Sirénka Jan Perný 06.10.2008 www.pernik.borec.cz
1
Krátký popis
Kdo by neměl rád hluk . . . a aby toho hluku nebylo málo, postavíme si nějakou sirénku. Původní návrh byl určen pro skautíky, kteří si ji na schůzce stavěli. Někteří drželi pájku poprvé v ruce a všechny sirénky nakonec fungovaly, takže konstrukci by měl zvládnout i začátečník. Později jsem upravil návrh plošného spoje tak, aby zmizely drátové propojky, ale kresba spoje rukou již nepřipadá v úvahu. Doporučuji výrobu pomocí metody nažehlení, fotocestou nebo si desku nechat někde vyrobit.
2
Časovač 555
Protože je konstrukce určena začátečníkům, začneme s popisem funkce od začátku. (Koho to nebaví a chce rovnou stavět, pokračuje kapitolou 7). V katalogovém listu můžeme najít principiální schéma obvodu 555 podobné tomu na obrázku 1. Můžeme na něm identifikovat odporový dělič napětí složený ze tří odporů 5kΩ, který dal obvodu jméno (třikrát 5). Dále vidíme dva komparátory, klopný obvod RS, jeden tranzistor a jeden invertor na výstupu.
2.1
Odporový dělič
Při pohledu „elektrikářským okemÿ řekneme, že na každém z odporů je úbytek 31 Vcc . Jak se k tomu dojde? Proud děličem bude Id =
Vcc 15kΩ 1
Obrázek 1: Časovač 555 a napětí na odporech pak bude VR = R · ID = 5kΩ ·
Vcc Vcc = 15kΩ 3
. Napětí na neinvertujícím vstupu „dolníhoÿ komparátoru je tedy jedna třetina Vcc a na invertujícím vstupu „horníhoÿ komparátoru jsou dvě třetiny Vcc .
2.2
Komparátory
Komparátor porovnává dvě napětí na svých vstupech. Jestliže je napětí na neinvertujícím vstupu1 větší než napětí na invertujícím vstupu2 , nastaví komparátor na svém výstupu logickou I. Jestliže jsou napětí přivedena opačně, je na výstupu logická O a pokud jsou napětí shodná, je chování nedefinované, ale prakticky se komparátor překlopí náhodně do jedné z úrovní. 1 2
Ten bez kolečka, nebo bývá označen znaménkem „+ÿ. Ten s kolečkem, nebo bývá označen znaménkem„-ÿ
2
2.3
Klopný obvod RS
Klopný obvod RS představuje paměť o velikosti jeden bit. Jestliže je na vstup R přivedena logická I, je obvod resetován a na jeho výstupu je logická O až do doby, kdy je na vstup S přivedena logická I, kterou se obvod překlopí a na výstupu je logická O až do doby, kdy je na vstup R opět přivedena logická O. Logické O na vstupu nemají na výstup žádný vliv3 . Jak je vidět, obvod si pamatuje, který ze vstupů byl naposled aktivován. Pokud jsou aktivovány oba vstupy, nelze určit, kam se obvod překlopí bez detailní znalosti jeho vnitřní struktury a tento stav je proto zakázán. Obvod má ještě jeden vstup označený Reset. Ten má před sebou zapojen invertor (viz. dál) a je tedy aktivní při přivedení logické O. Tento vstup je navíc speciální, protože má přednost před ostatními – přivedeme-li na něj logickou O bude na výstupu obvodu RS logická O, ať je na ostatních vstupech, co chce.
2.4
Invertor
Invertor dělá z logické I logickou O a naopak. Inverze (operace prováděná invertorem) bývá ve schématech označena kolečkem – třeba invertující vstup na komparátoru byl označen kolečkem. Všimněme si, že i klopný obvod má na svém výstupu inverzi, takže jeho výstup je okamžitě měněn na opačnou hodnotu. Jestliže je tedy obvod RS nastaven, je na bázi tranzistoru přivedeno napětí reprezentující logickou O, v tomto případě 0V. Ale výstup obvodu 555 je znovu invertovaný a tedy schodný s původním výstupem obvodu RS (logická I).
2.5
Tranzistor
Pro naše potřeby si tranzistor v tomto obvodu můžeme představit jako vypínač. Přivedeme-li na jeho vstup 0V, bude vypnut a nepoteče přes něj proud. Vyšší napětí než asi 0,7V (logická I, která sem může být přivedena je reprezentována napětím rovným napájecímu napětí) tranzistor otevře – zapne vypínač a proud může téct. 3
Mlčky jsme předpokládali, že vstupy jsou aktivní v logické I, ale může to být naopak, pak by reagovaly naopak jen na logickou O
3
3
Astabilní klopný obvod
Na obrázku 2 je elektrické schéma sirénky. Jde o dva astabilní klopné obvody s časovačem 555. První z nich se stará o periodickou změnu tónu a blikání LED diody, kdežto druhý generuje tón sirénky. Vezměme si první (jsou stejné až na hodnoty součástek, takže je to jedno) a popišme si jeho funkci. Co se v obvodu děje, závisí na napětí kondenzátoru C1.
