Kurs elektroniki II - #8 - wstęp do układu NE555

[marek1707 2 919]

Moża zacznijmy od nomenklatury. Im wcześniej ją opanujesz tym łatwiej Ci będzie porozumiewać się w tematach elektronicznych. I będziesz lepiej rozumiany. Napięcie to róznica potencjałów między dwoma punktami. Punktami, nie wielokońcówkowymi elementami. Punktami na schematach są węzły sieci - druty łączące poszczególne elementy. Nie ma czegoś takiego jak napięcie "między rezystorem R1 oraz R2", tak samo jak zupełnie niezrozumiałe jest "wejście opornika" czy "wyjście opornika". Napięcie (lub spadek napięcia) może być "na oporniku" - czyli mierzone między jego końcówkami, na dwóch połączonych szeregowo (czyli między skrajnymi końcówkami) itp. Czasem mówimy "na kolektorze tranzystora" lub "na wyjściu procesora" - jeśli podajemy tylko jeden punkt (ale konkretny węzeł, nie element) to wtedy domyślnie zakładamy, że mierzymy względem masy układu, ale tu już trzeba uważać i wrazie wątpliwości coś czasem trzeba dodać w opisie.

A teraz wracając do 555: tak, w przypadku R1, R2 i C3 wystarczy pamiętać o jednym z praw Kirchoffa (którym?): suma napięć w oczku jest zerowa. Jeżeli zatem oczkiem prądu jest tu obwód B1, R1, R2 i C3 to jest jasne, że napięcie na szeregowo połączonych R1, R2 i C3 będzie równe napięciu zasilania V_BAT (i można uznać, że stałe). A jeśli tak, to mając napięcie V_C na kondenastorze, napięcie na pozostałych dwóch opornikach będzie V_R1R2 = V_BAT  - V_C . Ponieważ przez oba oporniki płynie ten sam prąd (bo są szeregowo i zakładamy, że gałąź odchodząca do pinu DIS scalaka akurat nie pobiera prądu) to na każdym z nich będzie napięcie wynikające ze stosunku rezystancji do sumy oporów. Tego na końcu o "napięciu między opornikami" nie komentuję.

555 "obserwuje" rosnące napięcie na C3 (ładowanym przez R1 i R2) za pomocą pinów THR/TR. Jeśli przekroczy ono 2/3 napięcia zasilania, scalak załącza wewnętrzny tranzystor i zwiera pin DIS do masy. To powoduje, że kondensator zaczyna się teraz rozładowywać (tylko przez R2) a scalak tym razem "czeka" do chwili aż napięcie na kondensatorze (czyli mierzone względem masy) spadnie do poziomu 1/3 V_BAT . Wtedy wyłącza tranzystor na DIS i V_C3 znów zaczyna rosnąć. Na kondensatorze dostajesz zatem napięcie okresowo rosnące i malejące, trochę przypomniające kształt piły i "rozpięte" między poziomami 1/3 i 2/3 V_BAT. Stromość narstania będzie zawsze mniejsza niż opadania (czyli czas ładowania będzie dłuższy niż rozładowania), bo zawsze C3 ładujesz przez R1+R2 a rozładowujesz tylko przez R2. Dlatego jeśli chcesz by okresy były w miarę równe, to dajesz R1 jakiś mały a R2 sporo większy. Wtedy R1+R2 nie jest jakoś dużo większe niż samo R2 i połówki okresu są porównywalne. Niestety R1 nie może być za mały, bo w czasie rozładowania tranzystor na DIS musi pochłonąć nie tylko prąd rozładowywanego przez R2 kondensatora, ale także ten który przepływa z szyny zasilania przez R1 - bo ten jest przecież na stałe przyczepiony górnym końcem do V_BAT . Na szczęście są inne sposoby na to, by w 555 by wyrównać półokresy sygnału wyjściowego.

[Treker 3 074]

21 godzin temu, TomekTarczynski napisał:

W zrozumieniu działania układu NE555 zdecydowanie pomogło mi zbudowanie układu opartego na przyciskach zamiast na kondensatorach (coś podobnego do: http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/555-timer-bistable-circuit.php ), może warto byłoby dodać taki eksperyment do kursu?

