山本ワールド
タイマーIC555を利用した回路の設計
555の動作概要
555は幅広い電圧で動作し抵抗とコンデンサで時間を設定できる汎用タイマーICで昔から自作によく用いられています。
主に無安定動作・単安定動作で矩形波を発生させることができます。出力はリレー等を直接駆動可能です。タイマー動作だけではなく1bitの記憶回路やドライバとしての使用もできます。
コンデンサの電圧により出力をon/offできますが、比較電圧を電源電圧を分圧することにより発生させていますので、固定電圧との比較と異なり周期・時間は電源電圧に依存しません。
いろいろな会社がセカンドソースを作っていますので入手はしやすいです。
以下に内部の等価回路を示します
三角がコンパレータを示し-端子より+端子の電圧が高いときに出力がhiとなります。
R・S等の端子がある長方形の部品はRSフリップフロップです。
電源電圧を1/3と2/3に分圧し内部のフリップフロップをセット・リセットできるコンパレーターを2個備え、吐出し吸い込み可能な高出力の出力回路を備えている。
フリップフロップがリセット状態でonとなるオープンコレクタ（オープンドレイン）のトランジスタを備えている。
主な使い方は非安定動作による矩形波発振回路、トリガパルスにより一定幅のパルスを出力する単安定（ワンショット）動作である。
TRIGGER端子を電源電圧の1/3以下にするとフリップフロップはセットされ出力がHiのとなる。
THRESHOLD端子を電源電圧の2/3以上にするとフリップフロップはリセットされ出力がLowとなる。
コンデンサーを0から充電するときのタイミングは、以下の様に算出できます。( CR回路の過度特性)
![V=Vcc(1-e^\frac{t}{CR})]()
![\frac{V}{Vcc}=1-e^{-\frac{t}{CR}}]()
![e^{-\frac{t}{CR}} =1-\frac{V}{Vcc}]()
![\frac{t}{CR} =-log_e(1-\frac{V}{Vcc})]()
![t =-CR \cdot log_e(1-\frac{V}{Vcc})]()
t1がTRIGGER端子に接続されているコンパレータによりフリップフロップがセットされる時間
![t_1 =-CR \cdot log_e(1-\frac{1}{3})=0.405465108]()
t2がTHRESHOLD端子に接続されているコンパレータによりフリップフロップがリセットされる時間
![t_2 =-CR \cdot log_e(1-\frac{2}{3})=1.098612289]()
上記の式を使えばCRの係数は、以下の様に求めることができます。
例えば無安定動作の場合コンデンサの電圧が電源電圧の1/3～2/3の間を行き来するので1.098612289-0.405465108=0.693147181
単安定動作の場合コンデンサの電圧が0から電源電圧の2/3の期間、出力がHiとなるので1.098612289となります。
主に無安定動作・単安定動作で矩形波を発生させることができます。出力はリレー等を直接駆動可能です。タイマー動作だけではなく1bitの記憶回路やドライバとしての使用もできます。
コンデンサの電圧により出力をon/offできますが、比較電圧を電源電圧を分圧することにより発生させていますので、固定電圧との比較と異なり周期・時間は電源電圧に依存しません。
いろいろな会社がセカンドソースを作っていますので入手はしやすいです。
以下に内部の等価回路を示します
三角がコンパレータを示し-端子より+端子の電圧が高いときに出力がhiとなります。
R・S等の端子がある長方形の部品はRSフリップフロップです。
電源電圧を1/3と2/3に分圧し内部のフリップフロップをセット・リセットできるコンパレーターを2個備え、吐出し吸い込み可能な高出力の出力回路を備えている。
フリップフロップがリセット状態でonとなるオープンコレクタ（オープンドレイン）のトランジスタを備えている。
主な使い方は非安定動作による矩形波発振回路、トリガパルスにより一定幅のパルスを出力する単安定（ワンショット）動作である。
TRIGGER端子を電源電圧の1/3以下にするとフリップフロップはセットされ出力がHiのとなる。
THRESHOLD端子を電源電圧の2/3以上にするとフリップフロップはリセットされ出力がLowとなる。
コンデンサーを0から充電するときのタイミングは、以下の様に算出できます。( CR回路の過度特性)
t1がTRIGGER端子に接続されているコンパレータによりフリップフロップがセットされる時間
t2がTHRESHOLD端子に接続されているコンパレータによりフリップフロップがリセットされる時間
上記の式を使えばCRの係数は、以下の様に求めることができます。
例えば無安定動作の場合コンデンサの電圧が電源電圧の1/3～2/3の間を行き来するので1.098612289-0.405465108=0.693147181
単安定動作の場合コンデンサの電圧が0から電源電圧の2/3の期間、出力がHiとなるので1.098612289となります。
555のデーターシート
無安定動作(Astable)
動作概要
コンデンサCを充電するためのRA+RB、放電用のRB、コンデンサCの電圧でトリガをかけます。コンデンサCの初期電圧が0Vとすると、TRIGGER端子は電源電圧の1/3以下なのでフリップフロップはセット状態となり、出力がHiとなります。
充電時は、RA+RBを通じてCに充電されますので電圧が上昇します。
Cの電圧が電源電圧の2/3以上になるとフリップフロップはリセット状態となり、出力がLowとなります。
このときDisch端子に放電用のトランジスタが接続されておりトランジスタはOnとなるので、RBを経由してコンデンサCを放電させます。
放電によりコンデンサCの電圧が電源電圧の1/3以下になるとTRIGGER端子によりフリップフロップはセット状態となり、充放電を繰り返します。
基本回路は充電がRA+RB、放電がRBに比例した時間となるためどうしても出力がHiとなる期間がLowより長くなります。
出力がHiとするために充電時にRBをバイパスするようにダイオードを並列に接続すると50％以下のデューティー比が可能となります。
部品の値より周期を算定
下のフォームにRA,RB,C及びCの単位を指定して[RA・RB・CよりTを計算]をクリックすると周期が計算される。
t1:outがhiの時間
t2:outがlowの時間
周期より抵抗を算定
下のフォームにC,t1,t2及びt1,t2の単位を指定して[T1・T2・CよりRA・RBを計算]をクリックすると周期が計算される。
t1:outがhiの時間
t2:outがlowの時間
単安定動作(Monostable (One-Shot))
動作概要
コンデンサCの初期電圧が0Vとすると、TRIGGER端子は電源電圧の1/3以下になるとフリップフロップはセット状態となり、出力がHiとなります。充電時は、RAを通じてCに充電されますので電圧が上昇します。
Cの電圧が電源電圧の2/3以上になるとフリップフロップはリセット状態となり、出力がLowとなります。
このときDisch端子に放電用のトランジスタが接続されておりトランジスタはOnとなるので、コンデンサCをショートさせ瞬時に放電させます。
出力がHiの時、再トリガをかけてもすでにフリップフロップはセット状態なので無効となります。この応用として分周回路があります。
リセット動作は出力の状態にかかわらずリセットできます。
出力がHiの期間より長くトリガ端子をLowにした場合、フリップフロップがほぼセット状態に維持されると考えられますので正常に動作しません。データーシートでも禁止事項となっています。