"Enter"a basıp içeriğe geçin

Dijital Elektroniğin Kalbi: 555 Zamanlayıcılar (Timers)

Merhaba sevgili ziyaretçiler. bu yazımın konusu başlıkta da belirttiğim üzere dijital elektroniğin kalbi olan 555 entegreleri. Dijital elektroniğin kalbi diyorum çünkü kalp nasıl insan vücudunda kan pompalayarak insanın canlılık sistemlerinin devamlılığını sağlıyorsa 555 entegreleri de uygun şekilde yapılandırıldığında bağlı olduğu dijital devreye osilasyon sağlayarak dijital devrenin canlılığını sağlar. İsterseniz gelin bu osilasyonu nasıl sağladığını, nerelerde ve nasıl kullanıldığını birlikte inceleyelim.

555 Zamanlayıcı entegreleri dijital devrelerde en geniş çapta kullanıma sahip entegrelerdendir ve elektronikte multivibratör olarak bilinen devrenin tek entegre çipi içine yerleştirilmiş halidir. 555’ler ilk olarak 1971 yılında Signetics Corp. tarafından “Entegre (IC) Zaman Makinesi” olarak bilinen adıyla piyasaya sürüldü. Piyasadaki ilk ve tek ticari kullanımı zamanlayıcı entegresi olarak kullanımı oldu.

Signetics Firmasının Ürettiği NE555N Entegresi
Signetics Firmasının Ürettiği NE555N Entegresi

555 çipleri belli frekanslarda salınımlar ürettiğinden bir ledin belli aralıklarla yanıp sönmesini sağlamak, belli frekanslarda ses üretmek ya da bir servo motoru kontrol etmek için kullanılabilir.

Bu çipler genelde 8 bacaklı DIP paket halinde bulunur. Farklı varyasyonlara sahip modelleri de bulunmaktadır. Örneğin iki adet 555 entegresinin bir çip içerisine yerleştirildiği 14 bacaklı 556 entegreleri veya dört adet 555 entegresinin tek çip içerisine yerleştirildiği 558 ve 559 modelleri de mevcuttur.

556 Çift Zamanlayıcı Entegresi
556 Çift Zamanlayıcılı Entegresi

Üreticiye bağlı olmak kaydı ile standart bir (DIP-8 paket) 555 çipinde 25 adet transistör, 2 diyot ve 15 direnç bulunur. Askeri ve ticari amaçlı olmak üzere iki farklı seride üretilirler. Askeri seri olan SE555 serileri -55 C ile +125 C derece sıcaklıkları arasında çalışma kararlılığına sahiptir. Bunun yanında Ticari seri olan NE555 serisi çipler ise 0 C ile +70 C derece sıcaklıkları arasında çalışma kararlılığına sahiptir. Her iki seri de metal kutu (T paket) ya da ucuz epoksi plastik (V Paket) paket tipleri ile üretilmektedir. Yani tüm paketlerin parça numaraları NE555V, NE555T, SE555V ve SE555T şeklinde olur.

555 Entegresinin İç Yapısı
NE555 Zamanlayıcı Entegresinin İç Yapısı

Düşük güç tüketimine sahip versiyonlar olan 7555 ve CMOS TLC555 serisi çipler klasik 555 çiplerden daha düşük kaynak gürültüsüne neden olurlar. Üreticiler genellikle “kontrol” kondansatörüne veya güç kaynağı üzerinde bir dekuplaj kondansatörüne ihtiyaç olmadığını iddia etseler de zamanlayıcı tarafından üretilen gürültü veya güç kaynağı voltajındaki değişim devrenin diğer parçalarıyla girişime neden olduğundan ve eşik (Threshold) voltajını etkilediğinden bu parçalara ihtiyaç duyulur.

