مذبذب 555 هو دائرة بسيطة تستخدم دائرة المؤقت 555 في وضع مستقر لإنشاء مخرج ثابت بين العالي والمنخفض بدون مشغل خارجي. وهو مفيد لتوليد النبضات، والتوقيت، والتحكم في شكل الموجات. كما يوضح كيف يؤثر الشحن والتفريغ في المكثف على التردد ودورة العمل. تشرح هذه المقالة هذه التفاصيل بوضوح.
نظرة عامة على المذبذب 555
مذبذب 555 هو دائرة مبنية حول دائرة المؤقت 555 في وضع غير مستقر لإنتاج تدفق مستمر من النبضات. في هذا الوضع، يتناوب الإخراج تلقائيا بين HIGH و LOW، لذا تستمر الدائرة في العمل بدون مشغل خارجي.
جاذبيتها تأتي من تصميمها البسيط. يمكن بناء مذبذب 555 القياسي بمقاومتين فقط ومكثف واحد، مع السماح بسهولة بالتحكم في التردد وتوقيت النبضات.
تشغيل المذبذب 555
يعمل مذبذب 555 عن طريق شحن وتفريغ مكثف توقيت بين مستويين من الجهد داخل الشريحة. يتم ضبط هذه المستويات على حوالي ثلث وثلثي جهد التغذية. داخل مؤقتات 555 توجد مقارنات، وفليب فلوب، وترانزستور تفريغ، ومقسوم جهد. تتحكم هذه الأجزاء في متى يتحول المخرج ومتى يبدأ المكثف في الشحن أو التفريغ.
تتبع دورة التشغيل تسلسلا متكررا. يشحن مكثف التوقيت أولا عبر المقاومات الخارجية. عندما يرتفع جهد المكثف إلى حوالي ثلثي VCC، يقوم مقارن العتبة بإعادة ضبط القفزة الداخلية ويتغير حالة الإخراج. في نفس الوقت، يعمل ترانزستور التفريغ ويبدأ بتفريغ المكثف نحو الأرض. عندما ينخفض جهد المكثف إلى حوالي ثلث VCC، يقوم مقارن الزناد بضبط القفزة مرة أخرى، مما يوقف ترانزستور التفريغ ويسمح للمكثف بالبدء في الشحن مرة أخرى. تنتج هذه العملية المستمرة للشحنة والتفريغ شكل موجة نبضية دورية عند الخرج وجهدا مرتفعا ومنخفضا عبر مكثف التوقيت.
إعداد الدائرة المستقرة 555
في الإعداد القياسي الثابت، يستمر مؤقت 555 في التبديل من تلقاء نفسه وينتج إشارة إخراج مستمرة. يحدث هذا لأن الدائرة مرتبة بحيث يشحن مكثف التوقيت ويفرغ بشكل متكرر دون وجود مشغل خارجي.
وصلات الدبابيس الرئيسية هي:
• التثبيت 1: الأرض
• الدبوس 8: جهد التزويد
• الدبوس 4: إعادة ضبط، مرتبط ب VCC عند عدم الاستخدام
• الدبوس 3: الإخراج
• الدبوس 2 والدبوس 6: متصلان
• الدبوس 7: دبوس التفريغ
• الدبوس 5: جهد التحكم، غالبا ما يكون متصلا بمكثف صغير لتحسين الاستقرار
أجزاء التوقيت متصلة ببساطة:
• R1 ينتقل من VCC إلى النقطة السابعة
• R2 ينتقل من الدبوس 7 إلى الدبوس 2 و6
• C ينتقل من الدبابيس 2 و6 إلى الأرض
في هذه الدائرة، يشحن المكثف عبر R1 و R2 معا. ثم يتم تفريغه عبر R2. في كل مرة يصل فيها جهد المكثف إلى أحد مستويات العتبة الداخلية، يتغير حالة الإخراج. هذا التكرار يخلق موجة الإخراج غير المستقرة.
