IC 555 Bộ tạo dao động, Mạch báo động và còi hú

Trong bài đăng này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách xây dựng và tối ưu hóa các mạch dao động IC 555 cơ bản, có dạng sóng có thể được nâng cao hơn nữa để tạo ra các hiệu ứng âm thanh phức tạp như báo động có đạn, còi cảnh sát, báo động đỏ, cảnh báo sao trek, v.v.

Tổng quat

Chế độ cơ bản thường được sử dụng để tạo dao động IC 555 là chế độ mạch ổn định.

Nếu chúng ta nhìn vào mạch ổn định được hiển thị bên dưới, chúng ta tìm sơ đồ chân đã tham gia theo cách sau:

• Chân kích hoạt 2 được rút ngắn thành chân ngưỡng 6.
• Một điện trở R2 nối giữa chốt 2 và chốt phóng điện 7.

Ở chế độ này, khi có nguồn điện, tụ điện C1 tích điện theo cấp số nhân qua các điện trở R1 và R2. Khi mức sạc tăng lên đến 2/3 mức điện áp cung cấp, làm cho chân xả 7 ở mức thấp. Do đó, C1 bây giờ bắt đầu phóng điện theo cấp số nhân và khi mức phóng điện giảm xuống 1/3 mức cung cấp, sẽ gửi một bộ kích hoạt ở chân 2.

Khi điều này xảy ra, chân 7 lại chuyển sang mức cao bắt đầu hoạt động sạc trên tụ điện cho đến khi nó dạy mức cung cấp 2/3. Chu kỳ tiếp tục vô hạn thiết lập chế độ ổn định của mạch.

Việc làm việc trên của các kết quả đáng kinh ngạc dẫn đến hai loại dao động xảy ra trên C1 và trên chân ra 3 của IC. Trên C1, điện áp tăng và giảm theo cấp số nhân tạo ra tần số răng cưa xuất hiện.

Flip flop bên trong đáp ứng với tần số răng cưa này và sau đó chuyển đổi thành sóng hình chữ nhật tại chân đầu ra 3 của vi mạch. Điều này cung cấp cho chúng ta các dao động sóng hình chữ nhật cần thiết ở đầu ra của chân 3 IC.

Vì tần số dao động hoàn toàn phụ thuộc vào R1, R2 và C1, người dùng có thể thay đổi giá trị của các thành phần này để có được bất kỳ giá trị mong muốn nào cho các khoảng thời gian BẬT TẮT của tần số dao động, còn được gọi là điều khiển PWM hoặc điều khiển chu kỳ nhiệm vụ .

Biểu đồ trên cung cấp cho chúng ta mối quan hệ giữa R1 và C1.

R2 được bỏ qua ở đây vì giá trị của nó nhỏ hơn đáng kể so với R2.

Mạch tạo dao động sóng vuông cơ bản sử dụng IC 555

Từ cuộc thảo luận ở trên, chúng ta đã biết cách sử dụng IC 555 ở chế độ ổn định để tạo ra một mạch dao động sóng vuông cơ bản.

Cấu hình cho phép người dùng thay đổi các giá trị của R1 và R2 ngay từ 1K đến nhiều mega ohms để nhận được một loạt các tần số có thể lựa chọn và chu kỳ nhiệm vụ ở chân đầu ra 3.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng giá trị R1 không được quá nhỏ vì dòng điện tiêu thụ hiệu dụng của mạch được xác định bởi R1. Điều này xảy ra bởi vì trong mỗi quá trình phóng điện C1, chân 7 đạt được điện thế nối đất đặt R1 trực tiếp qua cực dương và đường nối đất. Nếu giá trị của nó thấp, có thể có một tiêu hao dòng điện đáng kể, làm tăng mức tiêu thụ tổng thể của mạch.

R1 và R2 cũng xác định độ rộng của các xung dao động được tạo ra ở chân 3 của IC. R2 đặc biệt có thể được sử dụng để kiểm soát tỷ lệ dấu / không gian của các xung đầu ra.