Obrázek 2: Schéma zapojení sirénky
3.1
Po zapnutí
Po zapnutí je kondenzátor C1 vybit a začíná se nabíjet přes odpory R1 a R2. Napětí na vstupech trig(TR) a thres(THR) je 0V, proto je dolní komparátor nastaven v logické I a horní v logické O. Logická jednička na vstupu S klopného obvodu RS jej nastaví a za inverzí na jeho výstupu bude logická O, která uzavře tranzistor. Na výstupu celého obvodu 555 bude logická I.
3.2
Nabíjení
Kondenzátor nerušeně pokračuje v nabíjení a napětí na vstupech trig a thres překročí 1/3 napájecího napětí. Dolní komparátor změní svůj výstup z logické I na logickou O, zatímco horní komparátor má stále na svém výstupu logickou O. Protože nemá klopný obvod RS aktivovaný žádný ze vstupů, pamatuje si svůj stav a jeho výstup se nemění. Napětí na kondenzátoru C1 tak přesáhne 2/3 napájecího napětí, dolní komparátor má na svém výstupu stále logickou O, ale u horního komparátoru dochází ke změně. . . Na jeho výstupu je logická I a aktivuje tak vstup RESET klopného obvodu RS, ten se překlopí a za inverzí na jeho výstupu je logická I. Tím se otevře tranzistor a odpory R1 a R2 připojí na zem. Proud z napájecího 4
zdroje, který nabíjel kondenzátor C1 nyní teče přes tranzistor na zem a co víc, kondenzátor se přes odpor R2 a tranzistor vybíjí a napětí na něm začne klesat. Na výstupu časovače 555 je nyní logická O.
3.3
Vybíjení
Napětí na kondenzátoru kleslo někam mezi 2/3 a 1/3 napájecího napětí. Dolní komparátor má stále na svém výstupu logickou O a horní opět změnil svůj výstup také na logickou O. Klopný obvod RS si pamatuje svůj stav, tranzistor zůstává otevřen a na výstupu obvodu je stále logická O. Napětí klesne pod 1/3 napájecího napětí. Na horní komparátor to nemá vliv, ale dolní mění svůj výstup na logickou I, čímž dojde k překlopení klopného obvodu RS, zavření tranzisoru a změně výstupu obvodu na logickou I. Jestliže je tranzistor zavřen, proud z napájecího zdroje není odváděn, ale opět nabíjí kondenzátor a napětí na něm roste. Celý děj se tak opakuje, jak bylo popsáno v sekci 3.2.
4
Zbytek
Vstup reset(R) je nastálo připojen na napájecí napětí, které představuje logickou jedničku a vzhledem k tomu, že na stupu je inverze, není tento vstup nikdy aktivován a na funkci obvodu nemá vliv. Vstup řídícího napětí cont(CV) nemůže být stejnosměrně připojen ani na zem ani napájecí napětí, protože by byly ovlivněny napěťové poměry v děliči. Aby však případné střídavé rušení neovlivnilo funkci obvodu, není vstup ponechán „v luftěÿ, ale je střídavě připojen na zem.
5
Matematický popis
Rovnice nabíjení kondenzátoru je při prvním nabíjení
t
Uc (t) = Ucc · 1 − e− τn ,
(1)
kde Uc (t) je napětí na kondenzátoru v čase t, Ucc je napájecí napětí a τn = (R1 + R2 ) · C1 nabíjecí konstanta. Při každém dlaším nabíjení přejde rovnice do tvaru
t
Uc (t) = Ugirt + (Ucc − Ugirt ) · 1 − e− τn , 5
(2)
kde Ugirt je označeno napětí, kdy dochází ke změně výstupu dolního komparátoru - z tohoto napětí se nyní kondenzátor nabíjí a pod nějž napětí na kondenzátoru neklesne. Protože se kondenzátor nabíjí menším rozdílem napětí zmenšil se také druhý člen rovnice.4 Rovnice pro vybíjení je t
Uc (t) = Ucont · e− τv ,
(3)
kde Ucont je napětí na vstupu CONT a τv = R2 · C1 je vybíjecí konstanta. Napětí Ugirt a Ucont nahraďme pomocí částí napájecího napětí Ucc , které si označíme Ugirt φ= Ucc a Ucont ψ= . Ucc Rovnice poté přejdou do tvaru
t
Uc (t) = φ · Ucc + Ucc · (1 − φ) · 1 − e− τn a
t
(4) (5)
Uc (t) = ψ · Ucc · e− τv .
