Kumpulan rangkaian IC 555 menggunakan Timer IC 555 sebagai osilator astabil dengan Siklus Kerja yang berbeda.

Kita telah melihat dalam beberapa tutorial terakhir bahwa IC 555 Timer dapat dikonfigurasi dengan komponen yang terhubung secara eksternal sebagai Multivibrator, Osilator dan Timer, dengan interval waktu mulai dari beberapa mikrodetik hingga berjam-jam. Karena IC 555 Timer adalah salah satu chip favorit kami, termurah, dan mudah dikonfigurasi, mari lihat menggunakannya untuk membuat beberapa rangkaian IC 555 yang berbeda.

Seperti yang telah kita lihat sebelumnya, IC 555 Timer hadir sebagai perangkat tunggal dalam paket 8-pin dual-in-line (DIP) atau sebagai perangkat IC 556 yang memiliki dua chip IC 555 dalam paket 14-pin dual-in-line tunggal. Dua IC 555 Timer dengan IC 556 beroperasi secara independen satu sama lain tetapi berbagi supply VCC umum dan koneksi ground (0V).

TTL IC 555 standar dapat beroperasi dari tegangan supply antara 4.5 volt dan 18 volt, dengan tegangan Output sekitar 2 volt lebih rendah dari tegangan supply VCC. IC 555 dapat source atau sink arus output maksimum 200mA, (tetapi mungkin menjadi panas pada tingkat ini), sehingga variasi rangkaian tidak terbatas. Perhatikan bahwa versi CMOS dari IC 555, IC 7555 dan IC 7556 mungkin memiliki nilai tegangan dan arus yang berbeda.

Tetapi pertama-tama mari kita mengingatkan diri kita sendiri tentang beberapa rumus dasar yang dapat kita gunakan untuk menghitung frekuensi osilasi.

Di mana: t1 adalah durasi output tinggi, t2 adalah output durasi rendah, T adalah waktu periodik dari bentuk gelombang output, ƒ adalah frekuensi bentuk gelombang output, dan 0.693 = ln (2)

Ketika terhubung sebagai osilator astabil, kapasitor C mengisi melalui RA dan RB tetapi pengosongan hanya melalui RB. Dengan demikian Siklus kerja D ditentukan oleh rasio dari dua resistor ini. Dengan pemilihan resistor RA dan RB yang tepat, siklus kerja antara 50 dan 100% dapat dengan mudah diatur.

Total periode waktu T diberikan sebagai waktu pengisian kapasitor, t1 (Output Tinggi) ditambah waktu pengosongan, t2 (Output Rendah) sebagai kapasitor mengisi dan mengosongkan masing-masing antara 1/3Vcc dan 2/3Vcc. Dalam modus operasi pengisian dan pengosongan kali dan karena itu frekuensi, ƒ yang diberikan sebagai: 1/T, independen dari tegangan supply.

Osilator IC 555 sederhana

Rangkaian osilator IC 555 dasar sangat fleksibel, dan kita dapat membuat sejumlah variasi yang menarik darinya. Rangkaian osilator astabil IC 555 yang berjalan paling sederhana menghubungkan pin 3 (output) langsung ke kapasitor timing melalui resistor tunggal seperti yang ditunjukkan.

Rangkaian Osilator IC 555 sederhana

Ketika output pada pin 3 adalah TINGGI, Kapasitor mengisi melalui Resistor. Ketika tegangan melintasi kapasitor mencapai 2/3Vcc, pin 6 menyebabkan output pada pin 3 berubah keadaan dan menjadi RENDAH. Kapasitor sekarang dilepaskan kembali melalui resistor yang sama sampai pin 2 mencapai 1/3Vcc menyebabkan output berubah lagi. Kapasitor terus mengisi dan melepaskan antara 2/3Vcc dan 1/3Vcc bolak-balik melalui resistor yang sama menciptakan keadaan TINGGI dan RENDAH pada output, pin 3.

