วงจรไทเมอร์ 555 และ 556
(555 and 556 Timer Circuits)
อินพุท | เอาท์พุท | อะสเตเบิ้ล | ดิวตี้ไซเคิ้ล | โมโนสเตเบิ้ล | เอ็ดทริกเกอริ่ง | ไบสเตเบิ้ล | บัพเฟอร์

หน้าต่อไป: วงจรนับ(Counting Circuits)
ควรดู: ไอซี (ชิป) | ตัวเก็บประจุ(Capacitance) | เอซี ดีซีและสัญญาณไฟฟ้า(AC, DC and Electrical Signals) ด้วย

บทนำ

ตัวอย่างสัญญลักษณ์วงจร (บน) ตำแหน่งขาจริง (ล่าง)

รายละเอียดเกี่ยวกับไทเมอร์555และวงจรต่างๆหาดูได้จาก เว็ปไซท์ เช่น Electronics in Meccano.เป็นต้น

เบอร์ที่นิยมมากที่สุดคือNE555 เหมาะกับวงจรไทเมอร์ 555ทั่วไปโดยเฉพาะ  ส่วน556 เป็น 555 แบบคู่ในแพ็คเก็จชนิด14ขา, ไทเมอร์2ตัว (A และ B) ใช้ขาไฟเลี้ยงร่วมกัน  วงจรส่วนใหญ่ในหน้านี้ใช้ 555, แต่ทั้งหมดสามารถดัดแปลงใช้ 556ครึ่งตัวได้

555ชนิดกินไฟน้อยก็มีผลิตเหมือนกัน เช่น ICM7555, แต่ควรใช้เฉพาะงานที่ระบุไว้เท่านั้น (เพื่อยืดอายุแบตเตอรี่) เพราะกระแสเอาท์พุทสูงสุดแค่20mA (จ่ายไฟด้วยแบตเตอรี่ 9V) ซึ่งต่ำไปสำหรับวงจรมาตรฐาน555  เบอร์ ICM7555 มีแบบขาเหมือน555มาตรฐาน

สัญญาลักษณ์วงจร 555 (และ 556)เป็นกล่องพร้อมขาที่จัดวางให้เหมาะกับวงจร ตัวอย่าง 555 ขา 8 ด้านบน +Vsไฟเลี้ยง, 555 เอาท์พุทขา 3ทางขวา, 0Vอยู่ด้านล่าง โดยปกติจะแสดงเฉพาะเลขขา ไม่มีอักษรแสดงหน้าที่

555 และ 556 สามารถใช้แรงดันไฟเลี้ยง (Vs) ระหว่าง 4.5 ถึง 15V (สูงสุด18V)

ชิปมาตรฐาน 555 และ 556 มักจะรบกวนทำให้ไฟเลี้ยงผิดพลาดเมื่อเอาท์พุทเปลี่ยนสถานะ  ถ้าเป็นวงจรธรรมดาไม่มีวงจรไอซีตัวอื่นต่อร่วมอยู่ด้วยก็ไม่เป็นไร แต่สำหรับวงจรที่ซับซ้อนควรมีCตัวกรองให้ไฟเรียบ(เช่น 100µF)ต่อคร่อมไฟเลี้ยง +Vs กับ 0V ติดๆกับ 555 หรือ 556 ด้วย

หน้าที่ของขาอินพุทและเอาท์พุทจะอธิบายสั้นๆด้านล่างและอธิบายอย่างละเอียดครอบคลุมในวงจรต่างๆ:

• อะสเตเบิ้ล(Astable) - สร้างคลื่นรูปสี่เหลี่ยม
• โมโนสเตเบิ้ล(Monostable) - สร้างพัลซ์เดี่ยวเมื่อถูกทริก
• ไบสเตเบิ้บ(Bistable) - หน่วยความจำอย่างง่ายที่สามารถตั้งค่าและรีเซ็ทได้
• บัพเฟอร์(Buffer) - บับเฟอร์กลับขั้ว (หรือSchmitt trigger)

ขาอินพุทของ 555/556

เทรสโฮลอินพุท(Threshold input): เมื่ออินพุท > ²/₃ Vs (active high) จะทำให้เอาท์พุทต่ำ (0V)*.ตรวจสอบการประจุของตัวเก็บประจุไทมิ่งในวงจรอเสตเบิ้ลและวงจรโมโนเสตเบิ้ล  มีอินพุทอิมพิแดนซ์สูง > 10M.
* ให้อินพุททริกเกอร์เป็น< ¹/₃ Vs (อินพุททริกเกอร์จะแทนที่เทรสโฮลอินพุท(threshold input)).

