Generatore di clock mediante NE 555

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1 Generaore di clock mediane NE 555 onsideriamo la seguene figura inegrao NE555 è quello racchiuso dalla linea raeggiaa. i noa, all inerno dell inegrao, un lach di ipo R. Un lach di ipo R è un circuio sequenziale con due ingressi denominai ed R e due uscie Q e Q che soddisfano alla seguene abella R Q Q\ Q Q\ X X

2 a prima combinazione degli ingressi fa in modo che le uscie permangano ai alori che aeano precedenemene. ulima combinazione non è uilizzaa. ome si può noare dalla figura, i segnali ed R sono ricaai dalle uscie di due comparaori (indiiduai dai due simboli riangolari). Inolre il lach conenuo nell inegrao presena la sola uscia negaa. Un comparaore di ensione è un disposiio che presena un uscia e due morsei indiiduai rispeiamene con un + ed un + o - Queso disposiio confrona le due ensioni e preseni agli ingressi dell operazionale. e >, l uscia si pora a liello logico alo, se < l uscia si pora a liello logico basso. a condizione seppur logicamene possibile, non può, in realà erificarsi in quano, essendo il comparaore esremamene sensibile, basa una differenza infiniesima fra i due segnali a far scaare il comparaore. All inerno del NE555 i è un pariore resisio cosiuio da re resisenze in serie da 5 kohm. Ne deria che al morseo - del comparaore arria una ensione pari a menre al morseo + del comparaore A giunge la ensione di. I componeni che, nella figura, appaiono all eserno della linea raeggiaa

3 non fanno pare dell inegrao e sono aggiuni per fare in modo che esso si compori come un circuio asabile. Un circuio asabile è un circuio che non presena ingresso e la cui uscia. Il condensaore da nf collegao al piedino 5 ha lo scopo di manenere sabile la ensione fornia dal pariore resisio. All accensione il condensaore alla sinisra del circuio è reseao per cui al morseo + del comparaore giunge una ensione nulla. Poiché al morseo giunge una ensione superiore, l uscia del comparaore è pari a. inersamene per il comparaore A, abbiamo al morseo una ensione nulla per cui quesa è inferiore a quella al morseo + e l uscia è a liello logico alo. i ha che ed R, il lach è seao per cui Q e Q. Ma ques ulimo comanda la base del JT che risulerà, perano, in inerdizione. Poiché un ransisor in inerdizione si compora da circuio apero, il condensaore risula collegao, araerso le resisenze R ed R alla ensione di alimenazione per cui può caricarsi

4 a ensione ai capi del condensaore aumena. Ad un cero isane essa raggiungerà il alore, per cui l uscia del comparaore A passerà dal alore logico al alore logico zero. Per quano riguarda il comparaore, a queso puno la ensione al morseo + è ancora inferiore a quella presene al morseo per cui la sua uscia permane al liello logico zero. Gli ingressi del lach R sono allora ed R. dalla abella precedene si ede che le uscie permangono al liello precedene per cui il JT resa inerdeo e il condensaore coninua a caricarsi. Quando la sua ensione giunge al alore, l uscia del comparaore passa al alore logico uno. Gli ingressi del lach dienano ed R e le uscie commuano a Q e Q. il 4

5 JT a in saurazione rasformandosi in un coro circuio. Da queso momeno il condensaore, araerso la resisenza R ed il JT iene poso a massa e, quindi scarica Quando la ensione del condensaore scende di nuoo al di soo del alore si ha di nuoo la condizione ed R, per cui l uscia Q a di nuoo a zero, conseguenemene il JT a di nuoo in inerdizione ed il condensaore risula di nuoo collegao alla e si può ricaricare di nuoo. Da queso momeno la 5

6 ensione del condensaore oscillerà fra e. i osseri che, quando il condensaore sa caricando si ha Q per cui l uscia dell inegrao, essendo negaa sarà a liello logico uno. Inece, quando il condensaore sa scaricando, si ha Q per cui l uscia dell inegrao a a zero. Oeniamo dunque, un onda quadra. Per calcolare il periodo e il duy cycle della sessa doremmo effeuare alcuni calcoli, ma possiamo già osserare che il empo durane il quale l uscia è ala dipende dal empo che il condensaore mee a caricarsi, per cui è proporzionale alla au di carica, che a sua ola è pari a (R + R ). Analogamene il empo durane il quale l onda rimane a liello basso sarà proporzionale al empo di scarica, a sua ola proporzionale alla au di scarica (R ), ne deria che dee necessariamene essere superiore a per cui 6

7 T + > cioè il duy cycle è D% > 5% T + Ora dobbiamo roare una formula di progeo che leghi i alori delle capacià e resisenze inserie nel circuio al alore di frequenza che si uole oenere. equazione differenziale che regge il fenomeno della carica e scarica in un circuio R ha per soluzione generale la seguene espressione τ ( ) Ae + doe A e sono due cosani che dipendono dalle condizioni iniziali. erchiamo, allora di calcolare il empo e supponiamo di fissare l isane iniziale, proprio quando il condensaore inizia a caricarsi. 7

8 per si ha ( ), quindi τ () Ae + Ae + A*+ A + Ora noiamo che, se il condensaore fosse lasciao libero di caricarsi, in un empo infinio aremmo ( ) lim ( ) Ae + A* + abbiamo allora che A + A la legge che regola nel nosro caso, la carica e scarica di un condensaore è allora e τ ( ) + dal grafico si ede che per, ( ) quindi ( e τ + ) 8

9 e τ + e τ e τ e τ lne τ.7( R ln + ln R e τ τ ) ln ln τ ln ripeiamo lo sesso procedimeno per la scarica, ponendo all isane in cui comincia a scaricarsi il condensaore τ ( ) Ae + per si ha * ( ), 9

10 τ () Ae + Ae + A*+ A + * Ora noiamo che, se il condensaore fosse lasciao libero di scaricarsi, in un empo infinio aremmo ( ) lim ( ) Ae + A* + A ( ) cc e τ dal grafico si ede che per, ( ) quindi e τ ( ) e τ τ ln ) e τ ln.7( R τ ln Il periodo dell onda quadra è allora ln

11 T +.7( R + R ) +.7R.7(R + R ) f.7( R + R )