555タイマー

このチュートリアルでは、555タイマーを単安定、無安定、双安定モードで設定するサンプル回路と、555タイマーの仕組みと使用するコンポーネントの選択方法について詳しく説明します。 555タイマーは、さまざまな持続時間のパルスを作成し、調整可能なパルス幅と周波数の連続パルス波形を出力し、入力に応じて高状態と低状態を切り替えるために使用できるチップです。 555タイマーにさまざまな方法で抵抗とコンデンサを配線することにより、3つの異なるモードで動作させることができます。

単安定モードは、時間遅延を作成するのに最適です。 このモードでは、外部トリガーにより555タイマーが調整可能な持続時間のパルスを出力します。 ここで、単安定モードのサンプル回路に直接ジャンプします。

非安定モードは 、振動パルス信号/波形を出力します。 このモードでは、555タイマーの出力は、調整可能な周波数とパルス幅で高状態と低状態の間で切り替わります。 ここで、非安定モードのサンプル回路に直接ジャンプします。

双安定モードでは、555タイマーは2つの入力の状​​態に応じて、出力を高状態と低状態の間で切り替えます。 ここで双安定モードのサンプル回路に直接ジャンプします。

思い浮かぶいくつかのアプリケーションが含まれます:

-回路内の時間を維持するための安定したクロック/トリガー(astableモード)

-アナログシンセサイザーのコアオシレーター。オペアンプやその他のコンポーネントを追加することで、このパルス波を三角形、のこぎり、さらには正弦波に成形することができます

-非常に基本的なチップチューンスタイルのノイズメーカー(アタリパンクコンソールを参照)

-着信信号の時間遅延(単安定モード)

-入力データの非常に基本的なストレージ/ 2ボタン制御システムの管理(双安定モード)

555タイマーは柔軟性があり、安価で、簡単に見つけることができます(Radioshackで入手することもできます)。 また、出力をスピーカーに直接配線できるため、オーディオプロジェクトの出発点としても最適です。

ステップ1:555タイマーピン図

図1は、555タイマーへのピン接続を示しています。555タイマーのデータシートから直接取得したものです。 チップへの電源接続は、ピン1(グランド)と8(+ Vcc)を介して行われます。 正の電源電圧(+ Vcc)は5〜15Vである必要があります。

2番目の画像は、チップの内部機能コンポーネントを示す図の拡大図です。 これは、抵抗、トランジスタ、コンパレータ、フリップフロップ、出力段のいくつかの異なる要素で構成されています。

図2に示されている3つの抵抗はすべて5kOhmです(図3の画像ノートを参照)。 これらの抵抗の目的は、Vccとグランドの間に分圧器を設定することです。 すべての抵抗は同じ値であるため、抵抗間の接合部の電圧は2 / 3Vccと1 / 3Vccであることがわかります(図2の画像のメモを参照)。 これらの電圧は、コンパレータの基準電圧として使用されます。

コンパレータは、入力を基準電圧と比較し、入力が基準より高いか低いかによってLOWまたはHIGH信号を出力する回路です。 555タイマーは、いくつかのトランジスタを使用してコンパレータを構築します(図3の画像のメモを参照)。したがって、図2の簡略化された機能図では、「コンパレータ」というラベルの付いたボックスで表されます。 ピン2に接続されたコンパレーターは「トリガー」入力を1 / 3Vccの基準電圧と比較し、ピン6に接続されたコンパレーターは分圧器からの「しきい値」入力を2 / 3Vccの基準電圧と比較します。

フリップフロップは、入力の状態に基づいて2つの安定した状態を切り替える回路です。 555フリップフロップは、2つのコンパレータの状態に基づいてハイまたはローを出力します。 トリガーコンパレーターが(しきい値コンパレーターの状態に関係なく)ロー信号を出力している場合、フリップフロップはハイに切り替わり、両方のコンパレーターがハイ信号を出力している場合、フリップフロップはローに切り替わります。 フリップフロップからの高パルス出力のタイミングは、リセットピンを低にパルスすることにより、手動でリセットすることもできます(パルスの開始をトリガーできます)。