Karena Pengisian Kapasitor dan Pengosongan Kapasitor melalui resistor yang sama, siklus kerja pengaturan dasar ini sangat dekat dengan 50% atau 1:1. Rangkaian pulsa output gelombang persegi yang dihasilkan memiliki waktu siklus (T) sama dengan sekitar 2 (0.693)*RC atau 2lin(2)*RC. Frekuensi bentuk gelombang output (ƒ) sama dengan: 0.722/RC.

Jadi misalnya, jika kita ingin menghasilkan bentuk gelombang gelombang persegi output 1kHz, maka R = 3.3kΩ dan C = 220nF menggunakan nilai-nilai komponen yang disukai.

Osilator IC 555 Cepat (fastest)

Dengan memvariasikan nilai R atau C, rangkaian Multivibrator Astabil IC 555 dapat dibuat berosilasi pada frekuensi output yang diinginkan. Tetapi berapakah frekuensi osilasi maksimum yang dapat kita hasilkan dari sebuah chip timer IC 555.

Agar IC 555 dapat beroperasi pada frekuensi tertinggi, perlu terus-menerus retrigger (memicu-kembali) saat output berubah, dari tinggi ke rendah, atau rendah ke tinggi. Kecepatan peralihan tercepat dapat diperoleh dengan menghapus komponen pengaturan waktu R dan C dan mengumpankan sinyal output langsung ke belakang input pemicu.

Dengan menghubungkan output, pin 3 ke input pemicu, pin 2 dan input ambang, pin 6, setiap kali output berubah menyatakan itu memicu kembali IC 555 untuk mengubah keadaan lagi. Namun, bentuk gelombang output tidak akan menjadi simetris atau gelombang persegi tetapi serangkaian pulsa negatif.

Frekuensi osilasi tertinggi yang diperoleh dengan menggunakan pengaturan ini akan tergantung pada tegangan supply, jenis chip IC 555 yang digunakan, TTL atau CMOS dan pabrikan karena rangkaian internal berbeda dari pabrikan ke pabrikan. Tetapi dimungkinkan untuk menghasilkan frekuensi output setinggi 350kHz pada 5 volt.

Osilator IC 555 Lambat (slowest)

Jika kita kembali ke rangkaian osilator IC 555 asli dan mengganti kapasitor timing dengan nilai elektrolitik yang besar, misalnya kapasitor 220uF, 470uF, dengan memilih resistor atau resistor timing yang sesuai, frekuensi osilasi dapat dikurangi hingga kurang dari 1Hz. Jika ini masalahnya, maka rangkaian IC 555 berhenti menjadi osilator dan menjadi timer atau rangkaian penundaan.

Rangkaian IC 555 Timer Lambat

Dalam rangkaian waktu tunda, output tetap RENDAH sampai IC 555 dipicu pada pin 2 kemudian menjadi TINGGI untuk beberapa waktu pra-perhitungan setelah pemicu diterima. Di sini ambang, pin 6 dan debit, pin 7 diikat bersama di persimpangan komponen timing RC.

Pin pemicu 7, dipegang TINGGI melalui resistor R1 hingga sakelar tombol tekan, S1 ditutup. Pengoperasian S1 untuk sementara memendekkan pin 7 ke ground dan karenanya di bawah 1/3Vcc yang memulai penundaan. Setelah dipicu, rangkaian timer IC 555 yang ditunjukkan tidak akan menanggapi pemicu tambahan apa pun oleh sakelar hingga setelah periode waktu yang ditunda tercapai. Ini membuat rangkaian berguna dalam aplikasi sakelar pantulan karena pulsa tunggal dibuat tidak peduli berapa kali sakelar ditekan.

Periode waktu tunda di mana output adalah TINGGI diberikan sebagai: 1.1RC dalam detik, di mana R dalam Ohm dan C di Farad.

Jadi untuk rangkaian waktu tunda IC 555 kami yang sederhana, keterlambatan output di mana output dalam keadaan TINGGI dihitung sebagai: 1.1*9100*10*10-6 = 100ms. Dengan memilih nilai-nilai yang sesuai dari penundaan output R dan C dari beberapa mikro-detik hingga beberapa jam dapat diperoleh tetapi dengan penundaan yang lama, waktunya umumnya tidak akurat karena toleransi kapasitor menjadi besar.