التحكم في توقيت المذبذب 555
يعتمد توقيت مذبذب 555 على مقاومتين، R1 و R2، ومكثف واحد، C. هذه الأجزاء الثلاثة تتحكم في مدة بقاء الإخراج مرتفعا، وكم من الوقت يبقى منخفضا، وكم مرة تتكرر الدورة. بتغيير قيمها، يمكن تعديل التردد ودورة العمل.
المعادلات الرئيسية للتوقيت هي:
• وقت الفراغ
tHIGH = 0.693 × (R1 + R2) × C
• وقت منخفض
tLOW = 0.693 × R2 × C
• الفترة الإجمالية
T = 0.693 × (R1 + 2R2) × C
• التردد
f ≈ 1 / [0.693 × (R1 + 2R2) × C]
• دورة العمل
D = (R1 + R2) / (R1 + 2R2)
تصف هذه المعادلات كيف تؤثر معلمات المذبذب على سلوك الدائرة. زيادة قيم R1 أو R2 أو C تزيد من ثابت زمن RC، مما يقلل من تردد التذبذب. وعلى العكس، فإن تقليل هذه القيم يؤدي إلى تردد تشغيل أعلى. يتم تحديد زمن الموجة العالية لشكل الموجة الخرج بواسطة كل من R1 وR2 مع المكثف C، بينما يتم تحديد الوقت المنخفض فقط بواسطة R2 و C خلال طور تفريغ المكثف.
يشرح هذا الجزء من الدائرة كيف يضبط مذبذب 555 سرعة الإخراج وشكل النبضة.
| هدف التصميم | ما الذي يجب تعديله |
|---|---|
| التردد الأدنى | زيادة R1 أو R2 أو C |
| التردد الأعلى | تقليل R1 أو R2 أو C |
| نبضة عالية أطول | زيادة R1 أو R2 |
| نبضة أطول منخفضة | زيادة R2 |
| نبضة منخفضة أقصر | تقليل R2 |
555 تحديد دورة العمل
في الدائرة المستقرة القياسية 555، تبقى دورة العمل فوق 50٪ لأن المكثف يشحن ويخرج عبر مسارات مختلفة. أثناء الشحن، يتدفق التيار عبر R1 وR2 بالتوازي. أثناء التفريغ، يمر التيار عبر R2 فقط. هذا يجعل وقت الشحن أطول من وقت التفريغ، لذا يبقى الخرج مرتفعا لفترة أطول مما يبقى منخفضا.
يؤثر هذا على الموجة بعدة طرق:
• نبضة HIGH أوسع من نبضة LOW
• المخرج غير متوازن بشكل متساو
• الدائرة الأساسية لا يمكنها أن تعطي دورة عمل حقيقية بنسبة 50٪ بمفردها
هذه ميزة مدمجة في تصميم الدائرة القياسية. للحصول على دورة عمل أقل أو مخرج أكثر توازنا، يجب تغيير مسار التوقيت.
تعديل دورة العمل 555
إذا لم تنتج دائرة 555 القياسية شكل النبضة المطلوب، يمكن تعديل مسارات الشحن والتفريغ. وهذا يسمح بتقريب دورة العمل إلى 50٪ أو أقل. الهدف هو التحكم في مدة شحن المكثف ومدة تفريغه.
تستخدم إحدى الطرق صمام ثنائي لفصل المسار الحالي. مع هذا الإعداد، يمكن للمكثف أن يشحن عبر مسار واحد ويخرج عبر مسار آخر. هذا يمنح تحكما أكبر في أوقات الارتفاع والانخفاض ويسمح بدورة عمل أقل.