図2の機能図には、2つのトランジスタも含まれています。 ピン7に接続されているトランジスタはNPNトランジスタです。 ピン7はNPNトランジスタのコレクタピンに接続されているため、このタイプの構成はオープンコレクタまたはオープンドレインと呼ばれます。 このピンは通常コンデンサに接続され、出力ピンがローになるたびにコンデンサを放電するために使用されます。 ピン4に接続されているトランジスタは、PNPトランジスタです。 このトランジスタの目的は、リセットピンをバッファリングすることです。したがって、555はこのピンから電流を供給せず、電圧を低下させません。

555タイマーの出力ステージは、図3の画像ノートに示されています。その目的は、555タイマーとその出力ピンに接続される可能性のある負荷との間のバッファーとして機能することです。 出力段は、555タイマーの他の機能コンポーネントが必要としないように、出力ピンに電流を供給します。

ステップ2:555タイマー:単安定モード

単安定モードでは、555タイマーは高パルスを出力します。これは、トリガーピンがローに設定されると開始します(前のステップで説明したように、1 / 3Vcc未満、これはトリガーピンに接続されたコンパレーターの出力を切り替えるのに十分です) 。 このパルスの持続時間は、上の画像の抵抗RとコンデンサCの値に依存します。

トリガーピンがハイのとき、放電ピン(ピン7)がすべての電荷をコンデンサーから排出します(上の画像のC)。 これにより、コンデンサ両端の電圧(およびピン6の電圧)= 0になります。トリガーピンがLowに反転すると、放電ピンは電流を排出できなくなり、式に従ってコンデンサに電荷が蓄積されます。未満。 コンデンサの両端の電圧(ピン6の電圧)が供給電圧の2/3に等しくなると(前の手順で説明したように、これはピン6に接続されたコンパレータの出力を切り替えるのに十分です)、 555は低く駆動されます。 トリガーピンが再びLowにパルスされるまで出力はLowのままであり、今説明したプロセスを再開します。

(コンデンサの電圧)= Vcc *(1- et /(R * C))
この式は、抵抗Rの抵抗と直列に接続されている場合、容量Cのコンデンサを充電するのにかかる時間を表します

上記で説明したように、コンデンサの両端の電圧が2 / 3Vccに等しくなるまでにかかる時間に関心があります。または、
2/3 * Vcc = Vcc *(1- e ^ -t /(R * C))

次のように再配置できます。
2/3 = 1- et /(R * C)
et /(R * C)= 1/3
-t /(R * C)= ln(1/3)
t = 1.1 * R * C秒

次のステップでは、インジケータLEDを555の出力ピンに接続し、RとCの任意の値を選択して、これが実際に機能することを確認します。

ステップ3:555タイマー:単安定モード回路

最後のステップで説明したように、単安定モードの555タイマーは、トリガーピンがLowにパルス化されると、高電圧(電圧〜Vcc)を出力します。 この出力パルスの持続時間は、図4のRとCの値に依存します。最後のステップでは、単安定モードの555からのパルス出力の持続時間を次のように計算しました。

t = 1.1 * R * C秒
RとCは、図4の直列の抵抗とコンデンサです。

R = 10KohmsとC = 470uFを選択した場合
t = 1.1 * 10000 * 0.00047
t = 5.17秒

これは、10Kohmの抵抗器と470uFのコンデンサを使用すると、555のトリガーピン(ピン2)がLowになると、出力が5.17秒間Highになります。

555の出力ピンをLEDに接続する回路を構築し、パルスの持続時間中にLEDを点灯させました。 これにより、計算が正しいことを視覚的に示すことができます。 555のトリガーピンをプッシュボタンのモーメンタリースイッチに接続し、押したときにグランドに接続しました。 回路の写真を上に示し、回路図を図5に示します。