Đối với các công thức khác nhau để tính toán chu kỳ làm việc, tần số và PWM của bộ dao động IC 555 (có thể điều chỉnh được) có thể được nghiên cứu trong bài báo này .

Bộ dao động tần số biến đổi sử dụng IC 555

Mạch ổn định được giải thích ở trên có thể được nâng cấp với một cơ sở thay đổi cho phép người dùng thay đổi PWM và cả tần số của mạch theo ý muốn. Điều này được thực hiện đơn giản bằng cách thêm một chiết áp nối tiếp với điện trở R2 như hình dưới đây. Giá trị của R2 phải nhỏ so với giá trị của nồi.

Trong thiết lập ở trên, tần số dao động có thể thay đổi ngay từ 650 Hz, đến 7,2 kHz thông qua các biến thể nồi được chỉ định. Phạm vi này thậm chí có thể được tăng lên và nâng cao hơn nữa bằng cách thêm một công tắc để chọn các giá trị khác nhau cho C1, vì C1 cũng chịu trách nhiệm trực tiếp trong việc thiết lập tần số đầu ra.

Mạch dao động PWM biến đổi sử dụng IC 555

Hình trên cho thấy cách cơ sở tỷ lệ không gian dấu biến có thể được thêm vào bất kỳ mạch dao động cơ bản IC 555 thông qua một vài điốt và một chiết áp.

Tính năng này cho phép người dùng có được bất kỳ PWM mong muốn hoặc khoảng thời gian BẬT TẮT có thể điều chỉnh cho các dao động ở chân ra 3 của IC.

Trong sơ đồ bên trái, mạng gồm R1, D1 và nồi R3 lần lượt tích điện C1, trong khi nồi R4, D2 và R2 lần lượt phóng điện cho tụ C1.

R2 và R4 xác định tốc độ sạc / xả của C1 và có thể được điều chỉnh phù hợp để có được tỷ lệ BẬT / TẮT mong muốn cho tần số đầu ra.

Sơ đồ bên phải cho thấy vị trí R3 dịch chuyển nối tiếp với R1. Trong cấu hình này, thời gian sạc của C1 được cố định bởi D1 và điện trở nối tiếp của nó, trong khi nồi chỉ cho phép điều khiển thời gian xả của C1, do đó thời gian TẮT của xung đầu ra. Nồi R3 khác về cơ bản giúp thay đổi tần số của đầu ra thay vì PWM.

Ngoài ra, như thể hiện trong các hình trên, cũng có thể kết nối IC 555 ở chế độ ổn định để điều chỉnh tỷ lệ dấu / không gian (thời gian BẬT / thời gian TẮT) một cách riêng biệt mà không ảnh hưởng đến tần số dao động.

Trong các cấu hình này, độ dài của các xung vốn tăng lên khi khoảng không gian bị giảm đi và ngược lại.

Do đó, tổng chu kỳ của mỗi chu kỳ sóng vuông không đổi.

Tính năng chính của các mạch này là chu kỳ nhiệm vụ thay đổi, có thể thay đổi ngay từ 1% đến 99% với sự trợ giúp của chiết áp R3 đã cho.

Trong hình bên trái, C1 được sạc luân phiên bởi R1, nửa trên của R3 và D1, trong khi nó được phóng điện bởi D2, R2 và nửa dưới của chiết áp R3. Trong hình bên phải, C1 được tích điện luân phiên qua R1 và D1 và nửa bên phải của chiết áp R3, và nó phóng qua nửa chiết áp bên trái R3, D2 và R2.

Trong cả hai điều trên, giá trị của C1 đặt tần số dao động vào khoảng 1,2 kHz.

Cách Tạm dừng hoặc Khởi động / Dừng Chức năng Bộ dao động Linh hoạt IC với Nút nhấn

Bạn có thể kích hoạt BẬT / TẮT bộ dao động ổn định IC 555 bằng một số cách đơn giản.

Nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các nút nhấn hoặc thông qua một tín hiệu đầu vào điện tử.

Trong hình trên, chân 4 là chân reset của IC được nối đất qua R3, và một công tắc push-to-ON được kết nối qua đường cung cấp tích cực.

Chân 4 của IC 555 cần tối thiểu 0,7 V để vẫn được phân cực và để giữ cho IC hoạt động. Nhấn nút sẽ bật chức năng dao động ổn định của IC, trong khi nhả công tắc sẽ loại bỏ xu hướng khỏi chân 4 và chức năng IC bị vô hiệu hóa.

Điều này cũng có thể được thực hiện thông qua một tín hiệu tích cực bên ngoài trên chân 4 với công tắc được loại bỏ và R3 được kết nối như cũ.

Trong phương án khác như hình trên, chân 4 của IC có thể được phân cực vĩnh viễn thông qua R3 và nguồn cung cấp tích cực. Ở đây nút nhấn được kết nối qua chân 4 và mặt đất. Điều này ngụ ý khi nhấn nút nhấn sẽ vô hiệu hóa các sóng vuông đầu ra của IC, khiến đầu ra chuyển sang 0V.

Nhả nút nhấn sẽ bắt đầu tạo ra các sóng vuông đáng kinh ngạc thông thường trên chân 3 của vi mạch.

Điều tương tự có thể đạt được thông qua tín hiệu âm được áp dụng bên ngoài hoặc tín hiệu 0 V tại chân 4 với R3 được kết nối nguyên trạng.

Sử dụng chân 2 để điều khiển tần số ổn định

Trong các cuộc thảo luận trước đó, chúng tôi đã tìm hiểu cách tạo xung của IC 555 có thể được điều khiển thông qua chân 4.

Bây giờ chúng ta sẽ xem điều tương tự có thể đạt được như thế nào thông qua chân 2 của IC như hình trên.

Khi nhấn S1, chân 2 đột ngột được đặt một điện thế chạm đất, làm cho điện áp trên C1 giảm xuống dưới 1/3 Vcc. Như chúng ta biết rằng khi điện áp chân 2 hoặc mức sạc trên C1 được giữ dưới 1/3 Vcc, thì chân 3 đầu ra sẽ cao vĩnh viễn.

Do đó, việc nhấn S1 gây ra sụt áp trên C1 dưới 1/3 Vcc buộc chân đầu ra 3 phải tăng cao miễn là S1 vẫn được nhấn. Điều này ngăn cản hoạt động bình thường của dao động bất thường. Khi nhả nút nhấn, chức năng chỉnh màu được khôi phục trở lại điều kiện bình thường. Dạng sóng ở phía bên phải ghi nhận phản ứng của pin 3 khi nhấn nút nhấn.

Hoạt động trên cũng có thể được điều khiển bằng cách sử dụng mạch kỹ thuật số bên ngoài thông qua diode D1. Logic âm tại cực âm của diode bắt đầu các hành động trên, trong khi logic tích cực không có tác dụng và cho phép các chức năng của linh hoạt khôi phục lại hoạt động bình thường của nó.

Cách điều chế IC 555 Oscillator

Chân 5, là đầu vào điều khiển của IC 555, là một trong những chân quan trọng và hữu ích của IC. Nó tạo điều kiện cho người dùng điều chỉnh tần số đầu ra của IC đơn giản bằng cách áp dụng mức DC có thể điều chỉnh trên chân số 5.

Điện thế một chiều tăng lên làm cho độ rộng xung tần số đầu ra tăng tương ứng, trong khi giảm điện thế một chiều làm cho độ rộng xung tần số trở nên hẹp hơn một cách tương ứng. Các điện thế này phải nằm trong mức 0V và mức Vcc đầy đủ.

Trong hình trên, điều chỉnh nồi tạo ra một điện thế thay đổi tại chân 5 làm cho độ rộng xung đầu ra của tần số dao động thay đổi tương ứng.