 

555 Entegresinin Ayak Yapısı ve İşlevleri

555 Zamanlayıcı Çipi
555 Zamanlayıcı Entegresi Ayak Yapısı
AYAK ADI GÖREVİ
1 GND (Ground) Toprak Referans Gerilimi (0 V)
2 TRIG (Trigger) Bu ayağın gerilimi CTRL geriliminin 1/2 seviyesine düştüğünde OUT bacağı HIGH olur ve bir zamanlama aralığı başlar.
3 OUT (Output) Bu çıkış ucunun gerilimi, HIGH iken Vcc – 1.7V  gerilim düzeyinde, LOW iken GND (0V) düzeyindedir.
4 RESET Önceden başlamış olan bir zamanlama aralığı bu ayak GND’ye çekilerek (LOW yapılarak) resetlenir. Bu ayak tekrardan 0.7 Volt gerilim seviyesinin üzerine çıkana kadar bir zamanlama aralığı başlamaz. Aynı zamanda bu ayağın durumu TRIG ayağının durumunu da geçersiz kılar.
5 CTRL (Control) Dahili gerilim bölücüye denetim (kontrol) erişimi sağlar (varsayılan olarak Vcc geriliminin 2/3’ü kadarlık bir gerilim ile). Bu ayağın gerilimi değiştirilerek zamanlama periyodu da değiştirilebilir. Normal çalışma esnasında küçük kapasiteli bir kondansatör ile toprağa bağlanarak oluşabilecek gürültü engellenebilir.
6 THR (Threshold) THR (yani eşik) ayağının gerilimi CTRL (bu ayak aktif olduğunda üzerinde Vcc geriliminin 2/3 kadarı bir gerilim vardır) ayağının geriliminden büyükse başlamış olan zamanlama aralığı (yani OUT ayağının HIGH durumu) sonlanır ve Lojik 0 (LOW) durumuna geçer.
7 DIS (Discharge) Bu ayak iç devredeki bir NPN tranzistörün kollektör bacağına bağlanmıştır. Yüksek ve düşük seviyelerde dirençlerin değişimine göre kondansatörün şarjını ve deşarjını sağlar.
8 VCC Genellikle 3V – 15V arasında olan besleme gerilimi.
555 Entegresinin Çalışma Sistemi
555 Entegresinin Çalışma Sistemi (kaynak: diyot.com)

 

555 Zamanlayıcı Entegresinin Çalışma Modları

555 Zamanlayıcı entegresinin 3 çalışma modu vardır:

  1. Monostable (Tek Kararlı) Mod
  2. Bistable (Schimdt-Trigger) Mod
  3. Astable (Kararsız) Mod

1) Monostable (Tek Kararlı) Mod Çalışma

Monostable modda 555 entegresi bir “one-shot” (tek atımlı) darbe jeneratörü olarak çalışır. Monostable devreler devreye dışarıdan bir tetikleme sinyali geldiğinde bu sinyale uygun olarak çıkışı belli bir süre lojik 1 (HIGH) konumunda tutan devrelerdir. Çıkış işaretinin genişliği ise devreye osilasyon sağlayan bir direnç ve bir kondansatörden oluşan RC devresiyle belirlenir. Kondansatör gerilimi, besleme geriliminin 2/3’ü olduğunda çıkış işareti kesilir. Bu sayede R ve C değerlerine göre çıkış işaretinin genişliğini ayarlayabiliriz.

555 ile Monostable Multivibrator
555 ile Monostable Multivibrator (kaynak: http://www.next.gr)

Çıkış İşaretinin Zaman Genişliği (t): çıkış işaretinin dolması için geçen süreye t dersek

t = (RC) x ln(3) = 1.1RC

olarak hesaplanır.

2) Bistable Mod (Schmdit Trigger Mod) Çalışma

Bu modda 555 zamanlayıcısı basit bir Flip-Flop gibi davranır. Trigger ve Reset ayakları pull-up dirençleriyle HIGH konumunda tutulurken Threshold ayağı boştadır. Bu yapılandırmada Trigger ayağının bir anlık GND seviyesine çekilmesi devreye bir ‘SET’ sinyali göndermek anlamına gelir ve Output ayağı (3. ayak)  Vcc seviyesine (HIGH) geçer. Reset ayağının anlık olarak GND seviyesine çekilmesi ise devreye bir ‘RESET’ sinyali göndermek anlamına gelir ve Output ayağı GND seviyesine (LOW) geçer. Bistable modda kondansatör kullanmaya gerek yoktur. Bundan dolayı 5. ayak (Control Voltage) düşük değerli bir kondansatörle (genellikle 0.01uF ile 0.1uF arasında bir değer) GND’ye bağlanır. 7. ayak ise boşta bırakılır.

