Ci proponiamo di costruire con una spesa irrisoria (qualche euro) un oscillatore utilizzando l’integrato Timer 555. Questo proposto, è un tipo di oscillatore a rilassamento per la generazione in uscita di un’onda quadra di frequenza fissa fino a 500kHz con la possibilità di diversi Duty Cycle tra il 50-100%. A differenza dell’ uso del 555 Timer in un circuito monostabile dove produce un singolo impulso in output (one-shot), quando attivato sul suo pin di ingresso 2 (Trigger), al fine di ottenere l’oscillatore da 555 in modo Multivibratore Astabile, è necessario continuamente ri-attivare l’IC 555, dopo ciascun ciclo di temporizzazione. Questa è sostanzialmente possibile collegando l’ingresso Trigger (pin 2) e la soglia di ingresso (pin 6) insieme, consentendo in tal modo al dispositivo di agire come un oscillatore astabile. L’ Oscillatore 555 passa così continuamente da uno stato all’altro. La determinazione della durata del singoloimpulso e il Duty Cicle sarà possibile dimensionando le due resistenze R1 e R2 , come illustrato di seguito.
Nel Oscillatore 555 di cui sopra, il pin 2 e pin 6 sono collegati tra loro, permettendo al circuito la ri-attivazione stessa su ogni ciclo che le consenta di operare come un oscillatore di Free Running. Durante ogni ciclo il condensatore, C si carica attraverso entrambe le resistenze R1 e R2, ma si scarica solo attraverso la resistenza R2, che ha l’altro terminalesu quello di scarico, (pin 7).
Poi il condensatore ricarica fino 2/3Vcc (il limite massimo di confronto), che è determinata dal 0,693 (R1 + R2)*C e si scarica verso il basso per 1/3Vcc (il limite inferiore di confronto), determinato dal 0,693 (R2*C Ciò si traduce in una forma d’onda di uscita il cui livello di tensione è approssimativamente uguale a Vcc – 1,5 V e la cui uscita “ON” e “OFF” ha periodi di tempo determinati dal condensatore e le combinazioni di resistenze. I tempi individuali necessari a completare un ciclo di carica e scarica è espressa come:
Dove, R è in Ω e C in Farad.
Quando si è connessi come Multivibratore Astabile, l’uscita dall’ Oscillatore 555 continuerà a tempo indefinito alternando carica e scarica tra 2/3Vcc e 1/3Vcc fino a quando l’alimentazione non viene rimossa. Come con il multivibratore monostabile questi tempi di carico e scarico, quindi la frequenza, sono indipendenti dalla tensione di alimentazione. La durata di un ciclo completo è quindi pari alla somma dei due tempi individuali dalla carica e scarica del condensatore, dato dunque come:
La frequenza di uscita delle oscillazioni può essere trovata invertendo l’equazione di cui sopra per la durata complessiva del ciclo ottenendo un’ equazione finale per la frequenza di uscita per un Oscillatore Astabile 555 :
Alterando la costante di tempo di una sola delle combinazioni RC, il duty cycle può essere impostato con precisione ed è determinato come il rapporto tra la somma delle resistenze (R1+R2) la somma (R1+2*R2). Il ciclo di lavoro per l’oscillatore 555, che è il rapporto tra il tempo “ON” e il tempo “OFF”, è data da:
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ESEMPIO No 1
Analizziamo il seguente Oscillatore Astabile 555 costruito utilizzando i seguenti componenti, R1 = 1kΩ, R2 = 2kΩ e condensatore C = 10 uF.Calcolare la frequenza di uscita dal oscillatore 555 e il duty cycle della forma d’onda di uscita.
t1 – tempo di Carica (“ON”)è calcolato come segue:
t2 – tempo di scarica ( “OFF”) è calcolato come segue:
Il periodo totale sarà quindi:
E la frequenza risultante dell’onda in uscita sarà:
Al quale corrisponde un Duty Cycle pari a :
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OSS.
Poiché il condensatore di temporizzazione C si carica attraverso le resistenze R1 e R2, ma si scarica solo attraverso il resistore R2, il duty cycle di uscita può essere variato soltanto tra il 50 e il 100%, modificando il valore della resistenza R2. Diminuendo il valore di R2 aumenta il valore del Duty Cycle verso il 100%, mentre aumentando R2 il duty cycle si riduce attorno al 50%. Se il resistore, R2 è molto grande rispetto alla resistenza R1 la frequenza di uscita del circuito dell’ Oscillatore 555 sarà determinata dalla R2*C soltanto. Il problema con questo circuito base Astabile 555 è che il Duty Cycle, il “mark-to-Space” non potrà mai scendere al di sotto del 50% data la presenza del resistore R2 che lo impedisce. In altre parole, non possiamo fare il tempo “ON” più breve del tempo “OFF”, poichè (R1 + R2)*C sarà sempre maggiore di R1*C.
Un modo per superare questo problema è quello di collegare un diodo di segnale in parallelo con il resistore R2, come illustrato di seguito:
Collegando questo diodo, D1 tra l’ingresso trigger (pin2) e l’ingresso di scarico (pin7), il condensatore di temporizzazione ora può caricarsi direttamente attraverso il solo resistore R1, essendo in tal caso R2 resistenza in corto circuito dal diodo. La scarica del condensatore come di consueto avverrà tramite il resistore R2.
Quindi il precedente tempo di carica t1 = 0,693 (R1 + R2) *C è modificato in t1 = 0,693 (R1*C) , e il Duty Cycle è dato come D = R1 / (R1 + R2).
Dunque per generare un ciclo di lavoro inferiore al 50% basterà adottare una resistenza R1 minore della resistenza R2.
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