Hal ini dapat diatasi dengan mengubah resistor timing ke Potensiometer untuk mengimbangi toleransi kapasitor, atau dengan memilih kapasitor elektrolitik dengan kebocoran rendah. Dalam praktiknya, penghitung waktu tidak boleh melebihi sekitar 10MΩ atau kapasitor waktu yang lebih besar dari 470uF karena keduanya digabungkan akan memberikan pulsa sekitar 5170 detik atau sekitar 1.5 jam.

Siklus kerja yang Dimodifikasi

Kami mengatakan sebelumnya bahwa siklus kerja, yaitu rasio waktu ON dengan total waktu siklus, dibatasi antara 50% dan 100% untuk rangkaian osilator IC 555 standar. Tetapi beberapa aplikasi mungkin memerlukan siklus tertentu yang akan ditetapkan di bawah 50%, yaitu t1 (TINGGI) waktu kurang atau lebih pendek dari t2 kali (RENDAH) yang ditetapkan oleh rasio RA dan RB.

Sebagai resistansi dari RA menjadi jauh lebih besar dari RB, meningkat siklus menuju persatuan (100%) sebagai RB mendekati nol. Demikian juga, sebagai resistansi dari RB meningkat sehubungan dengan RA, siklus mendekati 50% (atau 1:1) memberikan output gelombang gelombang persegi penampilan yang lebih. Namun untuk mendapatkan siklus kerja 50% penuh, RA harus nol Ohm yang tidak diizinkan karena ini akan membuat VCC keluar dari ground melalui pin discharge 7.

Salah satu cara untuk mencapai siklus kerja yang lebih rendah dari 50% adalah dengan memasukkan dioda dalam rangkaian pengaturan waktu RC seperti yang ditunjukkan.

50% Siklus kerja

Penambahan dioda, D1 di pin 6 dan 7 dari dasar IC 555 rangkaian osilator, short out resistor RB selama siklus pengisian.

Dioda, yang dapat berupa dioda silikon serba guna, memungkinkan kapasitor untuk mengisi daya langsung dari RA, karena RA dan D1 secara efektif dalam rangkaian melepas resistor RB dari siklus pengisian, meskipun arus bocor yang sangat kecil masih akan mengalir melalui RB.

Selama siklus pengosongan ketika output pada pin 3 adalah RENDAH, dioda D1 adalah reverse bias sehingga rangkaian fungsi yang sama seperti sebelumnya pengosongan melalui resistor RB dan ke pin 7 dari IC 555.

Jadi selama siklus pengisian ketika output adalah TINGGI, RA dan C mengontrol periode waktu t1, sedangkan selama siklus pengosongan ketika output rendah, RB dan C mengontrol periode waktu t2.

Perhatikan bahwa karena keberadaan dioda, D1 melintasi RB, penurunan tegangan maju 0.7 volt membuat rangkaian lebih sensitif terhadap variasi tegangan supply, Vcc. Jadi ekspresi waktu t1 dimodifikasi hingga kira-kira 0.8RC untuk memperhitungkan penurunan dioda ini.

Peningkatan Siklus Kerja

Kami dapat memperbaiki rangkaian sebelumnya dengan menambahkan dioda kedua, D2 seri dengan resistor pengosongan, RB seperti yang ditunjukkan. Dengan dimasukkannya D2, setiap arus bocor paralel yang mengalir melalui RB selama siklus pengisian sepenuhnya diblokir sebagai dioda, D2 reverse bias selama periode waktu ini.

Selama periode pengosongan, kapasitor pengosongan kembali melalui sambungan seri D2 dan RB sebagai dioda D1 adalah reverse bias selama siklus ini. Jadi jalur pengisian dan pengosongan untuk kapasitor timing menjadi sama dengan kapasitor timing yang mengisi melalui RA dan D1 dan pengosongan melalui RB dan D2 yang memungkinkan kedua periode waktu untuk disesuaikan tanpa mempengaruhi yang lain.

Salah satu versi menarik dari rangkaian siklus kerja yang ditingkatkan menggunakan dioda, adalah bahwa jika Anda membuat dua resistor waktu, RA dan RB identik, yaitu RA = RB, siklus kerja akan tepat 50% menghasilkan output gelombang persegi.

