555 samt en smula digitalteknikens grunder

Vill du komma in på  en smula elektronik, kanske lödning och överlappa mot fysikens ellära kanske du ska titta närmare på en enkel och billig IC som kallas 555. Etablerades på marknaden 1971 och är still going strong med ca 1 miljard tillverkade kretsar om året.

Billig i inköp ( ca 5 kr st ink moms) och med många applikationer beroende på vilken kringutrustning man kopplar på. Den har tre grundläggande funktioner

Astabil vippa dvs den lämnar en utsignal (alltid på ben 3, output) som en löpande fyrkantvåg vars frekvens styrs av en RC (resistor-kondensator) kombination.

Bistabil vippa, en kopplingen går 1 (hög) vid givna villkor på de andra benen, går låg om villkoren ändras. Håller sig i sitt läge vid ingen förändring, stabil i bägge lägen = bi-stabil.

Monostabil vippa, den ställer sig hög (1) på ben 3 och stannar där tills antingen matningsspänningen slås från eller ben 4 (reset) kopplas mot jord (0) Kan användas som tex timer.

För dig som vill lyfta på locket till 555’an och få grepp om dess funktion kommer här några begrepp du i så fall måste känna till. Det kan även vara värt veta till att jag gjort förenklingar i resonemangen för begriplighetens skull. I nästa inlägg kommer jag in på hur man ska koppla 555 som bi-stabilt.

Då börjar vi.

När vi pratar om etta eller nolla (hög-låg), vad står det för ?

Inom elektroniken pratar man om analog teknik och digital. Inom den analoga tekniken kan ett värde anta vilket värde som helst och hanteras utifrån det. Vi lämnar det därhän så länge. Inom den digitala tekniken kan ett värde bara anta värdet ett eller noll (rent teoretiskt). I praktiken fungerar det så att man alltid jobbar med fasta spänningar i digitala konstruktioner. Vanliga nivåer är 5 VDC eller 3,3VDC. 5 volt räknas som etta/hög, 0 volt ses som nolla/låg.

I verkligheten är det svårt att få till den typen av exakta värden så ofta definierar man spänningsnivåer som att 0-2,2 volt räknas som låg och 3,7 – 5 volt räknas som hög. Området mellan 2,2 volt till 3,7 volt kallas för förbjudet område. Man kan säga att den digitala tekniken tolkar analoga värden till digitala ettor eller nollor.

Digitala kretselement.

För att åskådliggöra funktioner inom digitaltekniken använder man byggstenar eller digitala kretselement. Du kan betrakta det som en låda med två ingångar och en utgång i sin enklaste form. Värdena på ingångar och utgångar betraktar vi som antingen ettor eller nollor. Värdet på utgången (som ofta betecknas Q) är beroende på vilken typ av digitalt kretselement det är. Egentligen kallas det för Grind (engelska Gate). Jag kommer att använda ordet grind i fortsättningen. Det finns en mängd olika typer av grindar men de grundläggande är tre st. OCH-grinden, ELLER-grinden och ICKE-grinden.

Sanningstabeller och grindar.

För att beskriva hur en grind fungerar använder man ofta en sk sanningstabell.  Vi betraktar OCH-grinden. Den har egenskapen att båda ingångarna måste vara etta för att utgången ska bli etta. A OCH B måste vara etta för att Q ska bli etta. Eftersom det allmänna språket inom elektroniken är engelska är det vanligare att säga AND-grind än det svenska OCH.

Schemasymbolen for en AND-grind ser ut såhär till vänster Europeisk standard, till höger US-standard, båda förekommer.

 

Vill man läsa mer om digitala byggelement har Wiki en bra sida (https://en.wikipedia.org/wiki/Logic_gate)

555’ans byggstenar. 

Med detta i huvudet ska vi titta på de grindar som 555 är uppbyggd av.

Komparator

Den första komponenten är en sk komparator.  Den har egenskapen att den lämnar etta på utgången om spänningen på plus-ingången är högre än spänningen på minus-ingången, och nolla om värdena är det omvända. Symbolen ser ut enligt nedan. Man kan säga att den tolkar över analoga värden till en digital utgång, etta eller nolla. Värdet i volt som den digitala ettan får är samma som matningsspänningen i kretsen. 555 kan anslutas och fungera mellan 3 – 18 VDC och utgångs-ettan från komparatorn blir samma som man kopplat in på ben 8.

RS-vippan

Den heter  RS-vippa pga av sina ingångar, R(reset) och S (set). I 555 har den två utgångar, Q och Ǭ.  Ǭ (Qinv) kommer alltid att ta motsatt värde som Q, dvs om Q är etta har vi nolla på Ǭ och tvärtom.  555’ans RS-vippa har även en reset-ingång  som ligger kopplad direkt på ben 4, den markeras av den lilla ringen. När den får nolla, inverteras den till etta och återställer vippan.

RS-vippans sanningstabell ser ut såhär, NA betyder NotAllowed, värden som ska undvikas eftersom vippan kan ställa sig lite hursomhelst. Oändlighetstecknet betyder att vippan står kvar i sitt föregående värde vid 0 och 0 på båda ingångarna.

 Symbolen för RS-vippan ser ut på detta viset:

 

 

Slutligen kan det vara värt att nämnas att den lilla ringen på 4 som betecknar inverterad signal dvs en etta bli nolla och tvärtom är generell inom digitaltekniken.