Villamosság

555 időzítő: a frekvencia és a kitöltési tényező külön eredmény

Egy kétellenállásos asztabil modellben kiszámoljuk a magas és alacsony szint idejét. Megmutatjuk, miért marad a szokásos modell kitöltése 50 százalék felett.

Dajka Gábor5 perc olvasás

Az 555 asztabil jelét a periódusidő és a magas szint aránya együtt írja le. Két külön ellenálláspár azonos frekvenciát is adhat eltérő kitöltéssel. A kalkulátor eredményeit ezért a magas és alacsony szint külön idejéből ellenőrizd.

Az IC-katalógus és 555 kalkulátor számításához a kétellenállásos alapmodellt használjuk. A bemutatás elméleti időzítés, nem bekötési vagy hálózati kivitelezési útmutató. A tényleges alkatrész alkalmazásához a gyártó adatlapjának üzemi és villamos feltételei is szükségesek.

Az alapmodell három eleme

Legyen RA = 10 kΩ, RB = 20 kΩ, a kondenzátor pedig 100 nF. A szokásos modellben a töltési időhöz RA és RB összege, a kisütési időhöz RB tartozik. A két küszöbszint közötti ideális exponenciális változás időszorzója ln(2).

Így a magas szint ideje tH = ln(2) × (RA + RB) × C, az alacsony szinté tL = ln(2) × RB × C. Az ellenállásokat ohmban, a kapacitást faradban behelyettesítve másodpercet kapunk.

Az RA és RB elnevezést a kalkulátor és a vizsgált kapcsolás jelölése szerint egyeztesd. A két mező felcserélése megváltoztathatja az eredményt, még akkor is, ha az ellenállások összege változatlan.

Saját számítási példa

A magas szint ideje ln(2) × 30 000 × 100 × 10⁻⁹ ≈ 2,07944 ms. Az alacsony szint ideje ln(2) × 20 000 × 100 × 10⁻⁹ ≈ 1,38629 ms.

A periódusidő a kettő összege: T ≈ 3,46574 ms. A frekvencia a másodpercben kifejezett periódus reciproka:

f = 1 / 0,00346574 ≈ 288,54 Hz.

A kitöltési tényező a magas kimeneti szint aránya: D = tH / (tH + tL) = 30 / 50 = 60%. A „60%” így egyértelműen a magas szintre vonatkozik. Az alacsony szint aránya ugyanebben a példában 40%.

Miért fontos a kerekítés?

Az adatlapokban gyakran a 0,693 és 1,44 kerekített állandók szerepelnek. Ha a magas és alacsony időt az egyik közelítéssel, a frekvenciát egy másikkal számoljuk, kismértékű eltérés keletkezhet a periódus reciprokához képest.

A példában ugyanazt az ln(2)-alapú modellt használjuk minden időértékhez, és a frekvenciát ezek összegéből képezzük. A következetes számítás megkönnyíti az ellenőrzést, de az alkatrészek fizikai pontosságát ettől nem növeli.

A kerekített képernyőértékekkel végzett visszaszámítás néhány utolsó jegyben eltérhet. Összehasonlításhoz ezért az eredeti bemenetet és a használt képletet is őrizd meg.

A kondenzátor cseréje

Ha a kapacitást 200 nF-ra növeljük, és a két ellenállás változatlan, mindkét szint ideje kétszeres lesz. A frekvencia hozzávetőleg 144,27 Hz-re csökken. A kitöltési tényező továbbra is 60%, mert az időarányból a közös kapacitási szorzó kiesik.

Ez hasznos ellenpróba. Ha ilyen módosítás után a számított kitöltés is megváltozik, először az ellenállásmezőket és a kiválasztott működési módot érdemes ellenőrizni.

Az 50 százalékos határ értelmezése

Pozitív RA és RB mellett a magas idő nagyobb az alacsonynál, ezért ebben az alapmodellben a magas szint kitöltése 50% feletti. A pontosan szimmetrikus vagy 50% alatti jel más feltételeket, illetve más kapcsolási megoldást kívánhat, amit ez a számítás nem modellez.