Vì điều chế làm cho độ rộng xung đầu ra thay đổi nên nó cũng ảnh hưởng đến tần số, vì C1 buộc phải thay đổi chu kỳ sạc / xả của nó tùy thuộc vào cài đặt nồi.

Khi một AC thay đổi có biên độ giữa 0V và Vcc được áp dụng tại chân 5, PWM đầu ra hoặc độ rộng xung cũng tuân theo biên độ AC thay đổi tạo ra một chuỗi xung mở rộng và thu hẹp liên tục tại chân 3.

Một tín hiệu AC cũng có thể được sử dụng để điều chế, đơn giản bằng cách tích hợp chân 5 với một AC bên ngoài thông qua một tụ điện 10uF.

Báo động và còi bằng IC 555

Cấu hình bộ dao động linh hoạt của IC 555 cho phép chúng tôi thực hiện nó để tạo ra các loại còi báo động và mạch cảnh báo khác nhau. Điều này có thể thực hiện được bởi vì astable về cơ bản là một bộ tạo dạng sóng và có thể được tùy chỉnh để tạo ra các loại dạng sóng âm thanh khác nhau, giống như âm thanh báo động và còi báo động.

Trong hình trên, chúng ta có thể thấy IC 555 được cấu hình như một đơn âm tần số 800 Hz mạch báo động .

Loa có thể có bất kỳ giá trị trở kháng nào, do sự hiện diện của điện trở giới hạn dòng điện Rx. Giá trị an toàn có thể là khoảng 70 Ohms 1 watt.

Để tạo mạch cảnh báo âm liên tục công suất cao, chúng tôi cam kết nâng cấp mạch trên thông qua trình điều khiển bóng bán dẫn công suất Q1 và một loa công suất lớn hơn, như hình dưới đây:

Vì thiết kế có thể tạo ra độ gợn sóng cao, nên D1 và C3 được bao gồm để ngăn nhiễu gợn sóng với chức năng của IC 555.

Điốt D2 và D3 được bao gồm để trung hòa các gai chuyển đổi cảm ứng được tạo ra từ cuộn dây loa và để bảo vệ bóng bán dẫn Q1 khỏi bị hư hỏng.

Mạch báo động IC 555 xung

Báo thức đơn âm 800 Hz trước đó có thể được chuyển đổi thành báo động 800 Hz xung mạnh mẽ hơn bằng cách thêm một bộ điều khiển đa âm thanh đáng kinh ngạc khác với mạch tạo âm thanh như hình dưới đây.

Chúng ta đã nghiên cứu cách chân 5 có thể được sử dụng để điều khiển độ rộng xung của IC 555.

Ở đây IC 2 được cấu hình như một mạch dao động 1 Hz làm cho chân 5 của IC 1 luân phiên trở nên thấp ở tốc độ 1 Hz. Điều này làm cho độ rộng xung 800 Hz của chân 3 thu hẹp đến mức gần như TẮT Q1. Điều này tạo ra hiệu ứng báo động xung sắc nét 1Hz trên loa.

Mạch báo động Warble He-Haw

Nếu bạn muốn chuyển đổi thiết kế trước đây thành một thiết bị báo động bằng khuyên tai, bạn có thể thực hiện bằng cách thay thế diode D1 bằng một điện trở 10 K như được tiết lộ trong sơ đồ trên. Còn được gọi là báo động he-haw, chúng thường được sử dụng trong các phương tiện cấp cứu của châu Âu.

Chúng ta biết rằng chân 5 có thể được sử dụng với tín hiệu cao / thấp bên ngoài để điều chế đầu ra chân 3 với độ rộng xung mở rộng / thu hẹp tương ứng. Nguồn cung cấp cao thấp xen kẽ 1 Hz ở chân 5 của IC2 buộc điện áp đầu ra của chân số 3 của IC 1 tạo ra tần số thay đổi đối xứng thay đổi từ 500 Hz đến 440 Hz. Điều này khiến loa tạo ra âm thanh báo động có âm lượng lớn sắc nét theo yêu cầu ở tốc độ 1 Hz.