@TomekTarczynski niestety właśnie zamknęliśmy prace nad aktualizacją tego kursu i już nie damy rady teraz tego dodać. Nowa wersja kursu będzie dostępna publicznie w ciągu ~2 tygodni, zachęcam do tego, aby wrócić wtedy do tej serii - może nowsze opisy będą dla Ciebie jaśniejsze. Oczywiście zestaw elementów, który posiadasz będzie nadal pozwalał na to, aby wykonać wszystkie ćwiczenia z kursu. Temat zaproponowanego przez Ciebie projektu nie jest jednak stracony, bo mamy też w planach osobną serię z różnymi projektami elektronicznymi (na bazie informacji z kilku kursów). Na pewno pojawią się tam zadania tego typu

[TomekTarczynski 4]

@Treker  Na podstawie kursów z forbota posiadłem już umiejętność względnego czytania schematów i budowania ich na płytce stykowej, rozumiem też jak działa większość z nich. Naturalnym następnym krokiem jest własne projektowe układów. Uważam, że bardzo wartościowa byłaby seria z ćwiczeniami w stylu: "Zaprojektuj układ zasilany baterią 9V, który będzie powodował świecenie diody LED w ciemności. Do wykonania tego układu potrzebne będzie użycie fotorezystora", a następnie pokazanie przykładowego schematu realizującego dane zadanie.

@marek1707 Dziękuje bardzo za zwrócenie uwagi na niepoprawną nomenklaturę, faktycznie jak przeczytałem jeszcze raz swój post to najlepszym komentarzem jest brak komentarza. Dziękuje też za odpowiedź dotyczącą napięcia na węźle znajdującym się znajdującym się pomiędzy R1 oraz R2, jest to już dla mnie jasne.

[marek1707 2 919]

Hm, tylko że pisanie o projektowaniu jest trudne. Przedstawianie procesu, który z natury rzeczy jest niedeterministyczny może być albo samoograniczone a więc nudne, albo pełne innowacji, ślepych uliczek, odkryć i porażek a więc tak skomplikowane, że nie do przelania na papier. Sam jestem projektantem elektroniki, uczestniczę w wypracowywaniu założeń, wymyślam koncepcje realizacji, potem z coraz większą szczegółowością zagłębiam się w projekt, tworzę schematy, liczę, modeluję, projektuję płytki drukowane, kupuję elementy, montuję, uruchamiam, testuję i wreszcie opracowuję dokumentację potrzebną do wyprodukowania tej rzeczy już z dala, gdzieś w wyspecjalizowanej firmie. I o ile można w miarę szczegółowo opowiedzieć o lutowaniu, pomiarach czy zakupach, o tyle samo najciekawsze, właśnie ten etap tworzenia zarysów, dyskusji z samym sobą nad możliwymi rozwiązaniami, poszukiwania w literaturze, optymalizacji, oceny różnych rozwiązań jest do przekazania bardzo trudny. Moja droga dochodzenia do ostatecznego kształtu projektu jest wypadkową wiedzy, doświadczenia i umiejętności wyboru, ale także wielu czynników losowych: szczęścia, zmęczenia, nastroju, obciążenia pracą itd itp. I dlatego pytam jak sobie to wyobrażasz? Nawet pomysł o którym wspomniałeś, czujnik ciemności może być zrealizowany na wiele sposobów. Dlaczego akurat na fotorezystorze? Jaki tranzystor? A może ktoś wolałby wzmacniacz operacyjny? Jasne, jeśli zawęzisz zdanie do "połącz kilka elementów: fotorezystor, tranzystor, opornik i LED tak by dały światło w ciemności" to pewnie rozwiązanie będzie tylko jedno, tylko to nie jest projektowanie a raczej puzzle na 30 sekund. A z resztą, nawet najlepsza książka o nauce gry na gitarze nie zastąpi ćwiczeń "aż paznokieć z palca zszedł" - jak śpiewają klasycy. Na ścianie szkoły do której przed swoimi studiami uczęszczała moja córka był napis: "Nie ma talentu, są dupogodziny". I znakomita większość ludzi tak właśnie robiła: rysowała do upadłego a egzamin na architekturę i tak okazywał się (z punktu widzenia laika) mocno losowy. Chcę tylko powiedzieć, że na podstawie wieszy uzyskanej z kursów i książek sam musisz wypracować sobie swój własny sposób dochodzenia do działających rozwiązań. Jedni wolą metodę prób i błędów, inni teoretycznego rozkminiania. Nawet jeśli opiszę krok po kroku jak zaprojektować od zera jakiś nietrywialny układ, powiedzmy ultradźwiękowy sonar albo kalkulator, to w zasadzie do każdego kroku i każdej decyzji będziesz mógł się przyczepić i ją kontestować. Nie dlatego, że wiesz więcej albo mniej ale dlatego, że faktycznie mogłem podjąć inną, która prawdopodobnie zaprowadziłaby do innego, ale także poprawnego rozwiązania. Ja, gdybym czytał tego typu podręcznik projektowania i miał wrażenie że coś bym zrobił inaczej, natychmiast bym się zniechęcił do całej reszty. Nie mowię tu o zbiorkach typu "Wzmacniacze audio dla hobbystów" bo to nie jest o samym projektowaniu, ani też "Mój pierwszy wzmacniacz tranzystorowy" bo to pokazuje tylko jedną, arbitralnie wyznaczoną ścieżkę. A jeśli w końcu trafisz na coś wartą pozycję typu "Projektowanie wzmacniaczy audio" to będzie miała 800 stron, ważyła 2kg i kosztowała 200USD. Masz pomysł jak to skrócić do jednego artukułu na dwie strony A4, by spełniło sprzeczne oczekiwania wielu amatorów?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Treker 3 074]