555 entegresinin Bistable Mod Çalışması
555 entegresinin Bistable Mod Çalışması (kaynak: wikipedia.org)

3) Astable (Kararsız) Mod Çalışma

Astable modda 555 zamanlayıcı entegresi çıkışından belli bir frekansa sahip sürekli dikdörtgen darbe akımı verir. Bu moda aynı zamanda “Osilatör” mod da denilebilir. Osilatör olarak çalışması sayesinde belli bir frekansta elektrik sinyali üreterek yanıp sönen LED veya lamba flanşörü, nota tonlamaları, PPM uygulamaları, güvenlik alarmı gibi uygulamalar yapılabilir. Bir diğer önemli özelliği ise basit bir ADC olarak kullanılabilir. Yani analog bir sinyali sayısal bir sinyale çevirebilir. Lojik 1 ile lojik 0 arasında kare dalga üretir.

Aşağıdaki şemada görüleceği üzere R1 direnci, Vcc ve discharge (7 nolu) ayağı arasına bağlıdır ve R2 direnci ise discharge (7. nolu) ayağı ile trigger (2 nolu) ve threshold (6 nolu) ayaklarının ortak bağlantı noktası arasına bağlıdır. Bundan dolayı C kondanstörü, R1 ve R2 üzerinden şarj olurken çıkışın LOW seviyesindeki aralıklarında 7 nolu ayak GND’ye göre daha düşük empedansa sahip olacağından yalnızca R2 üzerinden deşarj olur.

555 ile Astable Multivibratör
555 ile Astable Multivibratör (kaynak: wikipedia.org)

Astable modda darbe akımının frekansı R1, R2 ve C değerlerine bağlı olarak değişir.

f = \frac{1}{\ln(2) \cdot C \cdot (R_1 + 2R_2)}

Her darbenin HIGH süresi

\mathrm{high} = \ln(2) \cdot C \cdot (R_1 + R_2)

formülüyle hesaplanırken LOW süresi ise

\mathrm{low} = \ln(2) \cdot C \cdot R_2

formülüyle hesaplanır. Burada R1 ve R2 ifadeleri dirençlerin ohm cinsinden değerlerini ifade ederken, C ifadesi kondansatörün Farad cinsinden değerini ifade eder.

Bilhassa bipolar 555’lerle düşük R1 değerlerinden kaçınılmalıdır böylece deşarj esnasında çıkış gerilimi sıfır volta yakın seviyelerde doyumda kalacaktır. Diğer taraftan çıkışın LOW süresi yukarıdaki formüllerle hesaplanan süreden daha büyük olacaktır. Güç verildiği andan itibaren kondansatör 0V’tan Vcc’nin 2/3’üne kadar şarj edilmesi gerekirken diğer saykıllarda Vcc’nin 1/3’ünden 2/3’üne kadar şarj edildiğinden ilk saykıl hesaplanan süreden büyük ölçüde daha fazla sürecektir.

LOW zamanından daha kısa bir HIGH zamanını elde etmek için (%50’den daha kısa görev saykılı gibi) R2’ye paralel küçük bir diyot (yapılacak uygulamaya göre yeterince hızlı olmalı) katotu kondansatör tarafında olacak şekilde yerleştirilebilir. Yerleştirilen bu diyot çıkış saykılının HIGH süresi boyunca R2 direncini baypas eder böylece diyot üzerine düşen gerilime bağlı bir ayarlamayla HIGH süresi yalnızca R1 direnci ve C kondansatörünün değerine bağlı olur. Diyot üzerindeki gerilim düşümü kondansatörün şarjını yavaşlatır bundan dolayı HIGH süresi beklenenden daha uzun sürer ve bu süre ln(2)*R1C = 0.693 R1C ile ifade edilir. Bu durumda LOW süresi de aynı şekilde 0.693 R1C olacaktır. Baypas diyodunun kullanılmasıyla HIGH süresi:

\mathrm{high} = R_1 \cdot C \cdot \ln\left(\frac{2V_{\textrm{cc}}-3V_{\textrm{diode}}}{V_{\textrm{cc}}-3V_{\textrm{diode}}}\right)

şeklinde olacaktır.

