معرفی آی سی های تایمر

یکی از آی سی های فوق العاده جذاب و پر کاربرد آی سی تایمر LM555 می باشد. این آی سی همونطور که از اسمش پیداست برای زمان سنجی ساخته شده است. یک تایمر یا زمان سنج ساده می تواند یک مقاومت و خازن سری باشد. در مدار شکل زیر خازن شروع به شارژ می‌کند وقتی که به حد ولتاژ آستانه رسید خروجی از اشباع منفی به اشتباه مثبت می رود. حال اگر سوئیچ روشن شود به مدت زمان خاصی که شارژ به رفرنس میرسد خروجی سفر می‌ماند و پس از آن یک می شود.

مداری که نشان داده شده در مدارات بسیاری کاربرد دارد. همیشه این موضوع را به خاطر داشته باشید که مداراتی که کاربرد زیادی دارند معمولاً به صورت آی سی ساخته شده اند. یعنی موقع طراحی همیشه باید به یاد داشته باشید که ممکن است برای کاربرد شما آی سی با قیمت مناسب و کیفیت خوب موجود باشد. 

آی سی تایمر LM555 کنترل شارژ و دشارژ خازن و ریست کردن آن را به صورت دقیق بر عهده دارد. شماتیک کارکرد به صورت شکل زیر است:

پایه‌های تغذیه ورودی که در شکل مشخص است. پایه کنترل ولتاژ شماره ۵ خروجی دو سوم ولتاژ تغذیه را به دست می دهد. این نقطه رفرنس بالای مقایسه کننده است. و همچنین نصف این ولتاژ نقطه رفرنس پایین مقایسه کننده دیگر می باشد. پایه تریگر ورودی مقایسه کننده پایین است. این پایه برای ست کردن فیلیپ فلاپ استفاده می شود. پایه threshold یا آستانه برای ریست کردن فیلیپ فلاپ استفاده می شود. پایه reset نیز برای ریست کردن فیلیپ فلاپ و برگرداندن خروجی به سطح پایین استفاده می شود. پایه discharge به کلکتور یک ترانزیستور متصل بوده که با سرد شدن فیلیپ فلاپ روشن میشود. معمولاً سر خازن را به آن وصل می کنند تا از طریق این ترانزیستوردشارژ شود. برای درک کارکرد شکل زیر را ببینید:

با توجه ب هشکل بالا اگر پایه Vth تحریک شود خروجی صفر می شود. اگر پایه Vtrig تحریک شود خروجی یک می شود. مقاومت های داخلی فقط برای تولید رفرنس بالا و پایین هستند. حال کارکرد در حالت مونو استابل را توضیح میدهیم.

در شکل بالا آی سی ۵۵۵ به عنوان مونواستابل بسته شده است. ولتاژ تغذیه می تواند از ۵ تا ۱۵ ولت باشد. خازن C2 برای تثبیت ولتاژ های رفرنس داخلی است. در لحظه اول روشن شدن ولتاژ آستانه کمتر از دو سوم ولتاژ تغذیه است. پس خروجی فیلیپ فلاپ یک بوده و ترانزیستور دشارژ روشن است و خازن دشارژ می ماند. وقتی به پایه تریگر پالس کمتر از یک سوم ولتاژ تغذیه بدهیم خروجی فیلیپ فلاپ صفر شده و خروجی تایمر یک می شود و خازن شروع به شارژ می‌کند تا زمانیکه به ولتاژ آستانه برسد. پس از اینکه این زمان گذشت و ولتاژ خازن به ولتاژ آستانه رسید خروجی فلیپ فلاپ یک شده و ترانزیستور دشارژ روشن می شود و خازن را دشارژ می کند. مدت شارژ خازن به صورت زیر به دست می آید:

T = 1.1 R1*C1

مقاومت و خازن نشان داده شده رنج مقادیر وسیعی را می‌توانند اختیار کنند. در حالت تئوری هیچ حد بالایی برای T نداریم. ولی حد پایین برای T حدود ۱۰ میکرو ثانیه می باشد. بنابراین:

۱۰uS < T < infinity

البته روش‌های وجود دارد که می‌تواند T را به مدت روزها یا هفته ها و حتی ماه ها گسترش دهد. حداقل مقدار برای خازن حدود ۱۰۰ پیکو فاراد است. کمتر از این مقدار خاصیت خازنی داخلی خود آی سی قابل توجه می شود. همیشه ابتدا خازن انتخاب می شود تا از لحاظ سایز و ساخت به مشکل بر نخوریم. مقاومت از رنج حدود ۱۰ کیلواهم تا چهارده مگا اهم میتواند انتخاب شود. مقادیر کمتر از ۱۰ کیلواهم با توجه به مصرف توان و اینکه می توان به مقدار خازن را کم انتخاب کرد انتخاب خوب و مهندسی نیست. پس بنا بر این رنج و مقاومت و خازن را به صورت زیر می توان انتخاب کرد:

R1: 10K ~ 14 Meg

C1: 100pF ~ 1000uF

تا اینجا کارکرد LM555 را توضیح دادیم و سعی شد توضیحات ساده باشند. آی سی تایمر کاربردهای بسیاری دارد که برخی از آنها را در مقالات جداگانه نشان خواهیم داد.