Od siebie dodam, że na razie pracujemy nad zbiorem zadań, dzięki któremu będzie można się nauczyć jak policzyć podstawowe parametry (ale to będą podstawy, podstaw), aby oswoić początkujących z kartką i długopisem w kontekście elektroniki. Drugi temat to osobny kurs z małymi projektami, w których będziemy tłumaczyć co, jak i dlaczego zostało podłączone w ta ki sposób.

[marek1707 2 919]

@Treker, Ty to chyba jakiś cyborg jesteś. W ogóle śpisz kiedyś, jesz coś, nie wiem, na rowerze jeździsz czy tylko kombinujesz 24/7 jakby tu zrobić coś fajnego na Forbocie, znajdujesz ludzi, delegujesz prace, robisz redakcję, wrzucasz kolejne artykuły i obserwujesz lawinowo rosnące zadowolenie ludzi?

[Treker 3 074]

@marek1707 od ~6 tygodni pracuje od 5 do 20 przez 6 dni w tygodniu, ale właśnie wysłaliśmy nową książkę do drukarni, więc teraz już z górki  Projekty rozpisane do ~2024 roku (nie żartuję)

[TomekTarczynski 4]

@marek1707 Rozumiem doskonale o czym piszesz, natomiast nie do końca się zgadzam. To, że zadanie jest niedeterministyczne i może mieć wiele rozwiązań nie oznacza, że nie można go zadawać 'uczniowi', być może zrobi rozwiązanie podobne do 'wzorcowego', a być może zupełnie inne. Nadal jest to duża wartość dodana w procesie nauczania.

Ja korzystałbym z takiego kursu w następujący sposób:

1. Czytam zadanie do zrealizowania
2. Projektuje schemat
3. Buduje układ
   1. Jeżeli układ nie działa tak jak moim zdaniem powinien to wrzucam go na forum z pytaniem dlaczego to nie działa.
   2. Jeżeli układ działa to porównuje z tym zamieszczonym w rozwiązaniu (być może podane byłoby kilka rozwiązań).
      1. Jeżeli mój układ wygląda "zupełnie inaczej" to zamieszczam go na forum i czytam ewentualne uwagi (być może działa dobrze, ale np.: gdzieś jeszcze trzeba diodę umieścić, bo może nastąpić przepięcie)
      2. Jeżeli wygląda tak samo to ewentualnie czytam forum żeby zobaczyć czy inni użytkownicy nie mieli jakiś innych ciekawych koncepcji.

