آشنایی با تایمر ۵۵۵ - بخش اول

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، تایمر ۵۵۵ یک آی‌سی بسیار متداول است که برای تولید گستره وسیعی از شکل موج‌های ولتاژ الکتریکی طراحی شده است. برای مثال با اتصال یک مدار RC خارجی به تایمر به راحتی می‌توان شکل موج‌های پالس، پله‌ای و موج مربعی را تولید کرد. در این آموزش قصد داریم تا به معرفی این آی‌سی بپردازیم و اجزای مختلف و نحوه کار آن را بررسی کنیم.

نوسان‌ساز‌های CMOS و مولتی‌ویبراتور‌ها (Multivibrator) می‌توانند به سادگی از عناصر گسسته ساخته شوند و برای ایجاد نوسان‌های آرام (Relaxation Oscillators) در تولید شکل موج خروجی موج مربعی ساده مورد استفاده قرار گیرند. اما آی‌سی‌های اختصاصی وجود دارند که مخصوص تولید شکل موج مورد نیاز به صورت دقیق هستند. چنین المانی که از اوایل عصر آی‌سی وجود داشت و عضوی از استاندارد‌های صنعتی شده است، نوسان‌ساز تایمر ۵۵۵ (۵۵۵ Timer Oscillator) است که به آن تایمر ۵۵۵ نیز گفته می‌شود.

مقدمه

تایمر ۵۵۵ نام خود را از این واقعیت گرفته است که دارای سه مقاومت [Math Processing Error]است که در داخل آی‌سی به هم متصل هستند. این مقاومت‌ها برای تولید دو ولتاژ مرجعِ مقایسه مورد استفاده قرار می‌گیرند. تایمر ۵۵۵ یک آی‌سی بسیار ارزان، محبوب و المان زمان‌بندی دقیق است که می‌تواند هم به عنوان یک تایمر ساده برای تولید پالس تکی و یا تاخیر‌های زمانی طولانی مدت مورد استفاده قرار گیرد و هم به عنوان یک نوسان‌ساز آرام برای تولید شکل موج‌های پایدار با چرخه کاری (Duty Cycle) متغیر از ۵۰ تا ۱۰۰٪ عمل کند.

تراشه تایمر ۵۵۵ المانی بسیار پایدار و دارای ۸ پین است که می‌تواند به عنوان یک مولتی‌ویبراتور مونواستابل (Monostable)، بای‌استابل (Bistable) و یا آستابل (Astable) مورد استفاده قرار گیرد. این تراشه دارای کاربرد‌های بسیار گسترده در مداراتی است که به نوعی به کنترل زمان نیاز دارند. تایمر‌های تاخیری، مولد‌های پالس، LED، چراغ‌های چشمک‌زن، آلارم، کلاک‌های منطقی، مقسم فرکانس، منابع تغذیه و مبدل‌ها مثالی از این مدارات هستند.

تراشه تایمر ۵۵۵ از ۲۵ ترانزیستور، ۲ دیود و ۱۶ مقاومت به فرم دو مقایسه‌گر، یک فلیپ فلاپ و یک طبقه خروجی جریان بالا تشکیل شده است. تایمر نوسان‌ساز NE۵۵۶ نیز تراشه دیگری است که در آن دو تایمر ۵۵۵ با یکدیگر ترکیب شده‌اند. نوع CMOS توان پایین تایمر‌های ۵۵۵، مانند ۷۵۵۵ و LMC۵۵۵ که از ترانزیستور‌های MOSFET استفاده می‌کنند نیز در حال حاضر موجود هستند. در شکل زیر یک دیاگرام ساده از مدار داخلی تایمر ۵۵۵ نشان داده شده است.

مدار داخلی تایمر ۵۵۵

پایه‌های تراشه تایمر ۵۵۵

در این قسمت به معرفی پین‌های تایمر ۵۵۵ می‌پردازیم تا درک اجمالی از نحوه کار این آی‌سی به دست آوریم.

Pin ۱: پین شماره ۱، Ground نام دارد که تایمر ۵۵۵ را به منفی منبع تغذیه متصل می‌کند.

Pin ۲: پین شماره ۲، Trigger، ورودی منفی برای مقایسه‌گر شماره ۱ است. یک پالس منفی روی این پین زمانی که ولتاژ ورودی به ۱ ٫۳ مقدار ولتاژ VCC افت کند، فلیپ فلاپ را SET می‌کند تا خروجی از حالت LOW به حالت HIGH تغییر وضعیت دهد.

