حاسبة مؤقت 555: تردد المذبذب الحر ونبضة أحادية الاستقرار

طريقة الاستخدام

اختر الوضع: مذبذب حر (متكرر) لساعة أو مصباح LED يومض، أو أحادي الاستقرار (نبضة واحدة) لنبضة واحدة مضبوطة الزمن.
اكتب المقاومة R1، وفي الوضع المتذبذب المقاومة R2. وفي وضع أحادي الاستقرار تكون R1 هي المقاومة R للتوقيت.
اكتب المكثفة C للتوقيت، مثلاً 10µ أو 100n.
اقرأ التردد ونسبة التشغيل في الوضع المتذبذب، أو عرض النبضة في وضع أحادي الاستقرار. وافتح الحساب خطوة بخطوة للتحقق من الأرقام.

المعادلات

تعطي ورقة بيانات NE555 من شركة Texas Instruments توقيت الوضعين. في الوضع المتذبذب يشحن المكثف عبر R1 وR2، ويفرغ عبر R2 وحدها، فيكون زمن العلو أطول من زمن الانخفاض، لأن R1 دائماً في مسار الشحن، فيبقى الخرج عالياً لأكثر من نصف كل دورة. وفي أحادي الاستقرار يشحن المكثف عبر R مرة واحدة لكل تشغيل، ويبقى الخرج عالياً مدة 1.1 RC.

متذبذب:
f = 1.44 ÷ ((R1 + 2 R2) × C)
tH = 0.693 × (R1 + R2) × C
tL = 0.693 × R2 × C
نسبة التشغيل = (R1 + R2) ÷ (R1 + 2 R2)

أحادي الاستقرار:
tw = 1.1 × R × C

التردد وزمن الدورة مقلوبان (الدورة = 1 ÷ f). وينبغي أن يساوي مجموع زمني العلو والانخفاض الدورة نفسها، ومع الثابتين أعلاه يتفقان إلى نحو 0.2٪.
نسبة التشغيل لدائرة مذبذبة عادية أكبر من 50٪ دائماً. ويغيّر ذلك وجود ثنائي موصول على R2، ولا تضمّنه هذه الحاسبة.
الثوابت: 1.44 و0.693 (لوغاريتم 2 الطبيعي) هي التي تستخدمها ورقة البيانات، و1.1 ثابت أحادي الاستقرار، وهو تقريباً لوغاريتم 3 الطبيعي.

ما لا تغطيه الحاسبة

حدود R1 وR2 وC الواردة في ظروف التشغيل الموصى بها في ورقة البيانات. تحقق منها لقيمك، فالمقاومات الصغيرة جداً أو المكثفات الكبيرة جداً تُبعد التوقيت عن هذه المعادلات.
تفاوت التوقيت: تفاوت المقاومات والمكثفة وتغيّر الحرارة يحرك التردد بعدة نسب مئوية.
نسخ CMOS (مثل TLC555) ودوائر التوقيت الأخرى، فثوابتها مختلفة.

مثال محلول: مذبذب بمقاومتين 10 كيلو أوم و10 كيلو أوم ومكثفة 10 ميكروفاراد

f = 1.44 ÷ ((10k + 2 × 10k) × 10µF) = 1.44 ÷ 0.3 = 4.8 هرتز، فتكون الدورة 208.3 ملي ثانية.

زمن العلو tH = 0.693 × (10k + 10k) × 10µF = 138.6 ملي ثانية، وزمن الانخفاض tL = 0.693 × 10k × 10µF = 69.3 ملي ثانية. ومجموعهما 207.9 ملي ثانية، أي أقصر بنحو 0.2٪ من 208.3 ملي ثانية المحسوبة من التردد، لأن الثابتين 0.693 و1 ÷ 1.44 = 0.6944 يختلفان قليلاً.

نسبة التشغيل (10k + 10k) ÷ (10k + 2 × 10k) = 66.67٪. وفي وضع أحادي الاستقرار بالمقاومة والمكثفة نفسيهما، يكون عرض النبضة 1.1 × 10k × 10µF = 110 ملي ثانية.

الأسئلة الشائعة

كيف أحصل على نسبة تشغيل 50٪ من مذبذب 555؟

المذبذب العادي لا يصل إلى 50٪، لأن R1 دائماً في مسار الشحن. وثنائي موصول عبر R2 يسمح للمكثفة بالشحن عبر R1 وحدها، فتقترب نسبة التشغيل من 50٪ إذا كانت R1 قريبة من R2. والمعادلات هنا لا تتضمن الثنائي.

لماذا يختلف التردد الناتج عن المحسوب؟

تفاوت المقاومات والمكثفة، والحرارة، وجهد التغذية كلها تحرك التوقيت، فتتوقع فرقاً من بضع نسب مئوية في دائرة حقيقية.

ما الفرق بين R1 وR2 في الدائرة المتذبذبة؟

تقع R1 بين مصدر التغذية وطرف التفريغ، وتقع R2 بين طرف التفريغ وأطراف العتبة والتشغيل. وR1 تحدد زمن الشحن وحده، أما R2 فتحدد زمن الشحن والتفريغ معاً.

ماذا يعني 1.1 RC في وضع أحادي الاستقرار؟

هو عرض النبضة: يبقى الخرج عالياً نحو 1.1 مرة من حاصل ضرب المقاومة في السعة بعد التشغيل. و10 كيلو أوم مع 10 ميكروفاراد تعطي نبضة مدتها 110 ملي ثانية.

هل أستطيع استخدام الحاسبة مع 555 بجهد تغذية مختلف؟

نعم، لأن معادلات التوقيت لا تعتمد على جهد التغذية، لكن مستويات الخرج والحدود على R وC في ورقة البيانات تعتمد عليه. تحقق من ورقة البيانات لمدى التغذية لديك.

المصادر

آخر مراجعة للأرقام والنص: الثلاثاء، 30 جمادى الأولى 1448 بعد الهجرة.

النتيجة

الحساب خطوة بخطوة