รีเซ็ทอินพุท(Reset input): เมื่ออินพุทต่ำประมาณ 0.7V (active low) จะทำให้เอาท์พุทต่ำ (0V)เหนืออินพุทอื่น เมื่อไม่ต้องการใช้ควรต่อกับ +Vs มีอินพุทอิมพิแดนซ์ประมาณ 10k.

คอนโทรล(Control input): สามารถใช้เพื่อปรับเกณฑ์แรงดันซึ่งถูกตั้งภายในเป็น ²/₃ Vsโดยปกติฟังชั่นนี้ไม่ได้ใช้ก็ต่อลง 0V ด้วยตัวเก็บประจุค่า 0.01µFเพื่อช่วยลดสิ่งรบกวน แต่ก็สามารถปล่อยลอยไม่ต้องต่ออะไรหากไม่มีปัญหาเรื่องการรบกวน

ขาดิสชาร์จ(discharge) ไม่ใช่อินพุท,แต่มีระบุไว้เพื่อความสะดวก มันจะต่อกับ 0V เมื่อไทเมอร์เอาท์พุทสูง และใช้คลายประจุตัวเก็บประจุไทมิ่งในวงจรอเสตเบิ้ลและโมโนเสตเบิ้ล .

ขาเอาท์พุทของ 555/556

เพื่อสวิทช์กระแสที่สูงกว่าสามารถ ต่อกับทรานซิสเตอร์

ความสามารถทั้งรับและจ่ายกระแส หมายถึงอุปกรณ์ต่อกับเอาท์พุทได้ทั้งสองแบบคือให้ทำงานเมื่อเอาท์พุทต่ำหรือให้ทำงานเมื่อเอาท์พุทสูง ดูรูปบนแสดง LEDs 2ตัวที่ต่อวงจรตามแนวทางนี้  การจัดวงจรแบบนี้มีใช้ในโครงงานชื่อLevel Crossing เพื่อทำให้ LEDs สีแดงกระพริบสลับกัน 

ลำโพง

ทรานสดิวเซอร์ชนิดเพียโซสามารถต่อโดยตรงกับเอาท์พุทโดยไม่ต้องมีตัวเก็บประจะมาอนุกรม

คอล์ยรีเลย์และโหลดตัวเหนี่ยวนำ(inductive loads)อื่นๆ

นอกจากนี้ 555 และ 556 ต้องมีไดโอดเพิ่มพิเศษ ต่ออนุกรมกับคอล์ยรีเลย์เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีไฟเหลือเล็กน้อยย้อนกลับเข้าไอซี หากไม่มีไดโอดพิเศษนี้ วงจรโมโนสเตเบิ้ลอาจเกิดการทริกตัวเองซ้ำตอนคอล์ยรีเลย์สวิทช์ปิด! ไดโอดตัวนี้ควรใช้ 1N4001 หรือไดโอดเรียงกระแสเทียบเท่าอื่น, สำหรับไดโอดสัญญาณเช่น 1N4148 ไม่เหมาะที่จะใช้

อะสเตเบิ้ล(Astable) 555/556

เอาท์พุทคลื่นสี่เหลี่ยมของวงจรอะสเตเบิ้ล555 (Tm และ Ts อาจต่างกันได้)

วงจรอะสเตเบิ้ล 555

ช่วงเวลา(time period) (T)ของคลื่นสี่เหลี่ยมคือเวลาครบหนึ่งรอบคลื่น, แต่โดยปกติแล้วจะดีกว่าหากพิจารณาความถี่(frequency) (f)ด้วย ซึ่งเป็นจำนวนรอบต่อวินาที

T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1   และ  f =	1.4
	(R1 + 2R2) × C1

T   = ช่วงเวลา หน่วยวินาที (s)
f    = ความถี่ หน่วยเฮิร์ท (Hz)
R1 = ตัวต้านทาน หน่วยโอห์ม ()
R2 = ตัวต้านทาน หน่วยโอห์ม ()
C1 = ตัวเก็บประจุ หน่วยฟารัด (F)

ช่วงเวลาสามารถแยกเป็นสองส่วนคือ T = Tm + Ts
เวลามาร์ค(Mark time) (เอาท์พุทสูง): Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1
เวลาเสปซ(Space time) (เอาท์พุทต่ำ): Ts  = 0.7 × R2 × C1