Pin ۳: این پین Output نام دارد و می‌تواند هر مدار TTL را حمایت کند و نیز می‌تواند تا ۲۰۰ mA جریان خروجی در ولتاژ VCC برابر با ۱٫۵ ولت را تامین کند.

Pin ۴: پین شماره ۴، Reset است. این پین برای تنظیم مجدد یا ریست (Reset) فلیپ فلاپ داخلی به منظور کنترل حالت خروجی (پین شماره ۳) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پین یک ورودی Active-low است و معمولا زمانی که مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، برای جلوگیری از ریست ناخواسته خروجی، به ولتاژ سطح یک منطقی متصل می‌شود.

Pin ۵: این پین در شکل بالا با Control Voltage مشخص شده است. پین شماره ۵ زمان‌بندی (Timing) تایمر ۵۵۵ را از طریق حذف ۲٫۳ سطح ولتاژ VCC از شبکه مقسم ولتاژ و ایجاد یک سطح ولتاژ مقایسه جدید انجام می‌دهد. با اعمال ولتاژ به این پین، عرض سیگنال خروجی می‌تواند بسته به شبکه زمان‌بندی RC، تغییر کند. وقتی از این پین استفاده نشود، معمولا با یک خازن به زمین متصل می‌شود تا از ایجاد نویز جلوگیری شود.

Pin ۶: این پین Threshold نام دارد و ورودی مثبت برای مقایسه‌گر شماره ۲ است. این پین برای ریست کردن فلیپ فلاپ، زمانی که ولتاژ اعمالی به آن از ۲٫۳ مقدار ولتاژ VCC بیشتر شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد و منجر به تغییر حالت خروجی از حالت HIGH به حالت LOW می‌شود. این پین مستقیما به مدار زمان‌بندی RC متصل می‌شود.

Pin ۷: این پین Discharge نام دارد. پین شماره ۷ مستقیما به کلکتور ترانزیستور NPN داخلی متصل می‌شود و برای تخلیه خازن زمان‌بندی از طریق زمین در زمان‌هایی است که خروجی پین ۳ به حالت LOW تغییر وضعیت دهد.

Pin ۸: پین شماره ۸، تغذیه مثبت یا Vcc است. این پین مربوط به منبع تغذیه است و برای تایمر TTL ۵۵۵ معمولی بین ۴٫۵ تا ۱۵ ولت است.

همان‌طور که قبلا اشاره کردیم، نام تایمر ۵۵۵ برگرفته از این واقعیت است که سه مقاومت [Math Processing Error]که به صورت داخلی به یکدیگر متصل هستند، در این تایمر وجود دارند. این مقاومت‌ها یک شبکه مقسم ولتاژ بین ولتاژ تغذیه (پین شماره ۸) و ولتاژ زمین (پین شماره ۱) می‌سازند. ولتاژ در طول این شبکه مقاومت‌های سری، ورودی منفی معکوس‌کننده مقایسه‌گر شماره ۲ را در ۲٫۳ ولتاژ VCC و ورودی مثبت غیرمعکوس‌کننده مقایسه‌گر شماره ۱ را در ۱٫۳ ولتاژ VCC نگه می‌دارد.

دو مقایسه‌گر، ولتاژ خروجی را تولید می‌کنند که بسته به اختلاف ولتاژ دو ورودی آن‌ها است و توسط عمل شارژ و تخلیه مدار RC خارجی متصل به آن تعیین می‌شوند. خروجی هر دو مقایسه‌گر به دو ورودی فلیپ فلاپ متصل می‌شود. فلیپ فلاپ یک خروجی سطح HIGH یا LOW درتولید می‌کند که به حالت ورودی‌های آن بستگی دارد. خروجی فلیپ فلاپ برای کنترل طبقه بافر خروجی جریان بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این خروجی برای راه‌اندازی بار متصل و تولید خروجی HIGH یا LOW در پین خروجی کاربرد دارد.

متداول‌ترین کاربرد تایمر نوسان‌ساز ۵۵۵ به عنوان نوسان‌ساز آستابل ساده از طریق اتصال دو مقاومت و یک خازن در طول ترمینال‌های آن است، تا یک قطار پالس ثابت تولید کند که دوره تناوب توسط ثابت زمانی مدار RC تعیین می‌شود. اما تایمر ۵۵۵ می‌تواند به روش‌های مختلفی به عنوان مولتی‌ویبراتور مونواستابل یا بای‌استابل نیز مورد استفاده قرار گیرد.