IC 555 oscillator-, alarm- en sirenecircuits

In dit bericht zullen we leren hoe we basis-IC 555-oscillatorcircuits kunnen bouwen en optimaliseren, waarvan de golfvormen verder kunnen worden verbeterd voor het genereren van complexe geluidseffecten zoals warble-alarm, politie-sirene, rood-alarm, star trek-alarm enz.

Overzicht

De basismodus die normaal wordt gebruikt voor het maken van IC 555-oscillatoren, is de astabiele circuitmodus.

Als we kijken naar het onderstaande stabiele circuit, we vind de pinouts samengevoegd op de volgende manier:

• Triggerpen 2 kortgesloten met Threshold-pen 6.
• Een weerstand R2 aangesloten tussen pin 2 en de ontladingspin 7.

In deze modus laadt de condensator Cl exponentieel op via de weerstanden R1 en R2 wanneer er stroom wordt aangelegd. Wanneer het laadniveau stijgt tot 2 / 3e niveau van de voedingsspanning, wordt de ontladingspin 7 laag. Hierdoor begint C1 nu exponentieel te ontladen, en wanneer het ontladingsniveau daalt tot 1 / 3e voedingsniveau, stuurt een trigger op pin 2.

Wanneer dit gebeurt, wordt pin 7 weer hoog, waardoor de laadactie op de condensator wordt gestart totdat deze het 2 / 3e voedingsniveau leert. De cyclus gaat oneindig door met het tot stand brengen van de astabiele modus van het circuit.

De bovenstaande werking van de astabiele resulteert in twee soorten oscillaties die optreden over C1 en over de uitgangspen 3 van de IC. Over C1 zorgt de exponentiële stijging en daling van de spanning ervoor dat een zaagtandfrequentie verschijnt.

De interne flip-flop reageert op deze zaagtandfrequentie en wordt vervolgens omgezet in rechthoekige golven op de uitgangspen 3 van het IC. Dit geeft ons de vereiste rechthoekige golfoscillaties aan de uitgang van de IC-pin 3.

Omdat de oscillatiefrequentie volledig afhangt van R1, R2 en C1, kan de gebruiker de waarden van deze componenten wijzigen om elke gewenste waarde te krijgen voor de AAN UIT-perioden van de oscillatiefrequenties, ook wel PWM-regeling of duty-cycle-regeling genoemd. .

De bovenstaande grafiek geeft ons de relatie tussen R1 en C1.

R2 wordt hier genegeerd omdat de waarde ervan verwaarloosbaar klein is in vergelijking met R2.

Basis blokgolfoscillatorcircuit met IC 555

Uit de bovenstaande bespreking hebben we geleerd hoe een IC 555 in de astabiele modus kan worden gebruikt om een ​​standaard blokgolfoscillatorcircuit te creëren.

Met de configuratie kan de gebruiker de waarden van R1 en R2 variëren van 1K tot vele mega-ohm om een ​​enorm scala aan selecteerbare frequenties en werkcycli op de uitgangspen 3 te krijgen.

Er moet echter worden opgemerkt dat de R1-waarde niet te klein mag zijn, aangezien het effectieve stroomverbruik van het circuit wordt bepaald door R1. Dit gebeurt omdat tijdens elk C1-ontladingsproces pen 7 het aardpotentiaal bereikt en R1 direct over de positieve en de aardingslijn onderwerpt. Als de waarde laag is, kan er een aanzienlijke stroomafname zijn, waardoor het totale verbruik van het circuit toeneemt.

R1 en R2 bepalen ook de breedte van de oscillerende pulsen geproduceerd op pin 3 van de IC. R2 kan specifiek worden gebruikt voor het regelen van de mark / space-verhouding van de uitgangspulsen.

Voor de verschillende formules voor het berekenen van de duty cycle, frequentie en PWM van een IC 555 oscillator (astabiel) kan in dit artikel worden bestudeerd ​

Variabele frequentie-oscillator met IC 555

Het hierboven toegelichte stabiele circuit kan worden geüpgraded met een variabele voorziening waarmee de gebruiker de PWM en ook de frequentie van het circuit naar wens kan variëren. Dit wordt eenvoudig gedaan door een potentiometer in serie met de weerstand R2 toe te voegen, zoals hieronder weergegeven. De waarde van R2 moet klein zijn in vergelijking met de potwaarde.

In de bovenstaande opstelling kan de oscillatiefrequentie worden gevarieerd van 650 Hz tot 7,2 kHz via de aangegeven potvariaties. Dit bereik kan nog verder worden vergroot en vergroot door een schakelaar toe te voegen voor het selecteren van verschillende waarden voor C1, aangezien C1 ook direct verantwoordelijk is voor het instellen van de uitgangsfrequentie.

