IC 555 timer là gì? Thông số, sơ đồ, nguyên lý hoạt động và ứng dụng
Nội dung chính [Hiện]
IC 555 là một vi mạch tích hợp (Integrated Circuit - IC) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử để tạo ra các tín hiệu xung (oscillation) và thời gian trễ (time delay). Nó được phát triển bởi hãng công nghệ người Mỹ Signetics (nay là NXP Semiconductors) vào năm 1971 và đã trở thành một trong những IC phổ biến nhất và đa dụng trong lĩnh vực điện tử.
IC 555 có cấu trúc đơn giản, gồm ba chân chính là: chân Trigger (2), chân Output (3) và chân Reset (4). Nó có khả năng tạo ra các xung đơn hoặc xung đa dạng như xung dao động (astable), xung đơn (monostable) và xung bán dao động (bistable), phụ thuộc vào các linh kiện bên ngoài và các giá trị điện trở và tụ điện kết nối với IC.
IC 555 có khả năng điều chỉnh chu kỳ xung và xung động, từ vài Hz đến hàng trăm kHz, giúp nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như đồng hồ điện tử, bộ đếm thời gian, điều khiển động cơ, đánh lửa, đèn nháy, còi báo động, mạch chuông điện và nhiều ứng dụng khác.
IC 555 còn có tính năng bảo vệ quá tải và quá nhiệt, giúp bảo vệ mạch và tăng tuổi thọ của sản phẩm. Nó là một trong những công cụ đáng tin cậy và dễ sử dụng trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là cho các dự án DIY (làm đồ tự chế) và các ứng dụng điện tử đơn giản.
Xem thêm: IC CD4077 là gì? Thông số kỹ thuật, đặc trưng và cách sử dụng
Cấu tạo và thông số kỹ thuật IC 555
IC 555 là một vi mạch tích hợp (Integrated Circuit - IC) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử để tạo ra các tín hiệu xung (oscillation) và thời gian trễ (time delay). IC 555 là một vi mạch tích hợp đa năng với cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử như đồng hồ điện tử, đèn nhấp nháy, bộ đếm thời gian, điều khiển động cơ, và nhiều ứng dụng khác. Dưới đây là cấu tạo và thông số kỹ thuật cơ bản của IC 555:
Cấu tạo của IC 555:
Bên trong IC 555 gồm có ba bộ phận chính: bộ tạo xung (oscillator), bộ đếm (divider) và bộ so sánh (comparator). Bộ tạo xung sử dụng một bộ dao động nội để tạo ra xung đầu ra. Bộ đếm sử dụng một chuỗi các bộ chia tần để chia nhỏ tần số của xung đầu ra. Bộ so sánh sử dụng một so sánh áp lực giữa mức điện áp đầu vào và mức điện áp ngưỡng để điều khiển bộ tạo xung.
IC 555 gồm một số thành phần chính sau:
- Hai ngõ vào Trigger (chân 2) và Threshold (chân 6): Đây là hai ngõ vào để kiểm soát hoạt động của IC 555. Khi điện áp tại ngõ vào Trigger (chân 2) thấp hơn điện áp tại ngõ vào Threshold (chân 6), IC 555 sẽ phát ra một xung đầu ra.
- Ngõ ra (chân 3): Đây là ngõ ra để đưa ra tín hiệu xung.
- Ngõ điều khiển Reset (chân 4): Đây là ngõ điều khiển Reset để đưa IC 555 về trạng thái ban đầu và ngắt hoạt động của nó.
- Các chân bổ sung: Bên cạnh các chân chính, IC 555 còn có các chân bổ sung như Control Voltage (chân 5) và Discharge (chân 7), cho phép điều khiển thêm các tính năng và hoạt động của IC 555.
Thông số kỹ thuật của IC 555:
- Điện áp hoạt động (Vcc): IC 555 có thể hoạt động với điện áp đầu vào từ 4,5V đến 15V, tùy thuộc vào phiên bản cụ thể của IC.
- Dòng tiêu thụ (Icc): Dòng tiêu thụ của IC 555 phụ thuộc vào hoạt động cụ thể của nó và thường nằm trong khoảng từ vài mA đến vài chục mA.
- Chu kỳ xung (T): IC 555 có thể tạo ra chu kỳ xung từ vài µs đến vài giây, tùy thuộc vào các linh kiện bên ngoài và giá trị điện trở và tụ điện kết nối với IC.