パーツリスト:
555タイマーDigikey LM555CNFS-ND
0.01uFコンデンサDigikey 445-5297-ND
470uFコンデンサDigikey P5185-ND
(x2)10KΩ抵抗器Digikey CF14JT10K0CT-ND
470オーム抵抗Digikey CF14JT470RCT-ND
アンバーLED Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
モメンタリスイッチDigikey CKN9018-ND
22ゲージのジャンパー線
ブレッドボードアマゾン
5-15V電源-ベンチ電源がない場合は、9Vバッテリーとバッテリースナップを使用するか、Arduinoからの5V出力を使用してください

配線情報:
回路図を図5に示します。電源とグランドを555タイマーのピン8と1に接続します(赤と黒のワイヤー)。 回路に9V電源とバッテリースナップを使用しました。 図5の回路図に示すように、ピン5と1の間に0.01uFコンデンサーを接続します。ピン1と6の間に440uFコンデンサーを接続します。コンデンサーのマイナスリードがピン1に接続されていることを確認しますジャンパー線付き(緑色)。 ピン7と8の間に10Kの抵抗を接続します。リセットピンはフローティングのままにしておき、Vccにも接続できます。

555の出力からグランドにLEDと電流制限抵抗を直列に接続します。 555の出力ピンは、最大Vcc-1.2Vを出力します(-1.2Vは、回路内の電圧をわずかに降下させるいくつかのトランジスタから供給されます)。 私の回路は9V電源で駆動されていたため、最大出力は9-1.2V = 7.8Vです。 私のセットアップには470Ωの電流制限抵抗を使用しました.5V電源を使用する場合は、より低い電流制限抵抗(220Ωなど)を使用でき、Vccが高い場合はより高い抵抗(おそらく1Kまで)を使用します。

Vccとグランドの間に10Kの抵抗器と直列に瞬間押しボタンスイッチを配線します。 スイッチと抵抗器の間のジャンクションからトリガーピンにワイヤ(黄色)を接続して、スイッチが押されていないときにトリガーピンが高く保持されるようにします。 スイッチを押すと、トリガーピンがローになります。 これが意味をなさない場合は、回路図を参照してください。

操作:
ボタンを押す。 LEDがしばらく点灯してから消灯します。 LEDの時間を計ると、ちょうど上で計算したように、正確に5.17秒間点灯します。

10k抵抗または470uFコンデンサ(555に接続)の切​​り替えを試して、出力パルスの持続時間にどのように影響するかを確認できます。 t = 1.1 * R * C秒なので、抵抗または静電容量を増やすと、常にパルスの持続時間が長くなることに注意してください。

私は可変抵抗器として10Kohmpotentiometerを配線し、555ピン7と8の間の10K抵抗器の代わりに私の回路にそれを置きました(図9)。 この方法では、ノブを片側まで回すと、LEDは5.17秒間点灯しますが、反対側に回すと、ボタンを離した直後にLEDが消灯します。 ポテンショメータをその間の任意の位置に回すと、パルス持続時間が0〜5.17秒になります。

ステップ4:555タイマー:単安定モード(高速アプリケーション)

このステップでは、単安定モードの使用についてもう少しお話します。今回はより高速なアプリケーションのために。

ステップ2では、所定のRとCに対して555タイマーからの高パルスの時間を計算しました
t = 1.1 * R * C秒

したがって、R = 5.1KohmsおよびC = 1uFを選択した場合
t = 1.1 * 5100 * 0.000001
t = 5.61ミリ秒

このパルスは最後のステップよりもはるかに速いタイムスケールで発生するため、Arduinoを使用して555タイマーのピン2を10 msごとにローにパルスし、オシロスコープで555の出力を測定しました。 設定方法は次のとおりです。

パーツリスト:
555タイマーDigikey LM555CNFS-ND
0.01uFコンデンサDigikey 445-5297-ND
1uFコンデンサDigikey P5174-ND
5.1Kohm抵抗器Digikey CF14JT5K10CT-ND
22ゲージのジャンパー線

ブレッドボードアマゾン

5-15V電源-ベンチ電源がない場合は、9Vバッテリーとバッテリースナップを使用するか、Arduinoからの5V出力を使用してください
パルス発生器-私はこのためにArduinoを使用しました
オシロスコープ