Variabele PWM-oscillatorcircuits met IC 555

De bovenstaande afbeelding laat zien hoe a faciliteit voor variabele markruimteverhouding kan worden toegevoegd aan elk standaard IC 555 astabiel oscillatorcircuit via een paar diodes en een potentiometer.

Met deze functie kan de gebruiker elke gewenste PWM of instelbare AAN UIT-perioden krijgen voor de oscillaties op de uitgangspen 3 van de IC.

In het diagram aan de linkerkant laadt het netwerk van R1, D1 en de pot R3 afwisselend C1 op, terwijl de pot R4, D2 en R2 afwisselend de C1-condensator ontladen.

R2 en R4 bepalen de snelheid van laden / ontladen van C1 en kunnen op geschikte wijze worden aangepast om de gewenste AAN / UIT-verhouding voor de uitgangsfrequentie te verkrijgen.

Het rechter diagram toont de positie van R3 in serie verschoven met R1. In deze configuratie wordt de oplaadtijd van C1 vastgelegd door D1 en zijn serieweerstand, terwijl de pot alleen de ontladingstijd van C1 laat regelen, dus de UIT-tijd van uitgangspulsen. De andere pot R3 helpt in wezen om de frequentie van de output te veranderen in plaats van de PWM.

Als alternatief, zoals getoond in de bovenstaande figuren, kan het ook mogelijk zijn om de IC 555 in de astabiele modus aan te sluiten voor het discreet aanpassen van de mark / spatie (AAN-tijd / UIT-tijd) -verhouding zonder de oscillatiefrequentie te beïnvloeden.

In deze configuraties neemt de lengte van de pulsen inherent toe naarmate het ruimte-interval wordt verkleind, en vice versa.

Hierdoor blijft de totale periode van elke blokgolfcyclus constant.

Het belangrijkste kenmerk van deze schakelingen is de variabele inschakelduur, die met behulp van de gegeven potentiometer R3 kan worden gevarieerd van 1% tot 99%.

In de linker afbeelding wordt C1 afwisselend opgeladen door R1, de bovenste helft van R3 en D1, terwijl het wordt ontladen door middel van D2, R2 en de onderste helft van potentiometer R3. In de afbeelding aan de rechterkant wordt C1 afwisselend opgeladen via R1 en D1 en de rechterhelft van potentiometer R3 en ontladen via de linkerhelft van potentiometer R3, D2 en R2.

In beide bovenstaande astabellen stelt de waarde van C1 de oscillatiefrequentie in op ongeveer 1,2 kHz.

Hoe de IC Astable-oscillatorfunctie te pauzeren of te starten / stoppen met een drukknop

U kunt een IC 555 astabiele oscillator op een paar eenvoudige manieren AAN / UIT zetten.

Dit kan met drukknoppen of via een elektronisch ingangssignaal.

In de bovenstaande afbeelding is pin 4, de reset-pin van het IC, geaard via R3 en is een push-to-ON-schakelaar verbonden over de positieve voedingslijn.

Pin 4 van IC 555 heeft minimaal 0,7 V nodig om vooringenomen te blijven en om de IC ingeschakeld te houden. Door op de knop te drukken wordt de IC-astabiele oscillatorfunctie ingeschakeld, terwijl het loslaten van de schakelaar de voorspanning van pin 4 verwijdert en de IC-functie wordt uitgeschakeld.

Dit kan ook worden geïmplementeerd via een extern positief signaal op pin 4 met de schakelaar verwijderd en R3 aangesloten zoals hij is.

In het andere alternatief, zoals hierboven getoond, is pin 4 van het IC permanent voorgespannen via R3 en de positieve voeding. Hier is de drukknop verbonden over pin 4 en aarde. Dit houdt in dat wanneer de drukknop wordt ingedrukt, de blokgolven van de IC-output worden uitgeschakeld, waardoor de output 0V wordt.

Het loslaten van de drukknop begint met het genereren van de stabiele blokgolven, normaal gesproken over pin 3 van de IC.

Hetzelfde kan worden bereikt door een extern toegepast negatief signaal of een 0 V-signaal op pin 4 met R3 aangesloten zoals het is.

Pin 2 gebruiken voor het regelen van een stabiele frequentie

In onze eerdere discussies hebben we geleerd hoe de pulsgeneratie van een IC 555 kan worden bestuurd via pin 4.

Nu zullen we zien hoe hetzelfde kan worden bereikt via pin 2 van het IC zoals hierboven weergegeven.

