فكرة عمل الدارة 555

شاع في الآونة الأخير استخدام الدرة المتكاملة 555 في العديد من الأجهزة الإلكترونية, وهي عنصر رخيص الثمن ومتعدد الاستخدامات ,وقد صنعت لأول مروة في معامل شركة Signetics  وهي تصنع الآن في كل معامل أنصاف النواقل تقريبا

يمكن استخدام هذه الدارة في تشكيل دارة مذبذب وحيد الاستقرار Monostable  ودارة مذبذب متعدد الاهتزاز Multivibiator ذات أزمان تتراوح بين ميكرو ثانية حتى عدة ساعات . وتحتاج الدارة المتكاملة إلى جهد تغذية يتراوح بين   5 إلى  18 فولت وهي تعطي تيار خرج يصل إلى 200 ميلي أمبير مما يمكن من تغذية لمبة صغيرة أو أي حمل آخر مباشر كما يمكن استخدامها مع دارات TTL   أو في الدارات الإلكترونية في السيارة

المذبذب وحيد الاستقرار Monostable :

نبين في الشكل 1 المكونات الداخلية للدارة المتكاملة 555 حيث نلاحظ أن لها ثمانية أطراف . يطبق جهد التغذية Vcc  على الطرف الثامن في حين يوصل الطرف الأول إلى الأرضي . نأخذ إشارة الخرج من الطرف الثالث ونطبق إشارة مدخل القدح على الطرف الثاني

بما أن هذه الدارة المتكاملة مترابطة بالتيار المستمر لذلك فإن جهد المخرج يبقى مرتفعا إذا طبقت إشارة مدخل القدح لمدة أطول من زمن معين, حتى نشكل دارة مهتز وحيد الاستقرار نضيف إلى الدارة المتكاملة مقاومة   Rt ومكثف Ct  كما في الشكل 2 حيث تعمل الدارة كما يلي :

تجعل إشارة مدخل القدح ,جهد مخرج المذبذب Flip-Flop  مرتفعا فيتوقف ترانزستور التفريغ عن العمل ويبدأ شحن المكثف Ct عبر المقاومة Rt  وعندما يصل الجهد على طرفي المكثف إلى قيمة جهد التحكم الذي تحدده المقاومات الثلاث ( أنظر الشكل 1) ينخفض جهد مخرج المذبذب Flip-Flop وبالتالي ينخفض جهد مخرج الدارة المتكاملة ويبدأ ترانزستور التفريغ بالعمل ويفرغ المكثف Ct حيث يمكن الآن قدح الدارة مرة  ثانية بتطبيق نبضة قدح ثانية.

يعرف دور التزامن Timed period بأنه الزمن اللازم لشحن المكثف Ct ابتداء من صفر فولت وحتى جهد التحكم وبما أن قيم المقاومات الثلاثة متساوية فان جهد التحكم 2/3 جهد التغذية Vcc كذلك بما أن المقاومة Rt موصولة أيضا إلى جهد التغذية فإن دور التزامن مستقل عن جهد التغذية

يحسب دور التزامن بالعلاقة التالية

دور التزامن =   Rt  *  Ct  *  1,1

                            فاراد     أوم

بتغيير قيمة المقاومة أو سعة المكثف فان دور التزامن يمكن أن يتغير من  5   ميكرو ثانية وحوالي الساعة . وتتراوح قيم المقاومة بين

1 كيلو أوم  و 1 ميغا أوم في حين لا توجد حدود لقيم سعة المكثفات إلا أنه يجب الانتباه إلى أن المكثفات الكيميائية ذات السعات الكبيرة لها تيارات تسريب عالية التي يمكن أن تسبب اختلافات كبيرة عن القيم المحسوبة لدور التزامن , وعند استخدام مكثفات ذات سعات كبيرة جدا فانه يجب الأخذ بعين الاعتبار الزمن اللازم ليقوم ترانزستور التفريغ بتفريغ المكثف Ct وإذا استخدمنا مكثفات كيميائية فان جهودها يجب أن تكون قريبة من جهد التغذية , لأن المكثف الكيميائي لا يسلك سلوك مكثف حتى يصل الجهد المطبق على طرفيه إلى  0,1  من قيمة جهده

فإذا كان لدينا مكثف كيميائي بجهد 100 فولت واستخدمناه مع دارة متكاملة 555 مغذات من جهد تغذية 15 فولت فإن أشكال الإشارات الناتجة تكون أقصر بكثير من القيم المحسوبة كما في الشكل 3

كذلك فإن استخدام مكثف كيميائي ذو جهد أقل من جهد التغذية يؤدي إلى نتائج غير مرضية

المذبذب متعدد الاهتزاز:

إذا نظرنا في الشكل 1  فنلاحظ أن إشارة القدح توصل إلى المذبذب Flip-Flop  عبر المقارن الثاني وحتى نشغل المذبذب  Flip-Flop

فإن جهد مدخله يجب أن ينخفض إلى أقل من  3/1 جهد التغذية , لذلك فهو يعطي الدارة مناعة ضد إشارات التشويش ويسمح باستخدام الدارة المتكاملة  في دارات المهتزات Oscillators  وحتى يتم ذلك نوصل مقاومتين Ra ,  Rb  ومكثف Ct كما في الشكل 4   ويكون

عمل الدارة كما يلي:

في بداية تشغيل المذبذب Flip-Flop نفرض أن الجهد على طرفي المكثف Ct يساوي 2/1 جهد التغذية , الذي يتم شحنه عبر المقاومتين

Ra ,  Rb  وعندما يصل الجهد على طرفي المكثف إلى نحو 3/2  جهد التغذية فإن المقارن الأول يعمل مما يؤدي إلى توقيف المذبذب عن العمل والى عمل ترانزستور التفريغ حيث يتم تفريغ المكثف عبر المقاومة Rb عندما يصل الجهد على طرفي المكثف إلى نحو 3/1

 جهد التغذية , فإن المقارن الثاني يعمل مما يؤدي إلى تشغيل المذبذب مرة ثانية وتوقف ترانزستور التفريغ وبداية شحن المكثف مرة

أخرى  عبر المقاومتين  Ra   ,  Rb  حيث تبدأ دورة جديدة

ويستمر العمل هكذا حتى اللانهاية , يتراوح الجهد على طرفي المكثف بين 3/1  و  3/2  جهد التغذية ويمكن تغيير قيمة هذا الجهد بتغيير

قيمة جهد التحكم. ويبين الشكل 4 شكل موجة الجهد ,حيث يحسب زمن الشحن وفق العلاقة :

T1 = 0,7 ( Rb + Ra ) Ct

ويحسب زمن التفريغ وفق العلاقة:                               T2 = 0,7 .  Rb . Ct

ويكون الزمن الكلي                                  T = 0,7 ( Ra  +  2Rb ) Ct 

والتردد                                                      F =             1,45            

                                                        Ct ( Ra  +  2Rb )

عند تصميم دارة المذبذب متعدد الاهتزاز , نختار قيم المقاومة Rb  لتعطي الدور T1 وذلك وفق العلاقات السابقة

أما إذا أردنا تصميم مذبذب يولد إشارة خرج موجة مربعة فإننا نترك الطرف السابع للدارة المتكاملة بدون وصل , ونوصل المقاومة مباشرة إلى المخرج من أجل شحن وتفريغ المكثف أنظر الشكل 4  (b)

من أجل هذه الحالة يحسب دور تفريغ وشحن المكثف وفق العلاقة:

T = 0,7 C R

ويساوي الدور الكلي                                                T = 1,4  C R

قدح المذبذب بنبضة حادة :

حتى نتمكن من قدح الدارة المتكاملة 555 بنبضة حادة فإننا نحتاج إلى مكثف C1 ومقاومة  R1   وثنائي D1  كما في الشكل 5 من أجل تفاضل إشارة المدخل وتشكيل نبضة حادة

في الشكل 6 نبين سلسلة من المؤقتات  كل منها يقدح الدارة التي تليه, بشكل مشابه يمكن استخدام سلسلة من المذبذبات أحادية الاستقرار من أجل توليد إشارات التحكم  المتتالية وكما نرى في الشكل 6  فانه يمكن تفريع السلسلة حيث تقوم دارة متكاملة نوع 555 بقدح عدة دارات أخرى

تشغيل أحمال عالية التيار:

تستطيع الدارة المتكاملة 555أن تغذي الحمل بتيار خرج قدره 200 ميلي أمبير . يمكن زيادة هذا التيار حتى 5 أمبير إذا استخدمنا ترانزستورات استطاعة موصولة بدارة تابع باعثي كما في الشكل 7 ونظرا لأن هذه الدارة تولد حرارة كبيرة في الترانزستورات, لذالك نستخدم الترانزستورات ذات الباعث المؤرض كما في الشكل 8 

كما يجب التنبيه إلى ضرورة وصل مكثف كيميائي ذو سعة كبيرة بالتفرع مع مكثف بوليستر سعة 2 مايكرو فاراد على طرفي التغذية ,

وذلك حتى لا تتأثر الدارة بإشارات التشويش و الإشارات العابرة . كذلك يجب وضع الدارة بعيدا عن مصادر الحرارة الشديدة  كما يجب تزويد كل دارة بفاصمة حماية.

وفي النهاية أتمنى أن أكون قد أفدتكم بمعلومات وافية عن الدارة المتكاملة 555

مع تمنياتي للجميع بالتوفيق والنجاح