طريقة أخرى تستخدم ترتيب دوائر معدل بحيث يشحن المكثف ويفرغه عبر مسارات متطابقة. يمكن أن ينتج ذلك مخرجا بدورة عمل تقارب 50٪. يعطي موجة أكثر توازنا من الدائرة المستقرة القياسية.
| هدف الإخراج | النهج الموصى به |
|---|---|
| توليد النبضات الأساسي | دائرة مستقرة قياسية |
| دورة خدمة تقارب 50٪ | ترتيب متوازن بين الشحنة-التصريف |
| أقل من 50٪ دورة العمل | دائرة التوقيت بمساعدة الديود |
555 تطبيقات المذبذب
فلاش LED 7.1
يمكن لمذبذب 555 تشغيل وإيقاف LED بمعدل ثابت. تعتمد سرعة الوميض على قيم مقاومة التوقيت والمكثف.
البازرز
يمكن لمذبذب 555 توليد إشارة متكررة لتشغيل الجرس. تردد الإخراج يؤثر على كيفية إنتاج الصوت.
مولدات النغمات
يمكن للدائرة توليد إشارات صوتية بموجة مربعة لإخراج صوت بسيط. تغيير أجزاء التوقيت يغير تردد النغمة.
ساعات النبض
يمكن لمذبذب 555 أن يوفر تدفقا مستمرا من النبضات لتوقيت أو عد الدوائر. كل دورة إخراج تحتسب كنبضة ساعة واحدة.
التحكم البسيط في PWM
يمكن ضبط الإخراج لتغيير عرض النبضة، مما يسمح بالتحكم الأساسي في تعديل عرض النبضة. وهذا مفيد عندما يحتاج وقت التشغيل ووقت الإيقاف إلى تغيير.
دوائر الاختبار
يمكن لمذبذب 555 أن يكون مصدر إشارة بسيط لفحص استجابة الدائرة. يوفر مخرجا متكررا يمكن قياسه أو ملاحظته.
عروض التوقيت
غالبا ما تستخدم الدائرة لإظهار كيفية عمل التوقيت والتذبذب في الإلكترونيات الأساسية. يساعد في شرح الشحن، والتفريغ، وتوليد النبضات بطريقة بسيطة.
الخاتمة
يظهر مذبذب 555 كيف يمكن لدائرة توقيت صغيرة أن تنتج نبضة ثابتة وقابلة للتعديل مع عدد قليل من الأجزاء فقط. من خلال تغيير قيم المقاومة والمكثف، يمكن للدائرة التحكم في التردد، والوقت العالي، والوقت المنخفض، ودورة العمل. تعمل الدائرة، وحدود التوقيت، وعوامل الاستقرار، والتطبيقات، وخطوات استكشاف الأعطال كلها تساعد في شرح كيفية عمل الدائرة وكيفية الحفاظ على دقة واستقرار مخرجاتها.
الأسئلة الشائعة [الأسئلة الشائعة]
ما هو الجهد الذي يحتاجه مذبذب 555؟
يعمل مذبذب 555 القياسي من 4.5 فولت إلى 16 فولت. غالبا ما يعمل CMOS 555 عند جهود أقل.
ما مدى سرعة تشغيل مذبذب 555؟
يمكن لمؤقت 555 القياسي أن يعمل من ترددات منخفضة جدا حتى حوالي 100-300 كيلوهرتز. غالبا ما تعمل نسخ CMOS بشكل أسرع.
ما المكثف الذي يجب استخدامه للتوقيت؟
المكثف السيراميكي أو الفيلم أفضل لتوقيت مستقر. المكثفات الإلكتروليتية أقل دقة ويمكن أن تنجرف أكثر.
هل يمكن لمذبذب 555 أن يدفع الحمل مباشرة؟
نعم، يمكنه تشغيل الأحمال الصغيرة مثل مصابيح LED أو الجرس أو مدخلات المنطق مباشرة. الأحمال الأثقل قد تحتاج إلى مرحلة تعريف.
هل تؤثر درجة الحرارة على مذبذب 555؟
نعم. يمكن أن تغير درجة الحرارة قليلا قيم المقاومات والمكثفات، مما يغير التردد.
هل يمكن التحكم في مذبذب 555 بواسطة إشارة أخرى؟
نعم. يمكن تشغيله أو إيقافه أو ضبطه باستخدام دبابيس مثل إعادة التعيين أو جهد التحكم.