配線情報:
図1-3は、ブレッドボードで555を接続した方法を示しています。 電源とグランドを555タイマーのピン8と1に接続します(赤と黒のワイヤー)。 回路に9V電源とバッテリースナップを使用しました。 図4の回路図に示すように、ピン5と1の間に0.01uFコンデンサを接続します。ピン1と6の間に1uFコンデンサを接続します。コンデンサのマイナスリードがピン1に接続されていることを確認しますジャンパー線付き(緑色)。 ピン7と8の間に5.1K抵抗を接続します。リセットピンをフローティングのままにしました。

Arduinoを使用して、555タイマーのピン2に10ミリ秒ごとに低パルスをトリガーしました。 関数発生器を使用してこのパルス信号を生成することもできます。 私が使用したコードは次のとおりです。
 // 555タイマートリガー-単安定モード// by Amanda Ghassaei // Sept 2012 // pin connections:// digital pin 0 to 555 pin 2 // Arduino ground to 555 ground(pin 1)void setup(){pinMode(0 、出力); digitalWrite(0、HIGH); } void loop(){//ピン0を一時的にローにパルスdigitalWrite(0、LOW); digitalWrite(0、HIGH); delay(10); // 10ミリ秒待機} 

信号出力(デジタルピン0)を555ピン2(黄色)に、アース(Arduinoまたは関数発生器の)を555ピン1(黒)に接続します。

操作:
図5は、555タイマーの出力を示しています。 予想どおり、高パルスの持続時間は約5.6msであることがわかります。 また、Arduinoからの信号が低下するたびに、10ミリ秒ごとに新しいパルスがトリガーされることに注意してください。 図6は、555からの出力を青で、Arduinoデジタルピン0からの出力を黄色で示しています。 Arduinoの信号は通常は高いが、わずかに1秒間だけ低くなり、図7の時間/ divを拡大したときにのみ見えることがわかります。図7では、Arduinoからの信号が低くなることがわかります。 5us未満の場合、555からの出力はすぐに高くなります。 図8は、555からの出力を青で示し、1uFコンデンサの電圧(ピン6の電圧)も示しています。 コンデンサ両端の電圧が2 / 3Vccのときに555タイマーからの出力が低くなることに注意してください(この例では9Vのバッテリー電源を使用しているため、2 / 3Vcc = 6Vです)。 555からの出力が低下すると、放電ピン(ピン7)が1uFコンデンサを急速に放電します。 図9は、発生しているこの放電のクローズアップを示しています。コンデンサの両端の電圧が約50usで2 / 3Vccから0に低下するのがわかります。

比較のために、図10および11では、最初の555のセットアップと同じようにブレッドボードに別の555タイマーをセットアップしましたが、1uFの代わりに0.47uFのコンデンサを使用しました。 この新しい回路のパルスの持続時間を計算しました。

t = 1.1 * R * C秒
t = 1.1 * 5100 * 0.00000047
t = 2.64 ms 、最初の555タイマーパルスの持続時間の約半分。

図12は、オシロスコープの両方の555タイマーからの出力を示しています。青の1uF回路と黄色の.47uF回路です。 2番目(0.47uF)の555タイマーからのパルスの持続時間は、上記で計算したように約2.6msであることがわかります。 また、出力パルスの持続時間が異なっていても、ArduinoがトリガーピンをLowにパルスしたときに、両方のパルスが同時に開始することに注意してください。 外部トリガーによる単安定モードのこの使用は、出力信号のパルス幅(高パルスの持続時間)を制御する効果的な方法です。 抵抗器を可変抵抗器に置き換えることにより、パルス幅を自由に調整できます。 外部トリガーの周波数を変更することにより、パルス波形の周波数を変更できます。 また、ステップ7で非安定モードを使用して、外部トリガーなしでパルス幅変調信号を作成する別の方法を紹介します。