วงจรส่วนใหญ่ต้องการ Tm และ Ts เท่ากัน ซึ่งทำได้โดยกำหนดให้ R2 มีค่ามากกว่า R1มาก

สำหรับวงจรอะสเตเบิ้ลมาตรฐานไม่สามารถให้ Tm น้อยกว่า Ts, แต่สิ่งนี้ก็ไม่ใช่ข้อจำกัดมากเกินไป เพราะเอาท์พุทสามารถทั้งรับและจ่ายกระแสได้อยู่แล้ว ตัวอย่างเช่น LED สามารถทำให้ติดสว่างสั้นๆกับช่วงแก๊ปที่ยาวโดยการต่อระหว่าง+Vs และเอาท์พุท(ใช้ตัวต้านทานด้วย)  ด้วยวิธีนี้ LED จะติดระหว่าง Ts, ดังนั้นการติดสว่างสั้นๆสำเร็จได้ด้วย R1 มากกว่า R2 ทำให้ Ts สั้นและTm ยาว  ถ้าTm ต้องน้อยกว่าTs สามารถเพิ่มไดโอดในวงจรได้ตามที่อธิบายไว้ใน ดิวตี้ไซเคิล(duty cycle) ด้านล่าง

การเลือก R1, R2 และ C1

ความถี่ของวงจรอะสเตเบิ้ล 555
C1	R2 = 10k R1 = 1k	R2 = 100k R1 = 10k	R2 = 1M R1 = 100k
0.001µF	68kHz	6.8kHz	680Hz
0.01µF	6.8kHz	680Hz	68Hz
0.1µF	680Hz	68Hz	6.8Hz
1µF	68Hz	6.8Hz	0.68Hz
10µF	6.8Hz	0.68Hz (41 per min.)	0.068Hz (4 per min.)

• เลือกค่า C1 ให้เหมาะกับย่านความถี่ที่เราต้องการ (ดูตารางเป็นไกด์).
• เลือกค่า R2 ที่ให้ความถี่ (f) ที่ต้องการ สมมุติว่า R1มีค่าน้อยกว่า R2 มาก (ดังนั้น Tm และ Ts ถือว่าเท่ากัน), เราสามาใช้สูตร:
  

  R2 =	0.7
  	f × C1

• เลือกค่า R1 ประมาณน้อยกว่า R2 สิบเท่า (ต่ำสุด1k) ไม่เช่นนั้นแล้วช่วงเวลา Tm จะมากกว่าช่วงเวลา Ts
• หากต้องการใช้ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ควรเป็น R2.
• ถ้า R1 ปรับค่าได้ต้องมีตัวต้านทานชนิดค่าคงที่อย่างน้อย1k ต่ออนุกรมไว้
  (ซึ่งไม่จำเป็นในกรณี R2 ใช้เป็นตัวปรับค่าได้).

การทำงานของอะสเตเบิ้ล(Astable)

ตอนนี้ตัวเก็บประจุจะคลายประจุผ่าน R2 ไปยังขาดิสชาร์จ เมื่อแรงดันลดลงถึง ¹/₃Vs (แรงดันทริกเกอร์) เอาท์พุทจะสูงอีกครั้งและขาดิสชาร์จก็ไม่ต่อ ปล่อยให้ตัวเก็บประจุเริ่มประจุอีกครั้ง

วงรอบนี้จะทำซ้ำไปอย่างต่อเนื่อง เวันแต่รีเซ็ทอินพุทต่อลง0V ซึ่งบังคับให้เอาท์พุทต่ำในขณะที่ขารีเซ็ตเป็น0V

สามารถใช้อะเสตเบิ้ลเพื่อให้สัญญาณนาฬิกา(clock signal) สำหรับวงจร เช่นวงจรตัวนับ(counters)

อะสเตเบิ้ลความถี่ต่ำ(< 10Hz) สามารถใช้กระพริบ LED ติดและดับ แต่การกระพริบที่ความถี่สูงนั้นเร็วเกินไปที่จะมองเห็นได้ชัดเจน การขับลำโพงหรือทรานสดิวเซอร์ชนิดเพียโซที่ความถี่ต่ำกว่า 20Hz จะสร้างชุดของคลิ๊ค(clicks) (แต่ละครั้งที่เปลี่ยนผ่านจากต่ำไปสูง) และสามารถใช้ทำเมทโรนอม(metronome)อย่างง่ายๆ

อะสเตเบิ้ลย่านความถี่เสียง(audio frequency astable) (20Hz ถึง 20kHz) สามารถใช้เพื่อสร้างเสียงจากลำโพงหรือตัวแปลงสัญญาณเพียโซ  เสียงนี้เหมาะกับออด(buzzer) และบี๊บ(beeps)  ความถี่ธรรมชาติ(เรโซแนนซ์)ทั่วไปของตัวแปลงสัญญาณเพียโซ อยู่ที่ประมาณ 3kHz และที่ความถี่นี้จะเกิดเสียงดังเป็นพิเศษ