Burada Vdiode, diyot”aktif” durumundayken Vcc/R1’in 1/2’si kadardır. Bu değer diyotun datasheetinden ya da test yapılarak belirlenebilir. Uç bir örnek verecek olursak Vcc = 5 ve Vdiode = 0.7 olduğunda HIGH süresi = 1.00R1C olacaktır ki bu da beklenen 0.693R1C değerinden %45 daha uzundur. Diğer bir uç örnek ise Vcc=15 ve Vdiode = 0.3 olması durumunda HIGH süresi = 0.725R1C olmasıdır ki bu değer beklenen değer olan 0.693R1C değerine daha yakındır. Eğer Vdiode = 0 olursa denklemin değeri beklenen değer olan 0.693R1C değerine indirgenir.

İki dirençli astable multivibratörle %50 görev saykılı elde edilemez. %50 görev saykılını elde etmek için R1 direnci devreden çıkarılmalı 7. ayağın devreyle bağlantısı kesilmeli ve R2’nin kaynak ucu, çıkış bacağı olan 3. bacağa bağlanmalıdır. Ancak devrenin iç direncinden dolayı yine de tam olarak %50 görev saykılı elde edilemeyecektir.

555 entegresi ile ilgili genel bilgiler buraya kadar. 555 ile ilgili uygulamaları sonraki yazılara bırakarak şimdilik yazımı burada sonlandırıyorum.

Eklenmesi ya da düzeltilmesi gereken yerleri yorumlardan yazarsanız sevinirim.

Kaynaklar:

  1. https://en.wikipedia.org/
  2. http://www.elektrikport.com/

haruncetin.com.tr

 

5 Yorum

  1. unal oge unal oge

    ”İki dirençli astable multivibratörle %50 görev saykılı elde edilemez. %50 görev saykılını elde etmek için R1 direnci devreden çıkarılmalı 7. ayağın devreyle bağlantısı kesilmeli ve R2’nin kaynak ucu, çıkış bacağı olan 3. bacağa bağlanmalıdır. Ancak devrenin iç direncinden dolayı yine de tam olarak %50 görev saykılı elde edilemeyecektir.” denilmiş.
    R1= 1K, R2=3.3K, C=0.01 micF durumunda %50 olur deniliyor.(hedef f 20-25Khz)
    http://www.stenulson.net/althealth/diagrm2.jpg
    Konu benim için çok onemli.teşekkurler

  2. Olgun Olgun

    Merhaba Hocam
    555’in çıkışındaki kare dalganın gerilimini normal bir dijital multimetre ile ölçebilir miyim? Yoksa tru rms tipinde de mi olmalı.
    Bu kare dalga AC olarak mı ölçülecek DC olarak mı multimetrede ölçülecek acaba?

  3. Olgun Güldür Olgun Güldür

    Merhaba Hocam
    555’in çıkışındaki kare dalganın gerilimini normal bir dijital multimetre ile ölçebilir miyim? Yoksa tru rms tipinde de mi olmalı.
    Bu kare dalga AC olarak mı ölçülecek DC olarak mı multimetrede ölçülecek acaba?

    • Merhaba,
      kare dalga geriliminin ölçümü için true rms ölçüm yapabilen multimetreler ile ölçüm almanız gerekir. şurada da koyu fontlarla vurgulandığı üzere, eğer ölçülecek değer düzgün sinüzoidal olmayan veya kare dalga, üçgen dalga gibi farklı dalga formlarında ise ölçüm için cihazın mutlaka AC/DC çeviricisinin TRUE RMS çevirici olması gerekir ölçü aletinden ac ya da dc mod seçilmeksizin “auto” modda ölçüm yapılmalıdır.

  4. Metin Acar Metin Acar

    Guzel yazi hocam emeginize saglik. Ilgiyle takip ediyorum. Basarilar.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir