력(핀 3)에는 최대 200mA의 부하 전류를 "싱크" 또는 "소스"할 수 있는 기능이 있습니다. 이는 릴레이와 같은 출력 변환기를 직접 구동하는 데 충분합니다. , 필라멘트 램프, LED 모터 또는 스피커 등은 직렬 저항기 또는 다이오드 보호를 사용합니다.

전류를 "싱크"(흡수) 및 "소스"(공급)하는 555 타이머의 이러한 기능은 출력 장치가 555 타이머의 출력 단자와 공급 장치 사이에 연결되어 부하 전류를 싱크하거나 출력 장치 사이에 연결될 수 있음을 의미합니다. 부하 전류를 공급하기 위한 단자 및 접지. 예를 들어.

555 타이머 출력 싱킹 및 소싱

 

위의 첫 번째 회로에서 LED는 양극 공급 레일(+Vcc)과 출력 핀 3 사이에 연결됩니다. 이는 전류가 "싱크"(흡수)되거나 555 타이머 출력 단자로 흘러 LED가 다음을 의미합니다. 출력이 "LOW"일 때 "ON"입니다.

위의 두 번째 회로는 LED가 출력 핀 3과 접지(0v) 사이에 연결되어 있음을 보여줍니다. 이는 전류가 "소스"(공급)되거나 555 타이머 출력 단자에서 흘러나오고 출력이 "HIGH"일 때 LED가 "ON"이 됨을 의미합니다.

출력 부하 전류를 싱크 및 소싱하는 555 타이머의 기능은 두 LED가 동시에 출력 단자에 연결될 수 있지만 출력 상태가 "HIGH"인지 또는 "HIGH"인지에 따라 하나만 "ON"으로 전환된다는 것을 의미합니다. 낮은". 왼쪽 회로는 이에 대한 예를 보여줍니다. 두 개의 LED는 출력에 따라 "ON"과 "OFF"로 번갈아 전환됩니다. 저항 R은 LED 전류를 20mA 미만으로 제한하는 데 사용됩니다.

앞서 핀 3을 통해 부하 전류를 싱크하거나 소싱하는 최대 출력 전류는 최대 공급 전압에서 약 200mA이며 이 값은 다른 로직 IC, LED 또는 소형 램프 등을 구동하거나 전환하는 데 충분하다고 말했습니다. 그러나 모터, 전자석, 계전기 또는 스피커와 같은 고전력 장치를 전환하거나 제어하려면 어떻게 해야 합니까? 그런 다음 부하를 구동하기에 충분히 높은 전력을 제공하기 위해 트랜지스터를 사용하여 555 타이머 출력을 증폭해야 합니다.

555 타이머 트랜지스터 드라이버

위 두 예의 트랜지스터는 부하 전류가 높을 경우 전력 MOSFET 장치 또는 달링턴 트랜지스터로 교체할 수 있습니다. 모터, 계전기 또는 전자석과 같은 유도 부하를 사용하는 경우 유도 장치가 상태를 변경할 때 생성되는 역기전력 전압을 흡수하기 위해 부하 단자 전체에 직접 환류(또는 플라이휠) 다이오드를 연결하는 것이 좋습니다.

지금까지 우리는 555 타이머를 사용하여 단안정 및 쌍안정 출력 펄스를 생성하는 방법을 살펴보았습니다. 파형 생성 에 대한 다음 튜토리얼에서는 불안정한 멀티바이브레이터 구성에서 555를 연결하는 방법을 살펴보겠습니다. 불안정 모드에서 사용하면 출력 파형의 주파수와 듀티 사이클을 모두 정확하게 제어하여 매우 다양한 파형 발생기를 생성할 수 있습니다.