ステップ5:555タイマー:非安定モード

非安定モードでは、555タイマーからの出力は、回路で使用される2つの抵抗(R AおよびR B )とコンデンサ(C)の値に依存する特定の周波数の連続パルス波形です(図1)。以下の方程式。 非安定モードは単安定モード(ステップ2で説明)と密接に関連しているため、回路図はほぼ同じであることがわかります。 重要な違いは、非安定モードでは、トリガーピンがしきい値ピンに接続されることです。 これにより、出力は高状態と低状態の間で連続的に切り替わります。

出力の周波数= 1 / [0.7 *(R A + 2 * R B )* C]
(心配しないで、私はこの方程式をすぐに導き出した方法を示します)

イベントのシーケンスはやや複雑なので、5つのステップに分けました。

1.最初はコンデンサCに電荷がないため、コンデンサ両端の電圧はゼロです。 コンデンサCの両端の電圧は、すべて接続されているため、ピン6(しきい値ピン)と2(トリガーピン)の電圧に等しくなります。 したがって、最初はスレッショルドピンとトリガーピンは両方とも0ボルトです。 これにより、出力がハイになります。

2.このInstructableのステップ2で説明したように、トリガーピンが低いと、放電ピンはコンデンサーから電荷を排出できなくなります。 コンデンサCはR AおよびR Bと直列であり、Vccが印加されているため、抵抗に電流が流れ、コンデンサに電荷が蓄積され始めます。 これにより、コンデンサCの電圧が次の式に従って増加します。

(コンデンサ両端の電圧)=(Vcc-V 0 )*(1- et / [(R A + R B )* C])
ここで、「コンデンサの電圧」は時間tでのコンデンサの電圧、V 0はコンデンサの初期電圧、Vccは抵抗R A 、R B 、およびコンデンサCに印加される合計電圧です。

3.コンデンサーCの両端の電圧が2 / 3Vccに等しい場合、しきい値ピンが高く登録されます(この命令のステップ1で説明したように、これは555内のしきい値ピンに接続されたコンパレーターを反転します)。 これにより、出力がローに駆動され、放電ピンが有効になります。 2 / 3Vccの電圧がコンデンサに蓄積するのにかかる時間は次のようになります。

2/3 * Vcc =(Vcc-V 0 )*(1- et / [(R A + R B )* C])
2/3 * Vcc / (Vcc-V 0 = 1- et / [(R A + R B )* C]
1/3 * Vcc /(Vcc-V 0 = et / [(R A + R B )* C]
ln [1/3 * Vcc /(Vcc-V 0 ] = -t / [(R A + R B )* C]
t =-(R A + R B )* C * ln [1/3 * Vcc /(Vcc-V 0 )]

V 0 = 0Vの場合、これは次のようになります。
t = 1.1 *(R A + R B )* C秒

4.放電ピンを有効にすると、コンデンサからR Bを介して555の放電ピンに電荷が流れ始めます。これにより、以下の式で説明するように、コンデンサの電圧が低下します。

(コンデンサ両端の電圧)=(コンデンサ両端のピーク電圧)*(et /(R B * C))
ここで、コンデンサ両端のピーク電圧は、放電ピンが有効になる直前の電圧でした:2 / 3Vcc
(コンデンサの電圧)= 2/3 * Vcc *(et /(R B * C))

5.コンデンサの両端の電圧(およびトリガーピンの電圧)が1 / 3Vccに等しくなると、トリガーピンはLowとして登録されます(この命令のステップ1で説明したように、555内のトリガーピンに接続されたコンパレーターを反転します) )。 これが起こるのにかかる時間は以下で解決されます。 これにより、出力が高くなり、ステップ2(上記)に戻ります。 ここから、手順2〜5が永久に繰り返され、出力が高状態と低状態の間で切り替わり、連続的なパルス波が生成されます。 コンデンサを2 / 3Vccから1 / 3Vccに放電するのにかかる時間は以下のとおりです。

1/3 * Vcc = 2/3 * Vcc *(et /(R B * C))
1/2 = et /(R B * C)
ln(1/2)= -t /(R B * C)
t = -R B * C * ln(1/2)
t = 0.7 * R B * C