ดิวตี้ไซเคิ้ล(Duty cycle)

สำหรับวงจรอะสเตเบิ้ล555/556 มาตรฐาน เวลามาร์ค (Tm) ต้องมากกว่าเวลาเสปซ (Ts), ดังนั้นดิวตี้ไซเคิ้ลอย่างต่ำคือ 50%:

ดิวตี้ไซเคิ้ล(Duty cycle)  =	Tm	=	R1 + R2
	Tm + Ts		R1 + 2R2

วงจรอะสเตเบิ้ล 555 มีไดโอดคร่อม R2

เพื่อให้ได้ดิวตี้ไซเคิ้ลน้อยกว่า 50% สามารถเพิ่มไดโอดขนานกับ R2 ดังรูปวงจร ซึ่งจะบายพาส R2 ระหว่างการชาร์จ (มาร์ค) ดังนั้น Tm จึงขึ้นกับค่า
R1 และ C1เท่านั้น:

Tm = 0.7 × R1 × C1   (ไม่คิด 0.7V คร่อมไดโอด)
Ts  = 0.7 × R2 × C1   (ไม่เปลี่ยน)

 

ดิวตี้ไซเคิ้ลมีไดโอด(Duty cycle with diode)  =	Tm	=	R1
	Tm + Ts		R1 + R2

 ใช้ไดโอดสัญญาณ(signal diode) เช่นเบอร์ 1N4148.

โมโนสเตเบิ้ล555/556(Monostable)

เอาท์พุท 555 โมโนสเดเบิ้ล, พัลซ์เดียว

วงจร 555 โมโนสเตเบิ้ล ทริกเกอร์ด้วยมือ

ระยะเวลาของพัลซ์เรียกว่าช่วงเวลา(time period) (T) ซึ่งถูกกำหนดโดยตัวต้านทาน R1 และตัวเก็บประจุ C1:

 

ช่วงเวลา(time period) T = 1.1 × R1 × C1

T   = ช่วงเวลา หน่วยวินาที (s)
R1 = ตัวต้านทาน หน่วยโอห์ม ()
C1 = ตัวเก็บประจุ หน่วยฟารัด (F)
ช่วงเวลาสูงสุดที่เชื่อถือได้คือประมาณ 10 นาที

ทำไม 1.1? ตัวเก็บประจุจะประจุถึง ²/₃ = 67% ดังนั้นจึงนานกว่าค่า เวลาคงที่(time constant) (R1 × C1) เล็กน้อย ซึ่งเป็นเวลาในการประจุถึง 63%.

• เลือก C1 ก่อน (มีค่าค่อนข้างน้อย)
• เลือก R1 ให้ได้ช่วงเวลาที่ต้องการ R1 ต้องอยู่ในย่าน 1k ถึง 1M,  ถ้าใช้ R1 แบบปรับค่าได้ ต้องต่ออนุกรมกับตัวต้านทานชนิดค่าคงที่อย่างน้อย1k
• ระวังว่าค่าของตัวประจุชนิดอิเล็กโตรไลติคมีผิดพลาดอย่างน้อย 20% เป็นเรื่องปกติ
• ระวังว่าตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติคจะรั่วซึ่งจะทำให้ช่วงเวลาเพิ่มขึ้นอย่างมากหากใช้ตัวต้านทานค่าสูง - ใช้สูตรนี้เป็นแนวทางคร่าวๆเท่านั้น!
  ตัวอย่างเช่น โครงงานจับเวลา(Timer Project) ควรมีระยะเวลาสูงสุด266วินาที (ประมาณ 4½ นาที), แต่ถ้าใช้ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติคอาจขยายเวลาถึง 10 นาที!

การทำงานของโมโนสเตเบิ้ล(Monostable)

เทรสโฮลอินพุท (555 ขา 6) ตรวจจับแรงดันคร่อม C1 และเมื่อถึง ²/₃ Vs ช่วงเวลาจะหมดและเอาท์พุทลดลงต่ำ ในเวลาเดียวกันขาดิสชาร์จ (555 ขา 7)เชื่อมต่อกับ 0V, คลายประจุตัวเก็บประจุเรียบร้อยพร้อมสำหรับทริกเกอร์ถัดไป