- Xung động (f): IC 555 có thể tạo ra xung động từ vài Hz đến hàng trăm kHz, tùy thuộc vào các linh kiện bên ngoài và giá trị điện trở và tụ điện kết nối với IC.
- Công suất đầu ra (Pout): IC 555 có công suất đầu ra thấp, thường từ vài mW đến vài chục mW, phụ thuộc vào điện áp hoạt động và dòng tiêu thụ.
- Nhiệt độ hoạt động: IC 555 có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -40°C đến +85°C, tuy nhiên, nhiệt độ hoạt động tối ưu thường nằm trong khoảng từ 0°C đến +70°C.
- Các tính năng bổ sung: IC 555 còn có một số tính năng bổ sung như khả năng điều chỉnh thời gian trễ (time delay), độ nhạy của ngõ vào Trigger và Threshold, khả năng điều khiển bằng điện áp (Voltage Control), khả năng đồng bộ hóa xung với các tín hiệu khác, và khả năng đặt IC 555 vào chế độ tiết kiệm năng lượng (Low Power Mode).
Nguyên lý hoạt động của IC 555
IC 555 là một loại vi mạch tích hợp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến thời gian, chẳng hạn như tạo xung, hẹn giờ, đếm, và điều khiển tần số. Nguyên lý hoạt động của IC 555 dựa trên việc sử dụng hai bộ phận chính là bộ phân thời gian và bộ kích.
Bộ phân thời gian của IC 555 được xây dựng từ các transistor và các điện trở và tụ điện bên trong IC. Khi IC được kết nối với nguồn điện, một mức thấp được đưa vào chân bộ phân thời gian, và các tụ điện trong đó bắt đầu tích điện. Khi mức điện trên các tụ đạt đến một ngưỡng nhất định, bộ kích sẽ được kích hoạt, và một mức cao sẽ được đưa vào chân bộ phân thời gian, làm cho các tụ điện xả điện.
Quá trình tích và xả điện này lặp đi lặp lại, tạo ra một xung tần số cố định trên chân ra của IC 555. Tần số của xung này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị của các điện trở và tụ điện bên trong IC.
Ngoài bộ phân thời gian, IC 555 còn có một bộ kích được sử dụng để kích hoạt các thiết bị bên ngoài, chẳng hạn như đèn LED hoặc relay. Bộ kích này sử dụng một bộ chia áp để đảm bảo rằng mức điện đầu ra trên chân kích luôn đủ lớn để kích hoạt các thiết bị bên ngoài.
Tóm lại, nguyên lý hoạt động của IC 555 dựa trên sự tương tác giữa bộ phân thời gian và bộ kích bên trong IC. Sự kết hợp này cho phép IC tạo ra các xung tần số cố định hoặc điều chỉnh được, và kích hoạt các thiết bị bên ngoài với mức điện đủ lớn.
Chức năng hoạt động của IC 555
IC 555 là một vi mạch tích hợp sử dụng để tạo ra các xung đơn giản và các mạch tạo xung phức tạp. Nguyên lý hoạt động của IC 555 dựa trên sự thay đổi các mức điện áp đầu vào để tạo ra các xung tín hiệu đầu ra với tần số và độ rộng xung khác nhau.
Mạch 555 hoạt động bằng cách sử dụng hai bộ so sánh độc lập và một bộ lưu đổi vị trí. Trong đó, bộ so sánh sử dụng các transistor PNP để so sánh các mức điện áp đầu vào và sinh ra các xung tín hiệu đầu ra.
Trong mạch IC 555, có ba chân đầu ra quan trọng: chân TRIGGER (2), chân THRESHOLD (6) và chân OUTPUT (3). Khi mức điện áp đầu vào ở chân TRIGGER thấp hơn mức điện áp kích của chân THRESHOLD và đồng thời chân ngưỡng (THRES – chân 6) ở trên mức ngưỡng, mạch sẽ sinh ra xung tín hiệu đầu ra ở chân OUTPUT.
Chân RESET (chân 4) được sử dụng để reset mạch Flip-Flop, khi mức điện áp đầu vào ở chân này xuống mức thấp thì mạch Flip-Flop sẽ bị reset và đầu ra (OUTPUT) xuống mức 0.
Ngoài ra, chân CONTROL VOLTAGE (chân 5) và chân DISCHARGE (chân 7) được sử dụng để điều khiển mức điện áp đầu vào và xả điện cho mạch R-C tương ứng.
Vì vậy, IC 555 có thể được sử dụng để tạo ra các xung đơn giản và các mạch tạo xung phức tạp, điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí của xung (PPM) hay được sử dụng trong thu phát hồng ngoại.