Sekali lagi persamaan osilator astabil IC 555 standar dimodifikasi sedikit untuk memperhitungkan dimasukkannya dioda, dan seperti sebelumnya, karena penurunan tegangan forward dioda, periode waktu sensitif terhadap variasi tegangan supply.

Periode Waktu yang Sepenuhnya Independen

Kita dapat meningkatkan sekali lagi pada rangkaian di atas dengan menggunakan satu atau dua potensiometer seri dengan dua dioda memberi kita variasi sepenuhnya independen dalam periode waktu pengisian dan pengosongan seperti yang ditunjukkan.

IC 555 Osilator yang Sepenuhnya Independen

Rangkaian pengaturan waktu (timing) di sebelah kiri menunjukkan penggunaan dua potensiometer dalam desain osilator. Menggunakan dua potensiometer, VR1 dan VR2, masing-masing satu seri dengan dioda, periode waktu untuk siklus pengisian (output tinggi) dan siklus pengosongan (output rendah) dapat disesuaikan secara independen memungkinkan kontrol penuh atas siklus kerja tanpa mempengaruhi frekuensi output.

Variasi alternatif yang lebih sederhana pada rangkaian sebelumnya adalah dengan menggunakan potensiometer tunggal untuk mengontrol dua periode waktu output pada waktu yang sama seperti yang ditunjukkan pada rangkaian kanan. Dengan lengan penghapus potensiometer pada posisi tengahnya, nilai resistif antara titik A dan penghapus sama dengan nilai resistif antara titik B dan penghapus, sehingga siklus kerja akan menjadi 50%, menghasilkan bentuk gelombang output gelombang persegi.

Karena lengan penghapus potensiometer bervariasi dari pusat ke titik A, siklus kerja berkurang. Demikian juga, ketika lengan penghapus potensiometer bervariasi dalam arah sebaliknya dari pusat ke titik B, siklus kerja meningkat. Dengan demikian siklus kerja dari bentuk gelombang output dapat bervariasi dari rendah ke tinggi, tanpa mengubah frekuensi output. Salah satu penggunaan yang sangat baik dari efek ini adalah dalam mengendalikan kecepatan motor DC menggunakan modulasi lebar pulsa.

Modulasi Lebar Pulsa Kontrol Motor

Modulasi lebar pulsa atau PWM, adalah cara mengendalikan nilai tegangan rata-rata yang diterapkan pada beban dengan terus-menerus menyalakan dan mematikannya pada siklus kerja yang berbeda. Daripada mengontrol kecepatan rotasi motor dengan secara hati-hati menerapkan tegangan yang semakin sedikit ke dalamnya, kita dapat mengontrol kecepatannya dengan secara alternatif menukar tegangan sepenuhnya ON dan OFF sedemikian rupa sehingga rata-rata waktu ON menghasilkan efek yang sama dengan memvariasikan tegangan supply.

Akibatnya, tegangan kontrol yang diterapkan di terminal motor dikontrol oleh siklus kerja gelombang output IC 555 yang pada gilirannya mengontrol kecepatan putaran. Kita juga bisa menggunakan metode modulasi lebar pulsa ini untuk mengontrol kecerahan lampu atau LED.

Kontrol Kecepatan Modulasi Lebar Pulsa

Kecepatan putaran motor DC dikontrol menggunakan potensiometer yang inturn mengubah siklus kerja dari bentuk gelombang output dari sekitar 5% hingga 95%. Resistor R1 membatasi aliran arus ke dasar transistor switching, dan dioda D3 digunakan secara paralel dengan motor untuk menekan dan transien tegangan saat motor dinyalakan dan dimatikan.

Transistor switching yang diberikan dalam contoh ini adalah Transistor Daya BD220 NPN, dengan nilai 70 volt, 4 amp, tetapi setiap transistor yang setara akan berjalan asalkan dapat dengan aman menangani arus beban motor. Sakelar Transistor mungkin memerlukan heatsink untuk menghilangkan panas.