المؤقت 555: كيف يعمل؟ وما هي تطبيقاته؟

المؤقت 555 من أشهر الدوائر الإلكترونية المتكاملة ومن أكثرها إستخداما، وهو محبوب لدى الهواة ولدى المحترفين على حد السواء نظرا للتطبيقات المختلفة والدوائر العديدة التي يمكن تنفيذها بواسطة هذه الرقاقة الصغيرة.

تطبيقات المؤقت 555:

يدخل المؤقت 555 في تركيب العديد من الأجهزة الإلكترونية نظرا للإستقرار الذي يتميز به في عمله وكذلك شدة تحمله، تستعمل هذه الدائرة المتكاملة كمذبذب أو مؤقت حيث يمكننا على سبيل المثال إستعمالها من أجل إضاءة مصباح لفترة معينة، إنشاء غمازات سيارة، توليد موجات مربعية، التحكم بسرعة محرك، توليد نغمات موسيقية ذات تردد معين وغيرها الكثير من التطبيقات المختلفة والمتنوعة.

سبب تسمية المؤقت 555 بهذا الإسم:

سبب تسمية المؤقت 555 بهذا الإسم هو وجود 3 مقاومات قيمة كل واحدة منها 5 كيلوأوم تستعمل كمقسم للجهد تدخل في تركيبه الداخلي. تتكون هذه الرقاقة أيضا من:  15 مقاومة كهربائية، 25 ترانزستور، 2 دايود والعديد من العناصر الإلكترونية الأخرى.

البنية الداخلية للمؤقت 555

عدد أطراف المؤقت 555:

المؤقت 555 عبارة عن دائرة متكاملة لها 8 أطراف، نجد في السوق أيضا أنواع أخرى مثل المؤقت 556 الذي يكون له 14 طرف وهو عبارة عن مؤقتين 555 داخل رقاقة واحدة ونجد كذلك المؤقت 558 الذي يمثل 4 مؤقتات 555 داخل شريحة واحدة ويكون له 16طرف.

أطراف المؤقت 555

مفاهيم رئيسية لعمل المؤقت 555: (أنظر البنية الرئيسية في الصورة أعلاه)

• المقارن: يتمثل العمل الرئيسي للمقارن في مقارنة جهدين مختلفين عند المدخل، مثلا بين المدخل العاكس (-) والمدخل غير العاكس (+) للمكبر العملياتي، إذا كان الجهد عند المدخل غير العاكس (+) أكبر من الجهد عند المدخل العاكس (-) سيكون الخرج عبارة عن إشارة HIGH.
• القلاب (flip-flop): القلاب يعمل عمل الذاكرة في الإلكترونيات الرقمية. يكون الخرج "Q" في حالة "HIGH" إذا كانت إشارة الدخل عند "S" عبارة عن "HIGH" وعند "R" عبارة عن "LOW". وتكون إشارة الخرج عند "Q" في حالة "HIGH" إذا ما كانت إشارة الدخل عند "S" عبارة عن "LOW" وعند "R" عبارة عن "HIGH"

مبدأ عمل كل طرف من أطراف المؤقت 555:

1. الأرضي (ground): يتم ربط هذا الطرف مع المأخذ الأرضي لمصدر التغذية.
2. القادح (trigger): يمكن إعتبار هذا الطرف بمثابة زناد الإطلاق بالنسبة للمؤقت 555، عندما تكون الفولطية عند هذا الطرف أقل من ثلث (1/3) قيمة جهد التغذية (Vcc)، تكون إشار الجهد عند الخرج (الطرف 3) HIGH. طالما حافظنا على الجهد منخفضا عند هذا الطرف تبقى إشار الخرج HIGH.
3. المخرج (output): يكون الخرج إما LOW وهو يساوي تقريبا 0 فولت، أو HIGH وهو يساوي جهد التغذية Vcc (عند الطرف 8) ناقص 1.5 فولت ( جهد التغذية - 1.5 فولت)
4. إعادة الضبط (reset): يسمح بإعادة ضبط القلاب مما يسمح بالتحكم بإشارة الخرج عند الطرف 3، عادة ما يتم ربط هذا المدخل مع جهد التغذية (Vcc).
5. التحكم (control): في أغلبية التطبيقات لا يتم إستعمال هذا الطرف ويتم ربطه مع مكثفة ذات سعة 10 نانوفاراد إلى المأخذ لتجنب الشوشرة والتشويش على الإشارة، وظيفة هذا المدخل هي التحكم في التوقيت الخاص بالمتكاملة 555.
6.  جهد العتبة (threshold): وظيفة هذا المدخل هي مراقبة الفولطية بين طرفي المكثفة التي يتم تفريغها بواسطة الطرف 7، عندما تصل هذه الفولطية إلى ثلثي جهد التغذية ( 2/3  Vcc) تتغير إشارة الخرج عند الطرف 3 من HIGH إلى LOW.
7. التفريغ (discharge): وظيفة هذا الطرف هي تفريغ المكثفة الخارجية الموصولة مع المؤقت 555 وهو يعمل بمساعدة مقاومة خارجية  تستعمل من أجل ضبط وقت التفريغ.
8. جهد التغذية (Vcc): يتم توصيل هذا الطرف مباشرة مع مصدر التغدية، يجب أن يكون الجهد بين 4.5 فولت و 15 فولت حتى يعمل المؤقت بكفاءة.

إستعمال المؤقت 555 كمذبذب:

تعتبر المذبذبات من بين أكثر الدوائر إستعمالا في مجال الإلكترونيات فهي تستعمل في جميع المجالات مثل: أنظمة التحكم، الإتصالات...

توجد 3 أنواع من المذبذبات:

مذبذب عديم الإستقرار:

ليست لديه حالة مستقرة، فإشارته تتغير بإستمرار من LOW إلى HIGH ومن HIGH إلى LOW  بدون وجود أي تدخل خارجي وخلال أوقات يتم ضبطها من قبل المستخدم.

طريقة توصيل المؤقت 555 ليعمل كمذبذب عديم الإستقرار

يتم حساب الزمن التي تكون فيه الإشارة في حالة HIGH خلال دور واحد من خلال العلاقة التالية:

Th = 0.693 * (Ra + Rb) * C

أما الزمن الذي تكون فيه الإشارة في حالة LOW فيتم حسابه وفق المعادلة الآتية:

Tl = 0693 * Rb * C

لمعرفة زمن دور واحد: T = Th + Tl = 0.693 * (Ra + 2Rb) * C

يتم تحديد التردد بالعلاقة التالية: f = 1.44/((Ra + 2Rb) *C) (وحدة التردد هي الهرتز)

مذبذب أحادي الإستقرار:

تكون لديه حالة مستقرة واحدة وحالة أخرى غير مستقرة، في حالة وجود قدح يغير المذبذب حالته إلى الحالة الغير مستقرة والتي تكون مدتها محددة حسب تصميم الدائرة.

طريقة توصيل المؤقت 555 ليعمل كمذبذب أحادي الإستقرار

يتم حساب زمن الحالة غير مستقرة بالعلاقة التالية:

T = 1.1 * Ra * C

مذبذب ثنائي الإستقرار:

لهذا النمط حالتين مستقرتين، يتم التغيير بين الحالتين (من LOW إلى HIGH ومن HIGH إلى LOW) بواسطة زرين مختلفين.

طريقة توصيل المؤقت 555 ليعمل كمذبذب ثنائي الإستقرار