Tạo tiếng còi cảnh sát

IC 555 cũng có thể được sử dụng để tạo ra một mạch tiếng còi cảnh sát bắt chước hoàn hảo như đã trình bày ở trên.

Mạch được thiết kế để tạo ra âm thanh than khóc điển hình thường nghe thấy trong còi báo động của cảnh sát.

Ở đây IC2 được kết nối như một bộ dao động tần số thấp với tần số được đặt ở tốc độ BẬT TẮT 6 giây.

Đoạn dốc sóng tam giác hàm mũ chậm được tạo ra trên C1 của nó được đưa vào cơ sở của Q1 được định cấu hình là người theo dõi emitter .

Tần số của IC1 được đặt là 500 Hz sẽ trở thành tần số trung tâm của nó.

Đường dốc tăng và giảm chậm tại cơ sở Q1 tiếp theo tại bộ phát của nó và điều chế chân 5 của IC1. Đoạn dốc chậm gây ra các chu kỳ thay thế của điện áp tăng chậm trong 3 giây và điện áp giảm chậm trong 3 giây trên chân 5. Do tần số ở chân 3 này và PWM cũng điều chỉnh cho phù hợp tạo ra hiệu ứng âm thanh cảnh sát kêu gào.

Red Alert Star Trek Alarm Circuit

Mạch cuối cùng trong danh sách là một bộ tạo hiệu ứng âm thanh rất thú vị khác sử dụng bộ tạo dao động ổn định IC 555. Đó là máy phát âm thanh cảnh báo đỏ, còn được gọi là cảnh báo sao trek do nó được sử dụng thường xuyên trong các bộ phim truyền hình nổi tiếng về ngôi sao.

Thông thường, âm thanh cảnh báo màu đỏ bắt đầu bằng âm tần số thấp, tăng lên đến nốt tần số cao trong khoảng thời gian nhanh khoảng 1,15 giây và ngắt trong 0,35 giây, và lại tăng từ tần số thấp đến tần số cao và chu kỳ tiếp tục phát ra âm thanh cảnh báo đường đi bộ màu đỏ của ngôi sao.

Cũng giống như mạch âm thanh báo động và còi báo động trước đó, mạch này cũng tiếp tục lặp lại trình tự miễn là nó vẫn được cấp điện.

IC 2 ở đây được cấu hình là một mạch dao động không đối xứng. Tụ C1 được tích điện lần lượt qua các phần tử R1 và D1, và phóng điện lần lượt qua R2.

Điều này tạo ra một điểm cộng răng cưa tăng nhanh và mờ dần trên tụ điện C1. Tín hiệu dốc này được đệm bởi bộ theo bộ phát và được áp dụng như một điện áp điều biến đến chân đầu vào điều khiển 5 của IC1 thông qua R7.

Do tính chất răng cưa, dạng sóng này làm cho tần số đầu ra chân 3 của IC1 tăng dần đối với phần phân rã chậm của dạng sóng, và sau đó nhanh chóng giảm xuống trong khi phần đang thu gọn của dạng sóng.

Trong mỗi phần phân rã của chu kỳ dạng sóng, xung hình chữ nhật tương ứng từ chân 3 của IC2 ngay lập tức TẮT Q2, do đó làm cho chân2 của IC2 xuống thấp. Điều này làm gián đoạn đầu ra C2 và âm thanh tăng lên trên loa, làm phát sinh hiệu ứng âm thanh cảnh báo trek ngôi sao cảnh báo đỏ đặc biệt.

Quay lại với bạn

Đây là một số gợi ý về cách sử dụng IC 555 để tạo ra các mạch dao động báo động và còi hú hữu ích. Bạn có bộ tạo hiệu ứng âm thanh thú vị nào khác sử dụng IC 555 không? Nếu bạn làm vậy, vui lòng cung cấp thông tin chi tiết tại đây, chúng tôi sẽ rất vui khi đưa nó vào danh sách trên.