この振動の周波数を計算するには、まず出力がハイ状態とロー状態にある時間を計算します。 コンデンサが1 / 3Vccから2 / 3Vccに充電される間、出力はハイ状態になります。 コンデンサを電圧V 0から2 / 3Vccに充電するのにかかる時間を以下に繰り返します。

出力は次の場合に高くなります。
t =-(R A + R B )* C * ln [1/3 * Vcc /(Vcc-V 0 )]
ステップ3(上記)では、初期条件としてV 0 = 0を選択しましたが、これは非安定モードの最初のサイクルにのみ当てはまります。 後続のすべてのサイクルで、コンデンサは1 / 3Vccまでしか放電せず、放電ピンが無効になり、コンデンサに再び充電が開始されます。 したがって、初期電圧を1 / 3Vccに設定します。
t =-(R A + R B )* C * ln [1/3 * Vcc /(Vcc-1 / 3Vcc)]
t =-(R A + R B )* C * ln(1/2)
t = 0.7 *(R A + R B )* C

上記で計算したように、出力は次の場合に低くなります。
t = 0.7 * R B * C秒

したがって、出力のハイ状態とロー状態の両方の合計期間は次のとおりです。
0.7 *(R A + R B )* C + 0.7 * R B * C
0.7 *(R A + 2 * R B )* C

次に、頻度は次のように計算されます。
出力の周波数= 1 / [0.7 *(R A + 2 * R B )* C]

したがって、抵抗R AとR BおよびコンデンサCの値を変更することにより、出力の周波数を制御できます。 さらに、高状態の期間はR AとR Bの両方に依存するのに対し、低状態の期間はRのみに依存するため、出力のパルス幅(低期間と比較した高期間)を制御できます。 B 次のステップでは、非安定モードのサンプル回路を紹介します。

ステップ6:555タイマー:非安定モード回路

最後のステップで説明したように、555タイマーを非安定モードに設定すると、連続した一連のパルスが出力されます。 この回路では、可聴範囲内の周波数のパルス波を出力するように555タイマーを設定します。これにより、出力をスピーカーに接続して結果を聞くことができます。

パーツリスト:
555タイマーDigikey LM555CNFS-ND
0.01uFコンデンサDigikey 445-5297-ND
100kΩリニアテーパポテンショメータDigikey 987-1300-ND
10kOhm 1 / 4watt抵抗器Digikey CF14JT10K0CT-ND
0.47uFコンデンサー(または10uFから0.1uFの間であれば問題ありません)Digikey P5173-ND
スピーカー
22ゲージのジャンパー線
ブレッドボードアマゾン
5-15V電源-ベンチ電源がない場合は、9Vバッテリーとバッテリースナップを使用するか、Arduinoからの5V出力を使用してください

配線情報
回路図を図6に示します。電源とグランドを555タイマーのピン8と1に接続します(赤と黒のワイヤー)。 回路に9V電源とバッテリースナップを使用しました。 図6の回路図に示すように、ピン5と1の間に0.01uFコンデンサを接続します。ピン1と6の間に0.47uFコンデンサを接続します。コンデンサの負のリード線がピン1に接続されていることを確認しますピン7と8の間に可変抵抗として配線された100Kポテンショメーターを配線します。ジャンパー線を使用して、ピン4と8を相互に接続し(赤)、ピン2と6を相互に接続します(黄色)。

スピーカーの正極リードを555のピン3に接続し、負極リードをグランド(ピン1)に接続します。

操作
この回路に電力を供給すると、555からのパルス波形が聞こえ始めます。ポテンショメータを回して、このパルス波の周波数を変更します。 特定の周波数を生成する場合は、次の式(最後の手順で導出)に従ってR A 、R B 、およびCの値を変更してみてください。

出力の周波数= 1 / [0.7 *(R A + 2 * R B )* C]
R A 、R B 、およびCを図7に示します

このサンプル回路で使用したコンポーネントに基づいて、可能な出力周波数の範囲を次のように計算できます。

ポテンショメータが完全に片側に回され、抵抗= 100kohmsであると仮定します
出力の頻度= 1 / [0.7 *(100, 000 + 2 * 10, 000)* 0.00000047]
出力の周波数=〜25Hz
この出力は、図8のオシロスコープに示されています。