Oczywiście ten proces jest bardzo uproszczony, natomiast chciałem pokazać gdzie są korzyści dla osoby uczącej się.

Kurs taki miałby pośrednio służyć jako źródło inspiracji do tworzenia układów, które da się stworzyć we względnie prosty sposób. Oczywiście do takiego kursu byłby zestaw części, który zapewniałby, że da się zrealizować taki układ. W takim wypadku nie musiałoby być nawet dopisków w stylu "Użyj do tego fotorezystora" - po prostu ograniczalibyśmy się tylko do dostępnych w zestawie elementów.

Przypomnę także, że taki kurs miałby być na poziomie kursu Elektronika 1/2, a więc mówimy tu o względnie prostych układach. Nie mam pomysłu jak skrócić "Projektowanie wzmacniaczy audio" do 2 stron, natomiast podejrzewam że można znaleźć podobną cegłę omawiającą kondensatory, a jednak w ramach kursu elektroniki zostało to skrócone do jakiś 2 stron A4.

[miszelangelo 1]

wszystko super! znalazłem mały błąd w opisie. W miejscu wypisywania elementów jest: 1 × rezystor 10 kΩ, a na schemacie są tylko rezystory 1 kΩ,

[Gieneq 1 794]

@miszelangelo witam na forum i dziękuję za spostrzegawczość. Piszesz zapewne o rezystorze R3 (na animacji nazwanym RA). Faktycznie porównując to ze zdjęciami, wcześniej był o wartości 10k, lecz układ zmontowano używając 1k i też działa. Rezystor ten odpowiada za ładowanie kondensatora stąd zmienna szybkość przełączania wyjścia układu.

Możesz sprawdzić czy różnica w podłączeniu 1k i 10k jest duża?

[aanatol 1]

Witam.

Wydaje mi się ,że w tekście obrazującym świecenie diod wkradł się błąd. Rezystory ograniczające prąd płynący przez poszczególne diody, to R1 i R2 a nie R3 i R4. Wg mnie R3 i R4 odpowiadają za częstotliwość i długość wypełnienia impulsu.

Chyba, że się mylę to proszę o sprostowanie mego rozumowania.

Pozdrawiam  "aanatol"

[Gieneq 1 794]

@aanatol witam na forum i dziękujemy za zwrócenie na to uwagi  faktycznie, jest nieścisłość pomiędzy schematem a treścią, oczywiście rezystory przy diodach świecących nie wpływają na długość impulsów jak to pokazane jest na animacji czy innych poprzednich schematach.

[Dominikzz 4]

Czy na poniższy schemat nie wkradł się błąd?

To chyba jest zanegowane wyjście, skoro R ustawia 1, a S ustawia 0...

Oraz:

Cytat

Po naładowaniu się kondensatora C2 do napięcia odpowiadającego progowi zadziałania górnego komparatora (⅔ napięcia zasilania) pobudzenie wejścia R przerzutnika powoduje wyłączenie wyjścia i rozładowanie kondensatora przez tranzystor – układ przechodzi wtedy w stan spoczynku i czeka na kolejny impuls wyzwalający.

Raczej C1.

[Treker 3 074]

@Dominikzz dziękuję za zgłoszenie, słusznie masz rację. Wkradły się tu błędy. Przygotujemy niedługo aktualizację, przy okazji poprawimy tez kilka innych drobiazgów, które udało się jeszcze wyłapać. Nowa wersja powinna być dostępna najdalej w pierwszym tygodniu 2021

[Vuko 6]

Proszę o dokładniejszy opis jaka droga płynie prąd przez zielona diodę LED 1 i rezystor R3? Patrzę na to i nie mogę wyzbyć się wrażenia że powinien popłynąć przez R1 i dalej LED2 do masy...

Czy przepływa przez wyjście 3 układu? Jeżeli tak to jak trafia na R3 i do masy bo tego za nic nie mogę rozgryźć :/