รีเซ็ทอินพุท (555 ขา 4) แทนที่อินพุทอื่นๆทั้งหมดและเวลาอาจถูกยกเลิกเมื่อใดก็ได้โดยการต่อขารีเซ็ทกับ0V, ซึ่งจะทำให้เอาท์พุทต่ำทันทีและคายประจุตัวเก็บประจุ  หากไม่ต้องการใช้ฟังก์ชั่นรีเซ็ทควรเชื่อมต่อขารีเซ็ทกับ+Vs

วงจรทริกเกอร์หรือรีเซ็ท (Power-on reset)

เพาเวอร์ออนรีเซ็ท(Power-on reset) หรือ ทริกเกอร์(trigger)

ตัวเก็บประจุใช้เวลาสั้นๆในการประจุ ถืออินพุทไว้ใกล้ 0V เมื่อเปิดสวิทช์อยู่ สวิทช์กดอาจต่อขนานกับตัวเก็บประจุไว้หากต้องการดำเนินการด้วยตัวเอง

การจัดแบบนี้มีใช้สำหรับทริกเกอร์ใน โครงงานจับเวลา(Timer Project)

ทริกเกอร์ที่ขอบ(Edge-triggering)

วงจรทริกเกอร์ที่ขอบ(edge-triggering)

โมโนสเตเบิ้ลสามารถสั่งทริกเกอร์ที่ขอบ(edge triggered)ได้ ซึ่งตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุทเท่านั้น โดยเชื่อมต่อสัญญาณทริกเกอร์ผ่านตัวเก็บประจุเข้ากับอินพุท ทริกเกอร์  ตัวเก็บประจุผ่านการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน(AC) แต่ปิดกั้นสัญญาณคงที่ (DC)  สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดดูที่หน้าเกี่ยวกับ ความจุ(capacitance)  วงจรถูกทริกเกอร์ขอบลบ(negative edge triggered) เพราะมันตอบสนองต่อสัญญาณอินพุทที่ลดลงอย่างกะทันหัน

ตัวต้านทานระหว่างทริกเกอร์ (555 ขา 2) และ+Vs มีเพื่อให้แน่ใจว่าขาทริกเกอร์มีค่าสูงปกติ(+Vs).

ไบสเตเบิ้ล 555/556 (Bistable)หรือ(flip-flop) - วงจรหน่วยความจำ(memory)

วงจรไบสเตเบิ้ล 555

มันมีสองอินพุทคือ

• ทริกเกอร์ (555 ขา 2) ทำให้เอาท์พุทสูง
  ทริกเกอร์คือทำงานต่ำ(active low), จะทำงาน(function)เมื่อ < ¹/₃ Vs
• รีเซ็ท (555 ขา 4) ทำให้เอาท์พุทต่ำ
  รีเซ็ทคือทำงานต่ำ(active low), จะรีเซ็ทเมื่อ < 0.7V

ตัวอย่างโครงงานที่ใช้ 555 ไบสเตเบิ้ล: Model Railway Signal

บัพเฟอร์กลับขั้ว555/556 (Inverting Buffer)หรือ(Schmitt trigger) หรือ เกทNOT

วงจรกลับขั้วใช้ไอซี 555 (หรือเกท NOT)

สัญญลักษณ์เกท NOT

มันคือบัพเฟอร์กลับขั้ว(inverting buffer) หรือ NOT gate เพราะสถานะโลจิคเอาท์พุท (ต่ำ/สูง) จะกลับขั้วกับสถานะอินพุท คือ

• อินพุทต่ำ (< ¹/₃ Vs) ทำให้เอาท์พุทสูง, +Vs
• อินพุทสูง (> ²/₃ Vs) ทำให้เอาท์พุทต่ำ, 0V

หากต้องการความไวสูง ฮิสเทรีซิสนี้จะเป็นปัญหา, แต่ในวงจรส่วนใหญ่มันเป็นคุรสมบัติที่เป็นประโยชน์ ทำให้อินพุทมีภูมิคุ้มกันสูงต่อสิ่งรบกวน เนื่องจากเมื่อเอาท์พุตของวงจร สลับสูงหรือต่ำ อินพุทจะต้องเปลี่ยนกลับอย่างน้อย ¹/₃ Vs เพื่อให้เอาท์พุทสลับกัน

• หน้าแรกอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น
• สารบัญ
• ตัวอย่างโครงงาน
• การสร้าง-ประกอบโครงงาน
• วิธีการบัดกรี
• เรียนอิเล็กทรอนิกส์
• อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์
• ไอซีวงจรเวลา 555
• สัญลักษณ์ที่ใช้ในวงจร
• คำถามที่ถามบ่อยๆ
• ลิ้งค์อิเล็กทรอนิกส์ที่น่าสนใจ