R Aの値が低いと、555タイマーがコンデンサCを正常に放電できなくなるため、避ける必要があります。 ポットを反対側(抵抗が0ohms)までいっぱいに回すと、555タイマーは期待どおりに動作しなくなりました(図10)。 それでは、50KΩの抵抗でポットがその中間点になったときのタイマーからの出力周波数を計算しましょう。
出力の頻度= 1 / [0.7 *(50, 000 + 2 * 10, 000)* 0.00000047]
出力の周波数=〜43Hz
この出力は、図9に示されています(注-途中で推測したエラーbcがあります)

また、出力の周波数は図8と図9の間で変化しますが、低出力フェーズの持続時間はそれほど変化しないことに注意してください。 これは、低出力フェーズの期間がR A (可変抵抗器)に依存しないためです。 最後のステップで計算されたとおり:
t = 0.7 * R B * C
R B = 10kOhmsおよびC = 0.47uFを代入すると、次のようになります。
t =〜3ms
図8と9で確認できます。

ステップ7:555タイマー:非安定モードのデューティサイクル

パルス波のデューティサイクルは、ハイ状態とロー状態の合計持続時間に対する、ハイに費やす時間の比率です。 手順5でこれらの期間を計算し、それらを組み合わせて555のデューティサイクルを計算できます。

デューティサイクル=(高滞在時間)/(高および低状態の合計時間)
手順5の方程式を代入して取得します。
デューティサイクル=(0.7 *(R A + R B )* C)/(0.7 *(R A + 2 * R B )* C

これにより、単純化されます。
デューティサイクル=(R A + R B )/(R A + 2 * R B

上記の方程式では、R AがR Bよりもはるかに大きい場合(R Bの項は無視できます)、デューティサイクル〜= 1になり、R BがR Aよりもはるかに大きい場合(R Aは無視できます)条件)デューティサイクル=〜1/2を取得します。 したがって、図2に示す回路のデューティサイクルの制限は50%〜100%です。 50%未満のデューティサイクルを取得するには、図1に示すような回路を使用する必要があります。この回路では、555の充電フェーズ中にダイオードがR Bをバイパスします(出力は保持されます)高い)。 では、これは出力の高位相と低位相の持続時間にどのように影響しますか?

低出力の期間は残ります:
t = 0.7 * R B * C秒
これはコンデンサが放電しているときに発生するため、電流はコンデンサからR B (図1で上方向)を介して555の放電ピンに流れます。これは、ダイオードが流れる電流の反対方向です。受け入れるため、電流はダイオードを流れません。 この間、図1の回路は図2の回路と機能的に同等です。

高出力の持続時間は変化しますが、最も顕著なのは、ダイオードによってバイパスされているためR Bの寄与がなくなります。 この場合、コンデンサは充電されているため、電流は電源VccからR A (回路図では下方向)を通り、ダイオードを通ってコンデンサに流れます。 ダイオードを通る経路はリース抵抗の経路であるため、電流はR Bを流れません。 ダイオードは本質的にR Bを横切るワイヤとして機能します。

以前は、高出力の期間は次のとおりでした。
t = 0.7 *(R A + R B )* C秒
ダイオード全体のわずかな電圧降下(シリコンダイオードの場合は約0.7V)を考慮する必要があるため、式から単純にR Bを削除することはできません。 ステップ5で、高出力の持続時間の一般的な形式を計算しました。以下に再現しました。
t =-(R A + R B )* C * ln [1/3 * Vcc /(Vcc-V 0 )]
この式でVccの両方のインスタンスからダイオードからの電圧降下(Vd)を減算し、R Bからの寄与を削除する必要があります。
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc-Vd)/(Vcc-Vd-V 0 )]
ステップ4のように、初期電圧V 0は1 / 3Vccに等しい
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc-Vd)/(Vcc-Vd- 1 / 3Vcc)]
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc-Vd)/(2/3 * Vcc-Vd)]
t = -R A * C * ln [(Vcc-3 * Vd)/(2 * Vcc-3 * Vd)]

