Λύσεις — Άσκηση 24η · Ασταθής πολυδονητής με το Ο.Κ. 555 (σελ. 65-69) – ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Λύσεις — Άσκηση 24η · Ασταθής πολυδονητής με το Ο.Κ. 555 (σελ. 65-69)

Ασταθής πολυδονητής (ταλαντωτής) με το Ο.Κ. 555: τετραγωνικό σήμα με tON=0,693(R1+R2)C1, tOFF=0,693R2C1, συχνότητα και κύκλο εργασίας, φόρτιση/εκφόρτιση C1 μεταξύ 1/3 και 2/3 Vcc. Επαληθευμένο με κώδικα.

Χρόνοι tON, tOFF ΚΑΙ περίοδος

Ζητούμενο: Με R1=2,2KΩ, R2=100KΩ, C1=47μF, υπολογίστε α) τον χρόνο tON (HIGH), β) τον χρόνο tOFF (LOW), γ) την περίοδο T.

Πώς σκεφτόμαστε: Στον ασταθή 555: tON=0,693(R1+R2)C1, tOFF=0,693·R2·C1, T=tON+tOFF.

Λύση:

• α) \( t_{ON}=0{,}693(R_1+R_2)C_1=0{,}693(2{,}2k+100k)47μ\approx3{,}33\ s \).
• β) \( t_{OFF}=0{,}693\,R_2\,C_1=0{,}693\cdot100k\cdot47μ\approx3{,}26\ s \).
• γ) \( T=t_{ON}+t_{OFF}\approx6{,}59\ s \) (f≈0,152 Hz).

Απάντηση: tON≈3,33s, tOFF≈3,26s, T≈6,59s (f≈0,152Hz).

Πρόσεξε:

• Η φόρτιση (HIGH) γίνεται μέσω R1+R2, η εκφόρτιση (LOW) μέσω R2 μόνο.
• Το LED2 ανάβει στο HIGH, το LED1 στο LOW.

Κυματομορφές, συχνότητα ΚΑΙ duty cycle (C1=1nF)

Ζητούμενο: Με C1=1nF, για τα ζεύγη: α) R1=33k,R2=100k· β) R1=330k,R2=100k· γ) R1=33k,R2=47k, υπολογίστε T, f και τον κύκλο εργασίας.

Πώς σκεφτόμαστε: Εφαρμόζουμε T=0,693(R1+2R2)C1, f=1/T, duty=(R1+R2)/(R1+2R2).

Λύση:

• α) T≈161,5μs, f≈6,19kHz, duty≈57%.
• β) T≈367μs, f≈2,72kHz, duty≈81%.
• γ) T≈88μs, f≈11,36kHz, duty≈63%.
• Παρατήρηση: όσο μεγαλύτερο το R1 (σχετικά με R2), τόσο μεγαλύτερος ο κύκλος εργασίας (β: R1=330k → 81%).

Απάντηση: α) 161,5μs/6,19kHz/57%· β) 367μs/2,72kHz/81%· γ) 88μs/11,36kHz/63%. Μεγαλύτερο R1 → μεγαλύτερος duty cycle.

Πρόσεξε:

• Ο κύκλος εργασίας είναι πάντα >50% σε αυτή τη βασική συνδεσμολογία (το R1 μπαίνει μόνο στο tON).
• Αλλάζοντας R1,R2,C1 ρυθμίζουμε συχνότητα ΚΑΙ duty cycle.

Φόρτιση/εκφόρτιση πυκνωτή ΚΑΙ στάθμη εξόδου

Ζητούμενο: Σε ποιες στάθμες τάσης αρχίζει ο C1 να φορτίζεται/εκφορτίζεται; Ποια η λογική κατάσταση εξόδου σε κάθε περίπτωση;

Πώς σκεφτόμαστε: Ο πυκνωτής ταλαντώνεται μεταξύ 1/3 και 2/3 Vcc· η φάση φόρτισης αντιστοιχεί σε HIGH, η εκφόρτιση σε LOW.

Λύση:

• Ο C1 φορτίζεται από \(\tfrac{1}{3}V_{CC}\) έως \(\tfrac{2}{3}V_{CC}\) — σε αυτό το διάστημα η έξοδος είναι HIGH.
• Ο C1 εκφορτίζεται από \(\tfrac{2}{3}V_{CC}\) έως \(\tfrac{1}{3}V_{CC}\) — η έξοδος είναι LOW.
• Οι στάθμες \(\tfrac13 V_{CC}\) και \(\tfrac23 V_{CC}\) είναι τα κατώφλια των εσωτερικών συγκριτών του 555.

Απάντηση: Ο C1 ταλαντώνεται 1/3↔2/3 Vcc: φόρτιση (1/3→2/3)→έξοδος HIGH, εκφόρτιση (2/3→1/3)→έξοδος LOW.

Πρόσεξε:

• Τα 1/3 και 2/3 Vcc είναι τα κατώφλια των εσωτερικών συγκριτών του 555.
• Η τάση του C1 έχει μορφή εκθετικής φόρτισης/εκφόρτισης (όχι τετραγωνική — η ΕΞΟΔΟΣ είναι τετραγωνική).

Μονοσταθής vs ασταθής — συμπεράσματα

Ζητούμενο: Διατυπώστε τα συμπεράσματα, συγκρίνοντας τον ασταθή με τον μονοσταθή πολυδονητή.

Πώς σκεφτόμαστε: Ο ασταθής δεν έχει σταθερή κατάσταση (ταλαντωτής)· ο μονοσταθής έχει μία (one-shot).

Λύση:

• Ο ασταθής πολυδονητής δεν έχει καμία σταθερή κατάσταση — παράγει συνεχή τετραγωνική παλμοσειρά μόνος του (γεννήτρια ρολογιού).
• Ο μονοσταθής (Άσκ.23) έχει μία σταθερή κατάσταση και παράγει έναν παλμό ανά trigger.
• Η συχνότητα/κύκλος εργασίας του ασταθούς ρυθμίζονται από R1, R2, C1.

Απάντηση: Ο ασταθής (ταλαντωτής, καμία σταθερή κατάσταση) παράγει συνεχή παλμοσειρά· ο μονοσταθής (μία σταθερή κατάσταση) έναν παλμό ανά trigger.

Πρόσεξε:

• Ο ασταθής 555 είναι η πιο κοινή γεννήτρια ρολογιού/συχνότητας σε απλά κυκλώματα.
• Εφαρμογές: ρολόγια, LED flashers, τόνοι ήχου, PWM.