تراشه تایمر 555

در این مقاله قصد داریم شما را با تراشه 555 آشنا کنیم. تراشه 555 یک تراشه 8 پایه (مدار مجتمع) است که بیشتر در پروژه های الکترونیکی استفاده می شود. همانطور که از نام آن می بینید یک تایمر است و برای تولید تک پالس، قطار پالس متقارن و قطار پالس با عرض پالس های مختلف (PWM) طراحی شده است.

در این مقاله توضیح خواهیم داد که چه چیزی در داخل این آی سی تایمر 555 پنهان است و چگونه کار می کند. بزرگترین ویژگی این آی سی این است که می تواند بر روی تکنیک های آنالوگ و دیجیتال کار کند. اگرخروجی تایمر 555 را در نظر بگیریم، در هر زمان خاص، این تایمر تنها یک حالت معین دارد. به این معنی که در هر زمان، یا روشن یا خاموش خواهد بود. امکان ندارد خروجی آن به طور همزمان روشن و خاموش باشد. همچنین تراشه 556 هم داریم که در واقع شامل دو 555 در یک آی سی واحد است. 556 یک آی سی 14 پایه است. 

طراحی داخلی تایمر 555

قبل از پرداختن به جزئیات تایمر 555، ابتدا به طراحی داخلی تایمر 555 می پردازیم. شکل بیرونی تایمر 555 ممکن است بسیار ساده به نظر برسد اما مکانیزم پیچیده ای در داخل آن آی سی کوچک پنهان شده است. یک تایمر 555 شامل 25 ترانزیستور، 15 مقاومت و 2 دیود است که به صورت بسیار پیچیده به یکدیگر متصل می شوند. نکته جالبی که در اینجا باید بدانید این است که همه این اجزا بر روی یک تراشه سیلیکونی کوچک جاسازی شده اند. برخی از سری های دیگر تایمر 555 نیز مانند تایمر NE555 در بازار موجود است که ما معمولاً از آنها در پروژه های مهندسی یا الکترونیکی خود استفاده می کنیم. و سری دوم SE555 است. سری SE555 برای مقاصد نظامی طراحی شده است. محدوده دمای عملیاتی هر دو NE555 و SE555 به شرح زیر است:

NE555 بیشتر برای پروژه های سطح پایه استفاده می شود و چنین دقت بالایی در آن مورد نیاز نیست، بنابراین می تواند از 0 تا 70 درجه سانتیگراد کار کند.

SE555 برای کاربردهای نظامی طراحی شده است و در پروژه هایی که به دقت بالایی نیاز است استفاده می شود. دمای کارکرد این آی سی 55- ~ 125+ درجه سانتیگراد است.

پیکربندی پایه های تایمر 555

همانطور که قبلاً توضیح دادم تایمر 555 در مجموع 8 پایه دارد. همانطور که توضیح دادم تایمر 555 یک آی سی چند منظوره است و قادر به انجام عملکرد متغیر است. بنابراین با چیدمان مناسب اتصالات، می‌توانیم این آی‌سی را برای انجام کارهای مختلف بسازیم. حالا شماره پایه ها را اینجا توضیح می دهم. 

پایه شماره 1 پایه GND است. این پین برای تامین ولتاژ مرجع یا زمین تایمر 555 استفاده می شود.

پایه شماره 2 پایه TR است. برای راه اندازی تایمر 555 استفاده می شود. ولتاژ کار 555 بین 4.5 ~ 15 ولت است. وقتی ولتاژهای عملیاتی از 5 ولت فراتر رفت، تایمر 555 راه اندازی می شود و خروجی ایجاد می کند.

پایه شماره 3، پایه خروجی تایمر 555 است. از طریق این پین خروجی تایمر 555 به مدار خارجی می رود. خروجی بستگی به هدفی دارد که برای آن از تایمر 555 استفاده می کنید. به عنوان مثال اگر از تایمر 555 خود برای تولید PWM استفاده می کنید، خروجی آن متفاوت خواهد بود. 

پایه شماره 4 پایه Reset تایمر 555 است. این پایه active low یا فعال پایین است. به این معنی که برای ریست تایمر 555 باید ابتدا به آن پایه '0' بدهید و سپس به آن High اعمال کنید. در اینصورت تایمر 555 'Reset' می شود.