Wanneer S1 wordt ingedrukt, krijgt pin 2 plotseling een aardpotentiaal, waardoor de spanning over C1 daalt tot onder 1 / 3e Vcc. Zoals we weten, wanneer de spanning van pin 2 of het laadniveau over C1 onder 1 / 3e Vcc wordt gehouden, wordt de uitgang van pin 3 permanent hoog.

Daarom veroorzaakt het indrukken van S1 een spanningsval over C1 onder 1 / 3e Vcc, waardoor de uitgangspen 3 wordt gedwongen hoog te gaan zolang S1 ingedrukt blijft. Dit verhindert de normale werking van astabiele trillingen. Wanneer de drukknop wordt losgelaten, keert de astbale-functie terug naar de normale omstandigheden. De golfvorm aan de rechterkant bevestigt de reactie van pin 3 op het indrukken van de drukknop.

De bovenstaande werking kan op dezelfde manier worden bestuurd met behulp van een externe digitale schakeling via de diode D1. Een negatieve logica aan de kathode van de diode initieert de bovenstaande acties, terwijl een positieve logica geen effect heeft en de functies van de astable zijn normale werking laat herstellen.

Hoe IC 555-oscillator te moduleren

Pin 5, de besturingsingang van IC 555, is een van de belangrijke en nuttige pinouts van het IC. Het vergemakkelijkt de gebruiker om de uitgangsfrequentie van de IC te moduleren door simpelweg een instelbaar DC-niveau op pin # 5 toe te passen.

Een stijgende DC-potentiaal zorgt ervoor dat de pulsbreedte van de uitgangsfrequentie proportioneel toeneemt, terwijl het verlagen van de DC-potentiaal ervoor zorgt dat de frequentiepulsbreedte proportioneel smaller wordt. Deze potentialen moeten strikt binnen het 0V- en het volledige Vcc-niveau liggen.

In de bovenstaande afbeelding genereert het aanpassen van de pot een variërende potentiaal op pin 5, waardoor de uitgangspulsbreedte van de oscillatiefrequentie dienovereenkomstig verandert.

Aangezien de modulatie ervoor zorgt dat de uitgangspulsbreedte verandert, heeft dit ook invloed op de frequentie, aangezien C1 gedwongen wordt zijn laad- / ontlaadperioden te veranderen afhankelijk van de potinstelling.

Wanneer een variërende AC met een amplitude tussen 0V en Vcc wordt aangelegd op pin 5, volgt de output PWM of pulsbreedte ook de variërende AC-amplitude en genereert een continue reeks verwijdende en vernauwende pulsen op pin 3.

Een AC-signaal kan ook worden gebruikt voor de modulatie, simpelweg door pin 5 te integreren met een externe AC via een condensator van 10uF.

Alarmen en sirenes maken met IC 555

De veelzijdige configuratie van de stabiele oscillator van IC 555 stelt ons in staat om deze te implementeren voor het maken van verschillende soorten sirenes en alarmcircuits. Dit wordt mogelijk omdat een astable in feite een golfvormgenerator is en kan worden aangepast voor het genereren van verschillende soorten geluidsgolfvormen, die lijken op alarm- en sirenegeluiden.

In de bovenstaande afbeelding kunnen we de IC 555 zien geconfigureerd als een 800 Hz frequentie monotoon alarm circuit ​

De luidspreker kan elke impedantiewaarde hebben, vanwege de aanwezigheid van de huidige beperkende weerstand Rx. Een veilige waarde zou ongeveer 70 Ohm 1 watt kunnen zijn.

Om een ​​alarmcircuit met een hoog vermogen te maken, upgraden we het bovenstaande circuit via een vermogenstransistordriver Q1 en een krachtigere luidspreker, zoals hieronder weergegeven:

Omdat het ontwerp een hoog niveau van rimpelvolatge kan produceren, zijn D1 en C3 opgenomen om te voorkomen dat de rimpelinterferentie met de werking van de IC 555 wordt voorkomen.

Diodes D2 en D3 zijn inbegrepen om de inductieve schakelpieken die worden gegenereerd door de luidsprekerspoel te neutraliseren en om de transistor Q1 te beschermen tegen beschadiging.

Circuit voor pulserende IC 555-alarmen

Het vorige 800 Hz monotoon alarm zou kunnen worden omgezet in een meer intressant gepulseerd 800 Hz alarm door nog een stabiele multivibrator met het toongeneratorcircuit toe te voegen, zoals hieronder wordt weergegeven.

We hebben al bestudeerd hoe pin 5 kan worden gebruikt voor het regelen van de pulsbreedte van de IC 555.

Hier is IC 2 geconfigureerd als een oscillatorcircuit van 1 Hz, waardoor pin 5 van IC 1 afwisselend laag wordt met een snelheid van 1 Hz. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat de pulsbreedte van pin 3800 Hz zo smal wordt dat Q1 bijna wordt uitgeschakeld. Dit produceert een scherp gepulseerd alarmeffect van 1 Hz op de luidspreker.