Trên IC 555 có tổng cộng 8 chân, bao gồm chân GND (1), chân TRIGGER (2), chân OUTPUT (3), chân RESET (4), chân CONTROL VOLTAGE (5), chân THRESHOLD (6), chân DISCHARGE (7) và chân Vcc (8).
Một số mạch ứng dụng IC 555 thường gặp
Mạch bơm nước tự động dùng IC 555
Máy bơm nước sẽ tự động phát hiện mực nước trong bể chứa nước và tự động điều khiển máy bơm nước bật hoặc tắt nước. Mực nước trong bể được chia thành 2 mức: + Mức đầy bể: Mức 1 cho phép điều khiển tắt máy bơm + Mức cạn bể: Mức 2, mức này cho phép điều khiển bật bơm để hút nước trở lại bể.
Khi bình cạn mực 1 cao → cho bơm chạy Khi bình cạn mực 1, 2 → điều khiển tắt bơm Sau khi bình đầy, khi sử dụng nước trong bình cạn dần, bây giờ mức 1 ở mức cao, mức 2 thấp → máy bơm vẫn tắt cho đến khi bể được làm trống ở mức 2.
Mạch đèn led nhấp nháy
Một mạch đơn giản để làm cho đèn LED nhấp nháy là sử dụng IC 555 kết hợp với một số linh kiện điện tử khác như điện trở và tụ điện. Mạch sử dụng nguyên lý hoạt động của IC 555 để tạo ra một tín hiệu xung chu kỳ thấp và cao đổi lượt nhau, khiến cho đèn LED nhấp nháy theo chu kỳ này.
Các bước để lắp ráp mạch đèn LED nhấp nháy như sau:
- Chuẩn bị các linh kiện cần thiết, bao gồm:
- IC 555
- 2 điện trở có giá trị 220 ohm và 10k ohm
- 2 tụ điện có giá trị 10uF và 100nF
- Một đèn LED
- Lắp ráp các linh kiện theo sơ đồ mạch như sau:
- Nối chân số 1 (GND) của IC 555 với đất.
- Nối chân số 2 (TRIGGER) của IC 555 với chân số 6 (THRESHOLD) thông qua một điện trở có giá trị 10k ohm.
- Nối chân số 2 (TRIGGER) của IC 555 với chân số 5 (CONTROL VOLTAGE) thông qua một tụ điện có giá trị 10uF.
- Nối chân số 3 (OUTPUT) của IC 555 với đèn LED thông qua một điện trở có giá trị 220 ohm.
- Nối chân số 7 (DISCHARGE) của IC 555 với đất thông qua một tụ điện có giá trị 100nF.
- Nối chân số 8 (VCC) của IC 555 với nguồn cấp.
- Khi hoàn thành việc lắp ráp, cấp nguồn cho mạch. Đèn LED sẽ nhấp nháy theo chu kỳ do IC 555 tạo ra.
Mạch đèn LED nhấp nháy này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như làm đồ chơi, làm đèn phòng trang trí, hay trong các mạch điều khiển đơn giản.
Mạch điều chỉnh độ sáng bóng đèn
Mạch điều chỉnh độ sáng bóng đèn với IC 555 là một mạch đơn giản và phổ biến được sử dụng để điều chỉnh độ sáng của đèn LED hoặc bóng đèn thông qua sự điều chỉnh xung PWM (Pulse Width Modulation).
Để xây dựng mạch này, chúng ta cần chuẩn bị các linh kiện sau:
- IC 555
- Một số điện trở và tụ điện như trong sơ đồ mạch
- Một bóng đèn hoặc đèn LED
- Một nguồn điện cung cấp 5V - 12V
Mạch còi cảnh sát
Mạch còi cảnh sát là một mạch điện tử sử dụng để tạo ra âm thanh còi xoay của xe cảnh sát. Mạch này thường được sử dụng trong các đồ chơi, mô hình và các dự án điện tử.
Mạch còi cảnh sát có thể được thiết kế bằng cách sử dụng bộ khuyếch đại và bộ phân tần để tạo ra các tín hiệu sóng vuông khác nhau ở tần số khác nhau. Các tín hiệu sóng vuông này sẽ được cấp vào loa để tạo ra âm thanh còi xoay.
Một số mạch còi cảnh sát cũng có thể sử dụng IC điện tử như 555 để tạo ra các tín hiệu sóng vuông khác nhau và điều khiển tần số của chúng.