پایه شماره 5  پایه "CTRL" است. این در واقع یک پایه کنترلی برای 555 محسوب می شود. این پایه به ما دسترسی مستقیم به تقسیم کننده ولتاژ داخلی تایمر 555 را می دهد که در داخل آن تراشه سیلیکونی کوچک ساخته شده است. ما می توانیم ولتاژها را بر اساس نیازهای خروجی خود تقسیم کنیم.

پایه شماره 6 به عنوان پایه "THR" تایمر 555 نامگذاری شده است. برای ولتاژهای تغذیه، تایمر 555 یک مقدار مرجع در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال هنگامی که ولتاژ تغذیه از 5 ولت بیشتر شود، این پین فعال می شود و تایمر 555 شروع به تولید خروجی می کند یا داده ها را به پایه های خروجی خود ارسال می کند.

پایه شماره 7 به عنوان 'DIS' تایمر 555 نامگذاری شده است. این پایه در واقع پین تخلیه تایمر 555 است و برای تخلیه خازن ها در فواصل زمانی استفاده می شود. این پین بزرگترین مزیت را زمانی دارد که ما در حال تولید PWM یا پالس آاستابل از طریق تایمر 555 هستیم.

آخرین پایه هم پایه شماره 8 است و به عنوان "VCC" تعیین شده است. این پایه ولتاژ تغذیه تایمر 555 را تامین می کند. همانطور که قبلاً توضیح دادم محدوده ولتاژ تغذیه برای تراشه 4.5 ~ 15 ولت است، اما معمولاً بالای 5 ولت راه اندازی می شود.

شکل زیر اتصالات داخلی و المان های بکار رفته در آن را نشان می دهد.

حالت های عملکرد

برای اینکه بدانیم تایمر 555 چیست، باید نگاهی به حالت های عملکرد آن بیندازیم. تایمر 555 دارای 3 حالت اصلی عملیات است. همه این حالت ها کاربردها و مزایای خاص خود را دارند. هر 3 حالت در زیر توضیح داده شده است:

حالت ناپایدار تایمر 555(Astable)

از نام این حالت یعنی 'حالت نپایدار' می توان فهمید که در این حالت هیچ خروجی پایدار 555 تایمر نداریم. در حین کار در این حالت، خروجی به طور مداوم در نوسان خواهد بود و شکل موج مربعی را روی پایه خروجی تایمر 555 به دست خواهیم آورد. برای کار با تایمر 555 در حالت Astable باید مدار زیر را در نظر بگیرید.

از حالت Astable برای چشمک زدن لامپ ها و LED ها نیز استفاده می شود. 

حالت یکنواخت  تایمر 555 (Monostable):

در این حالت کار، تایمر 555 علاوه با اعمال ورودی تحریک، تنها یک پالس خروجی می دهد. به عنوان مثال اگر دکمه را فشار دهید، تایمر 555 یک پالس خروجی تولید می کند و طول آن ثابت می ماند تا زمانی که دوباره دکمه را فشار دهید و تایمر 555 یک پالس دیگر تولید می کند. مدار استفاده از تایمر 555 در حالت monostable در تصویر زیر نشان داده شده است:

حالت Monostable تایمر 555 دارای کاربرد ضایعات است. از این حالت می توان برای تولید تک پالس از یک سوئیچ لمسی استفاده کرد.

این حالت همچنین برای اندازه گیری خازنی و همچنین برای تشخیص پالس از دست رفته استفاده می شود.

حالت Bistable تایمر 555:

سومین و آخرین حالت عملکرد تایمر 555 استفاده از آن در حالت bistable است. چیزی که از نام 'Bistable' فهمیده می شود این است که این مدار 2 حالت پایدار خواهد داشت که ما آنها را کنترل می کنیم. نمودار مدار برای کار با تایمر 555 در حالت دو پایدار در تصویر زیر نشان داده شده است:

مدار نشان داده شده در بالا از حالت دو پایدار تایمر 555 است.

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، ما 2 دکمه فشاری داریم. یکی به پایه 'THR' و دیگری به پایه 'TRIG' تایمر 555 متصل است.

وقتی دکمه "TRIG" را فشار می دهیم، به این معنی که حالت تریگر را به زمین وصل کرده ایم و حالت آن LOW شده است. با این کار خروجی تایمر 555 High می شود.

از طرف دیگر، وقتی دکمه «RESET» را فشار می‌دهم، پین «THR» تایمر 555 زمین می‌شود و خروجی تایمر 555 LOW می‌شود.

به این ترتیب ما تایمر 555 را در 2 حالت مختلف به کار گرفته ایم و به همین دلیل به آن تایمر 555 Bistable گفته می شود.