Warble He-Haw Alarm Circuit

Als je het vorige ontwerp wilt omzetten in een oorverdovend alarm, kun je dat doen door simpelweg de D1-diode te vervangen door een weerstand van 10 K, zoals te zien is in het bovenstaande diagram. Deze worden ook wel he-haw-alarm genoemd en worden vaak gebruikt in Europese hulpverleningsvoertuigen.

We weten dat pin 5 kan worden gebruikt met een extern hoog / laag signaal voor het moduleren van de pin 3 output met een overeenkomstige verbreding / versmalling pulsbreedtes. De 1 Hz wisselende hoog-lage voeding op pin 5 van IC2 dwingt de output pin # 3 spanning van IC 1 om een ​​symmetrisch veranderende frequentie te genereren die varieert van 500 Hz tot 440 Hz. Hierdoor genereert de luidspreker het vereiste scherpe alarmgeluid met een hoog volume met een snelheid van 1 Hz.

Een politiesirene maken

De IC 555 kan ook worden gebruikt voor het maken van een perfect imiterende politiesirene circuit zoals hierboven aangetoond.

Het circuit is ontworpen om het typische jammerende geluid te produceren dat vaak wordt gehoord door politiesirenes.

Hier is IC2 verbonden als een laagfrequente oscillator met een frequentie ingesteld op een AAN UIT-snelheid van 6 seconden.

De langzame exponentiële driehoeksgolfhelling die over zijn C1 wordt gegenereerd, wordt gevoed aan de basis van Q1 geconfigureerd als een zender volger ​

De frequentie van IC1 is ingesteld op 500 Hz, wat de middenfrequentie wordt.

De langzaam stijgende en dalende helling aan de basis van Q1 volgt op zijn emitter en moduleert pin 5 van IC1. De langzame aanloop veroorzaakt afwisselende cycli van langzaam stijgende spanning gedurende 3 seconden en langzaam afnemende spanning gedurende 3 seconden op pin 5. Vanwege deze pin 3 frequentie en PWM moduleert ook dienovereenkomstig het geluidseffect van de jammerende politie-sirene.

Red Alert Star Trek-alarmcircuit

Het laatste circuit in de lijst is een andere zeer interessante generator voor geluidseffecten die gebruikmaakt van de IC 555 astabiele oscillator. Het is de alarmgeluidgenerator voor rood alarm, ook wel het star trek-alarm genoemd vanwege het veelvuldige gebruik in de populaire tv-serie star trek.

Meestal begint het rode waarschuwingsalarm met een lage frequentie toon, die stijgt naar een hoge frequentie binnen een korte tijdspanne van ongeveer 1,15 seconden, en stopt voor 0,35 seconden, en weer stijgt van een lage naar hoge frequentie, en de cyclus blijft aanleiding geven tot het alarmgeluid met een rood alarm.

Net als de vorige alarm- en sirene-geluidscircuits, blijft dit circuit de reeks herhalen zolang het ingeschakeld blijft.

Het IC 2 is hier geconfigureerd als een niet-symmetrische oscillatorschakeling. De condensator Cl wordt afwisselend opgeladen via de elementen R1 en D1, en wordt afwisselend ontladen via R2.

Dit produceert een snel stijgende en vervagende zaagtand-plussen over de condensator C1. Dit oplopende signaal wordt gebufferd door de emittervolger en via R7 als een modulerende spanning op de stuuringangspen 5 van IC1 toegevoerd.

Vanwege de zaagtandaard zorgt deze golfvorm ervoor dat de uitgangsfrequentie van pin 3 van IC1 geleidelijk stijgt voor het langzame afnemende deel van de golfvorm, en vervolgens snel daalt tijdens het ineenstortende deel van de golfvorm.

Tijdens elk van de vervalsecties van de golfvormcyclus, schakelt de corresponderende rechthoekige puls van pin 3 van IC2 onmiddellijk Q2 uit, wat er op zijn beurt voor zorgt dat pin2 van IC2 laag wordt. Dit onderbreekt de C2-uitgang en de stijgende toon op de luidspreker, wat aanleiding geeft tot het eigenaardige rode alarmgeluid van het star trek-alarm.

Terug naar jou

Dit waren enkele hints over het gebruik van IC 555 voor het maken van nuttige alarm- en sirene-oscillatorcircuits. Heeft u een andere interessante generator voor geluidseffecten die IC 555 gebruikt? Als u dat doet, geef dan hier de details op, we zullen deze graag in de bovenstaande lijst opnemen.