Az általános „állítható kitöltés” megnevezés ezért nem jelenti, hogy az itt használt képletekkel tetszőleges arány megvalósítható. A modell korlátját az eredmény mellett is meg kell őrizni.

Azonos frekvencia, eltérő magas idő

A korábbi RA = 10 kΩ, RB = 20 kΩ helyett legyen az új pár RA = 20 kΩ, RB = 15 kΩ, a kapacitás maradjon 100 nF. A teljes periódus ellenállási tagja mindkét esetben azonos: 10 + 2 × 20 = 20 + 2 × 15 = 50 kΩ. A frekvencia ezért az új párnál is körülbelül 288,54 Hz.

A magas szinthez tartozó összeg közben 30-ról 35 kΩ-ra nő. Az új magas idő ln(2) × 35 000 × 100 × 10⁻⁹ ≈ 2,42602 ms, az alacsony idő 1,03972 ms. A kitöltés 35 / 50 = 70%, míg az eredeti esetben 60% volt.

Az ellenőrzéshez így három időadatot tarts meg: a periódust, a magas és az alacsony szint idejét. Ha csak a frekvenciát hasonlítod össze, ezt a jelalakváltozást nem veszed észre. A kitöltés itt következetesen a kimeneti jel magas szintjét jelenti; a TI adatlapján a magas és az alacsony időre vonatkozó arányok külön is szerepelnek.

Gyakori kérdések

A 288,54 Hz pontosan ennyit jelent a kész áramkörben?

Ez az ideális számítás eredménye. Tűrések, veszteségek és üzemi körülmények eltérést okozhatnak.

A 60%-os kitöltés a kisütési időre vonatkozik?

Ebben a cikkben a magas kimeneti szint arányát nevezzük kitöltésnek. Az alacsony szint aránya 40%.

Ugyanez a képlet jó monostabil módra?

A monostabil impulzus más működési feladat. Ahhoz a megfelelő mód saját időzítési képletét kell használni.

Módszertani forrás

Texas Instruments – NE555: asztabil működés

Záró tudáspróba

Válassz kérdésenként egy választ, és jegyezd fel a betűjelét. Minden helyes válasz 1 pont; a hibás, kihagyott vagy több betűvel jelölt válasz 0 pont. Legfeljebb 3 pontot szerezhetsz. A megoldókulcsot a válaszadás után olvasd el.

1. Melyik tag marad azonos a 10/20 és 20/15 kΩ-os RA/RB párokban?

  • A) RA + 2 × RB
  • B) RA + RB
  • C) RB önmagában

2. 20 kΩ RA és 15 kΩ RB esetén mennyi a magas szint kitöltése?

  • A) 60%
  • B) 70%
  • C) 30%

3. A frekvencia azonos. Ebből következik, hogy a magas szint ideje is azonos?

  • A) Igen, mert a kondenzátor azonos.
  • B) Igen, mert mindkét ellenállás pozitív.
  • C) Nem; a példában 2,07944-ről 2,42602 ms-ra változik.

Megoldókulcs és értelmezés

1. A. 10 + 40 = 20 + 30 = 50 kΩ. Ez a periódus ellenállási tényezője az adott alapmodellben.

2. B. (20 + 15) / (20 + 2 × 15) = 35/50 = 70%.

3. C. A periódus RA + 2RB-től, a magas idő RA + RB-től függ. A kettő külön változhat.

0–1 pont: A két ellenálláspárnál külön számold ki az RA + RB és RA + 2RB összeget, majd ezekből a magas időt és a periódust.

2 pont: A hibás vagy kihagyott válasz magyarázata alapján keresd vissza a kapcsolódó számítást, majd oldd meg újra azt a kérdést.

3 pont: A három feladatban helyesen alkalmaztad a cikk összefüggéseit. Az időzítési követelményben a frekvencia mellé vedd fel a kívánt magas vagy alacsony időt és az arány referenciaállapotát. A rövid próba csak ezeket a tanulságokat ellenőrzi.

További cikkek

Kapcsolódó olvasnivalók

Gyorskereső

Kalkulátorok és útmutatók keresése

↑↓ választásEnter megnyitásEsc bezárás