555ヒステリシス発振器

部品と材料

• 1つの9Vバッテリー
• バッテリークリップ（ラジオシャックカタログ＃270-325）
• ミニフッククリップ（バッテリークリップにはんだ付け、ラジオシャックカタログ＃270-372）
• U1-555タイマーIC（Radio Shackカタログ番号276-1723）
• D1-赤色発光ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-041または同等のもの）
• D2-緑色発光ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-022または同等のもの）
• R1、R2-1KΩ1/ 4W抵抗器
• R3-10Ω1/ 4W抵抗器
• R4-10KΩ、15回転ポテンショメータ（Radio Shackカタログ番号271-343）
• C1-1 µFコンデンサ（Radio Shackカタログ272-1434または同等品）
• C1--100 µFコンデンサ（Radio Shackカタログ272-1028または同等品）

相互参照

電気回路の教訓 第1巻、第16章：電圧と電流の計算

電気回路の教訓 、第1巻、第16章：未知の時間の解決

電気回路の教訓 、第4巻、第10章：マルチバイブレータ

電気回路のレッスン、第3巻、第8章：正のフィードバック

学習目標

• 単純なRCオシレーターにシュミットトリガーを使用する方法を学ぶ
• RC時定数の実用的なアプリケーションを学ぶ
• いくつかの555タイマーのAstableマルチバイブレーター構成の1つを学ぶ

回路図

回路図面を描く1つの方法は次のとおりです。

前の実験で述べたように、以下に示す別の規則もあります。

イラスト

手順

これは最も基本的なRC発振器の1つです。それは単純で非常に予測可能です。この設計では、反転シュミットトリガーが機能しますが、ゲートのヒステリシスに応じて周波数が多少シフトします。

この回路の下限周波数は0.7ヘルツです。これは、各LEDが交互になり、それぞれ1秒未満で点灯することを意味します。ポテンショメータを反時計回りに回すと、周波数が高くなり、ハイエンドオーディオの範囲に入ります。ポテンショメータを回し続けると、音声のピッチが上がるので、オーディオ検出器（第VI巻、第3章、セクション12）または圧電スピーカーでこれを確認できます。コンデンサを1µFのコンデンサに交換することで、周波数を100倍に上げることができます。これにより、最大周波数も超音波範囲である約70Khzにまで上昇します。

555は、出力ダーリントントランジスタが原因で、レールツーレールになりません（上限供給電圧に完全には到達しません）。これにより、発振器の方形波が完全に対称になりません。これをLEDで見ることができますか？電源電圧が高いほど、この非対称性は目立たなくなりますが、電源電圧が低いほど悪化します。出力が真のレールツーレールの場合、50％の方形波になります。これは、TLC555（Radio Shack P / N 276-1718）などの555のCMOSバージョンを使用した場合に実現できます。

R3は、コンデンサが555出力のAC部分をグランドに短絡するときにC1を介してIC出力が短絡するのを防ぐために追加されました。放電したバッテリーでは目立ちませんが、新しい9Vでは555ICが非常に熱くなります。抵抗を削除し、R4を最大周波数に調整すると、これをテストできます。バッテリーや555には適していませんが、短時間のテストでは問題ありません。

動作理論

これは、弛緩発振器の一種であるヒステリシス発振器です。また、非安定マルチバイブレータです。これは、前に示した555シュミットトリガー実験の論理的な派生物です。

555を使用してこの構成で周波数を計算する式は次のとおりです。

$$ f =\ frac {0.7} {RC} $$

555ヒステリシスは電源電圧に依存するため、レールツーレール出力がない場合、発振器の周波数は電源電圧に比較的依存しません。

555の出力は、グランドに接続されるか、プラス電圧に比較的近くなります。これにより、抵抗とコンデンサが出力ピンを介して充電および放電できるようになります。これはデジタルタイプの信号であるため、LEDはその動作においてほとんど相互作用しません。オシレータによって生成される最初のパルスは、残りのパルスよりも少し長くなります。これと充電/放電曲線を次の図に示します。これは、非対称方形波が作成される理由も示しています。

ツールセクションで555タイマー非安定回路を試してみてください。