555単安定マルチバイブレーター

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）
• 秒針/ディスプレイ付きの時計またはストップウォッチ
• 11/2 "から2"（3.8mmから5mm）の長さで、半分に折りたたまれたワイヤー（図では赤いワイヤーとして示されています）
• 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
• Rt-27KΩ1/ 4W抵抗
• Rt-270KΩ1/ 4W抵抗器
• C1、C2-0.1 µFコンデンサ（Radio Shackカタログ272-1069または同等品）
• Ct-10 µFコンデンサ（Radio Shackカタログ272-1025または同等品）
• Ct-100 µFコンデンサ（Radio Shackカタログ272-1028または同等のもの）

相互参照

電気回路の教訓 、第1巻、第13章：「電界と静電容量」

電気回路の教訓 、第1巻、第13章：「コンデンサと微積分」

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：「単安定マルチバイブレータ」

学習目標

• 単安定マルチバイブレーターの仕組みを学ぶ
• RC時定数の実用的なアプリケーションを学ぶ
• 555タイマーを単安定マルチバイブレーターとして使用する方法

回路図

イラスト

手順

これは最も基本的な555回路の1つです。この回路はこのチップデータシートの一部であり、仕様に合わせて設計するために必要な計算が完了しており、555がタイマーと呼ばれる理由の1つです。

図に示されている緑色のLEDは、555出力が高い（つまり、Vccに切り替えられている）ときに点灯し、赤色のLEDは、555出力が低い（つまり、グランドに切り替えられている）ときに点灯します。

この特定の単安定マルチバイブレーター（単安定またはタイマーとも呼ばれます）は、再トリガー可能なタイプではありません。

これは、トリガーされると、次の段落で説明する1つの例外を除いて、タイミングサイクル中にそれ以降の入力を無視することを意味します。

入力がローになるかグラウンドレベルに切り替わるとタイマーが開始し、出力がハイになります。

これは、図に示されている赤い線をアースとポイントBの間に接続し、切断してから再接続することで証明できます。

このデザインがタイムアウトを過ぎても入力がローのままであるのは違法な条件です。

このため、R3とC1を追加してシグナルコンディショナーを作成しました。これにより、エッジのみのトリガーが可能になり、不正な入力が防止されます。

これは、アースとポイントAの間に赤い線を接続することで証明できます。

ワイヤーがこれらの2点の間のプロトボードに挿入されるとタイマーが開始し、それ以上の接触は無視されます。

タイムアウトを過ぎてもタイマー入力を強制的にローのままにすると、タイマーが終了しても出力はハイのままになります。この地面が取り除かれるとすぐに、タイマーは低くなります。

RtとCtは、3秒間のタイミングで選択されました。これは時計で確認できます。3秒は人間が実際に測定できる速度を落とすのに十分な長さです。

RtとCtを27KO抵抗と100µFコンデンサと交換してみてください。数式の答えは同じなので、動作に違いはありません。

次に、Rtを270 KO抵抗と交換してみてください。これは、RC時定数が10倍になっているため、30秒近くになるはずです。

抵抗とコンデンサはおそらくそれぞれ5％と20％の許容誤差であるため、測定する計算時間は25％も変動する可能性がありますが、通常ははるかに近くなります。

555のもう1つの優れた機能は、電源電圧に対する耐性です。

9Vバッテリーを6Vまたは12バッテリーと交換した場合、LEDの光の強度は変化しますが、同じ結果が得られるはずです。

C2は実際には必要ありません。 555 ICには、電源ラインにノイズが多い環境でタイマーが使用されている場合に備えて、このオプションがあります。

あなたはそれを取り除くことができ、違いに気付くことはありません。 555自体は、出力の両側のトランジスタが両方とも導通している非常に短い期間があるため、ノイズの発生源であり、電源から電力サージ（ナノ秒単位で測定）を生成します。

動作理論

示されている機能回路図を見ると、ピン7が接地するトランジスタであることがわかります。

このトランジスタは、ピン2（内部フリップフロップに給電するコンパレータC1を介して接続されている）がローになり、コンデンサCtが充電を開始できるようになるまで通常導通するスイッチです。

ピン7は、Ctの電圧が電源電圧の2/3に充電されるまでオフのままになり、タイマーがタイムアウトしてピン7トランジスタが再びオンになり、この回路では通常の状態になります。

下の図は、スイッチングのシーケンスを示しています。赤はより高い電圧、緑は接地（0ボルト）であり、これは基本的にアナログ回路であるため、その間にスペクトルがあります。

このグラフは、Ct全体の電荷曲線を示しています。

図1は、この回路の開始点と終了点であり、トリガーがタイミングサイクルを開始するのを待っています。

この時点で、ピン7トランジスタがオンになり、コンデンサCtが放電されたままになります。

図2は、555がトリガーを受信し、シーケンスを開始したときに何が起こるかを示しています。

Ctには電圧を蓄積する時間がありませんでしたが、充電が開始されました。

図3は、コンデンサの充電を示しています。この間、回路は安定した構成にあり、出力は高くなっています。

図4は、タイムアウトに達したときにスイッチをオフにする途中の回路を示しています。

コンデンサは555回路の上限である67％まで充電されており、内部フリップフロップが状態を切り替えています。

示されているように、トランジスタはまだ切り替えられていません。切り替えられると、Ctが放電されます。

図5は、落ち着いた後の回路を示しています。これは、基本的に図1と同じです。

関連するワークシート：

• タイマー回路