Чарльз Платт - Электроника для начинающих (2-е издание)

На рис. 4.23 приведена компоновка макетной платы, а на рис. 4.24 — размещение и номиналы компонентов.

Что произойдет, когда вы подадите питание? Динамик сразу же начнет издавать звуковой сигнал. Если вы ничего не слышите, значит, почти наверняка сделали ошибку в подключении. Обратите внимание на то, что вам больше не нужно активировать микросхему с помощью кнопки. Таймер 555 запускает себя сам, как и предполагалось.

Перемещайте движок потенциометра, и тональность звука будет меняться. Потенциометр регулирует скорость заряда и разряда конденсатора С1, и это определяет соотношение длительности интервалов включения и выключения звукового сигнала. При указанных номиналах компонентов частота импульсов варьирует между 300 и 1200 Гц. Импульсы поступают на динамик. В результате его диффузор перемещается вверх и вниз, создавая продольные волны в воздухе, а ваше ухо воспринимает их как звук.

Частота звука — это число полных периодов в секунду, каждый из которых содержит импульс высокого давления и следующий за ним импульс низкого давления.

Термин герц — это единица измерения частоты, означающая то же самое, что и «период в секунду». Она была введена в употребление в Европе и названа в честь еще одного первопроходца в сфере электричества, Генриха Герца. Аббревиатура герц — Гц; таким образом, сигнал на выходе у вашего таймера 555 в описанной схеме будет варьировать приблизительно между 500 и 1200 Гц.

Как и у большинства стандартных единиц, префикс «к» означает «кило-»; таким образом, значение 1200 Гц можно записать как 1,2 кГц.

Как номиналы времязадающего конденсатора и резисторов определяют частоту сигнала на выходе таймера? Если значения R1 и R2 измеряются в килоомах, а емкость С1 — в микрофарадах, то частота f в герцах определяется как:

f = 1440/(((2 × R2) + R1) × C1)

Выполнять расчеты по формуле скучно, и поэтому я снабжаю вас таблицей (табл. 4.2). Предполагается, что номинал резистора, обозначенного на схеме как R1, является постоянным и равным 10 кОм. Шапка таблицы содержит номиналы резистора R2. В боковике таблицы указана емкость времязадающего конденсатора С1.

Вы, должно быть, помните, что аббревиатура пФ означает «пикофарад», это одна миллионная доля микрофарад. Нанофарад находится посредине между микрофарадами и пикофарадами, но эта единица измерения в США применяется редко, и поэтому ее нет в данной таблице.

Для лучшего понимания того, что происходит, когда таймер работает в автоколебательном режиме, посмотрите на рис. 4.25. Внутренняя конфигурация точно такая же, как в ждущем режиме, отличаются только внешние цепи.

Как и ранее, сначала триггер заземляет время- задающий конденсатор С1. Но теперь низкое напряжение с этого конденсатора подается от контакта 6 к контакту 2 через внешний провод. Это служит толчком к самозапуску микросхемы. Триггер послушно переключается в положение «включено» и посылает положительный импульс на динамик, убирая в то же время отрицательное напряжение с контакта 6.

Теперь конденсатор С1 начинает заряжаться, так же, как и в ждущем режима, но теперь он заряжается через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. Поскольку емкость конденсатора С1 невелика, он заряжается быстро. Когда напряжение на С1 достигает величины 2/3 полного напряжения, компаратор В вступит в игру как и ранее, разряжая конденсатор и прерывая выходной импульс на контакте 3.

Конденсатор разряжается через резистор R2 и контакт 7 (вывод разряда). Когда конденсатор разряжается, напряжение на нем падает. Но это напряжение по-прежнему подключено к контакту 2. Когда оно упадет до одной трети (или менее) от полного напряжения, включится компаратор А и выдаст триггеру другой импульс, начиная процесс заново.

Когда таймер работает в автоколебательном режиме, конденсатор С1 заряжается через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. Но разряд конденсатора С1 на микросхему происходит только через резистор R2. Поскольку этот конденсатор заряжается через два резистора, а разряжается только через один из них, он заряжается медленнее, чем разряжается. Пока С1 заряжается, выходной сигнал на контакте 3 находится в высоком состоянии; когда С1 разряжается, выходной сигнал оказывается в низком состоянии. В результате этого длительность состояния «включено» всегда больше, чем «выключено». Сказанное наглядно иллюстрирует рис. 4.26.

Если вы желаете, чтобы интервалы включения и выключения были одинаковыми, или если необходимо раздельно задавать их длительность (например, нужно отправлять на другую микросхему очень короткий импульс с последующей длительной паузой до следующего импульса), то все, что потребуется, — это добавить диод, как показано на рис. 4.27. Поскольку на диоде падает часть напряжения, такая схема будет лучше работать с источником питания выше 5 В.

Теперь, когда конденсатор С1 заряжается, электрический ток проходит через резистор R1 как и ранее, но идет в обход резистора R2 через диод. Когда конденсатор С1 разряжается, диод закрыт, поэтому разряд происходит через резистор R2.

Теперь резистор R1 определяет время заряда, a R2 — время разряда. Формула для приближенного вычисления частоты теперь выглядит так:

Частота = 1440 / ((R1 + R2) × С1),

где номиналы R1 и R2 измеряются в килоомах, а емкость С1 — в микрофарадах. (Я употребил слово «приближенного», потому что диод добавляет в цепь небольшое сопротивление, которое не отражено в данной формуле.)