したがって、高出力の期間は
t = R A * C * ln [(2 * Vcc-3 * Vd)/ (Vcc-3 * Vd) ]
R Bに依存していないことに注意してください。 また、ダイオードの両端の電圧降下と電源電圧が式にどのように影響するかに注意してください。

ここで、外部トリガーを備えた単安定モードを使用して、0〜100%のデューティサイクルのPWM信号を作成できることに注意してください。 手順4の最後でこれを行う方法を説明しました。555タイマーを使用したPWMの詳細については、データシートを参照してください。

ステップ8:555タイマー:双安定モード回路

ステップ1で説明したように、フリップフロップは、入力の状態に基づいて2つの安定状態を切り替える回路です。 双安定モードの555タイマーの場合、2つの入力はトリガーピンとリセットピンです。 デフォルトでは、双安定モードのプルアップ抵抗により両方がハイに保たれます。 トリガーピンがLowにパルス化されると、出力がHigh(Vcc)になります。 トリガーピンが再びハイに設定されても、出力はハイのままです。 リセットピンがローにパルスされると、出力はローになります。 再び、リセットピンが再びハイになっても、出力はこの状態のままになります。

モーメンタリボタンを使用してリセットおよびトリガーピンをローにパルスする回路をセットアップし、LEDインジケータを使用して出力の状態を表示します。

パーツリスト:
555タイマーDigikey LM555CNFS-ND
0.01uFコンデンサDigikey 445-5297-ND
(x3)10KΩ抵抗器Digikey CF14JT10K0CT-ND
470オーム抵抗Digikey CF14JT470RCT-ND
アンバーLED Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
(x2)モーメンタリスイッチDigikey CKN9018-ND
22ゲージのジャンパー線
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5-15V電源-ベンチ電源がない場合は、9Vバッテリーとバッテリースナップを使用するか、Arduinoからの5V出力を使用してください

配線情報
回路図を図5に示します。電源とグランドを555タイマーのピン8と1に接続します(赤と黒のワイヤー)。 回路に9V電源とバッテリースナップを使用しました。 図5の回路図に示すように、ピン5と1の間に0.01uFコンデンサを接続します。ジャンパー線(黒)でピン6をグランドに接続します。 ピン7はフローティングのままにします。放電するコンデンサがないため、この設定では使用しません。

555の出力からグランドにLEDと電流制限抵抗を直列に接続します。 555の出力ピンは、最大Vcc-1.2Vを出力します(-1.2Vは、回路内の電圧をわずかに降下させるいくつかのトランジスタから供給されます)。 私の回路は9V電源で駆動されていたため、最大出力は9-1.2V = 7.8Vです。 私のセットアップには470Ωの電流制限抵抗を使用しました.5V電源を使用する場合は、より低い電流制限抵抗(220Ωなど)を使用でき、Vccが高い場合はより高い抵抗(おそらく1Kまで)を使用します。

ピン4とVccおよびピン2とVccの間に10Kohm抵抗を配線します。 これらは、デフォルトでピン2と4をハイに保つプルアップ抵抗です。 ジャンパー線を使用して、ピン2と4を、グランドに接続された2つのモーメンタリスイッチ(各ピンに1つ)に接続します。 各ボタンを押すと、関連するピンが一時的に低くなります。 これが意味をなさない場合は、回路図を参照してください。

操作
ピン2(トリガー)に接続されているボタンを押します。 LEDが点灯し、出力が高状態になったことを示します。 トリガーボタンを離すと、LEDは点灯したままになります。 リセットボタンを押すと、出力が低くなり、LEDがオフになります。 リセットボタンを放すと、LEDは消灯したままになります。 これで、最後に押されたボタンに基づいて2つの安定状態を切り替える回路が作成されました。 詳細については、図6-9を参照してください。

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