Nabíjení probíhá do doby, než napětí na kondenzátoru dosáhne hodnoty Uc (t) = Ucont = ψ · Ucc
t
ψ · Ucc = φ · Ucc + Ucc · (1 − φ) · 1 − e− τn
(6)
a vybíjení do doby, než je dosaženo napětí Uc (t) = Ugirt = φ · Ucc t
φ · Ucc = ψ · Ucc · e− τv .
(7)
Do nich nyní za φ a ψ dosadíme hodnoty zjištěné při rozboru v částech 3.2 a 3.3. t 2 1 2 Ucc = Ucc + Ucc · 1 − e− τn , 3 3 3 4
(8)
Díky tomu, že se kondenzátor nabijí z nenulového napětí je čas nabíjení kratší i přes zmenšení rychlosti nabíjení.
6
respektive
t 1 2 Ucc = Ucc · e− τv . (9) 3 3 Vyřešíme nejprve rovnici 8: Nejprve rovnici podělíme Ucc , následně odečtením 31 , vynásobením 3 a roznásobením závorky dostáváme tvar t
1 = 2 − 2 · e− τn , kde provedeme odečet dvou, dělení mínus dvěma a rovnici následně logaritmujeme t 1 =− ln 2 τn a konečně dostáváme řešení pro čas tn , po který se kondenzátor nabíjí tn = τn · ln(2).
(10)
Stejně budeme řešit i rovnici 9. Opět rovnici podělíme Ucc a vynásobíme 3. Následně dělíme dvěma a dostáváme rovnici t 1 = e− τv , 2
kterou logaritmujeme a získáme (po aplikaci poučky pro záporný logaritmus) ln(2) =
t τv
a z toho čas vybíjení tv tv = τv · ln(2).
(11)
Známe čas nabíjení i čas vybíjení a můžeme tedy určit periodu opakování celého cyklu – sečteme rovnice 10 a 11 a dostáváme T = tn + tv = (τn + τv ) · ln(2) a po dosazení nám vyjde frekvence jako převrácená hodnota periody. f=
1 (2 · R2 + R1 ) · C1 · ln(2)
(12)
Zde je dobré upozornit na to, že frekvence není ovlivněna velikostí napájecího napětí, které v průběhu výpočtů vypadlo. Dosaďme do rovnice hodnoty ze schématu 2:
7
• Pro první obvod bude frekvence 1 f = (2·R2 +R11)·C1 ·ln(2) = (2·560kΩ+270kΩ)·1µF = ·ln(2) . = 1, 037910101 = 1Hz.
. Zde je pro představu lepší perioda (T = 1s) než frekvence. Jednotlivé časy nabíjení a vybíjení lze spočítat z rovnic 10 a 11, vyjde nám přibližně 0, 58s respektive 0, 39s • Pro druhý obvod bude5 frekvence 1 f = (2·R2 +R11)·C1 ·ln(2) = (2·10kΩ+5,1kΩ)·100nF = ·ln(2) . = 574.7789008Hz = 570Hz.
Z vypočtených hodnot můžeme říct, že po dobu asi 0,6s bude výstup prvního klopného obvodu v logické jedničce, svítivá dioda bude svítit a kondenzátor C2 se bude přes odpor R5 nabíjet a jak poroste napětí na něm poroste i řídící napětí CV druhého obvodu. Potom po asi 0,4s nebude dioda svítit a kondenzátor C2 se bude vybíjet přes odpor R6.
6
Podrobné výpočty
Abychom si nekomplikovali zjišťování, jak se napětí CV bude měnit, řekněme, že kondenzátor C2 slouží jen k vyhlazení přechodu mezi dvěma generovanými tóny (řídící napětí se nemění skokem, ale plynule a tím i tóny). Kondenzátor si odmyslíme a budeme se zabývat jen hraničními případy 1. na výstupu prvního klopného obvodu je logická I a 2. na výstupu prvního klopného obvodu je logická O. K dalšímu rozboru budeme potřebovat schéma z obrázku 3, které zobrazuje spojení obou klopných obvodů. Odpory R1, R2 a R3 představují vnitřní dělič obvodu 555 v druhém (řízeném) klopném obvodu. Odpory R5 a R6 jsou odpory zapojené na výstup Uo prvního (řídícího) klopného obvodu – ve schématu sirénky jsou označeny stejně. Vstupy Uc a Ut představují vstupy horního respektive dolního komparátoru – napětí na nich budeme počítat. Pohledem na schéma 3 zjistíme, že napětí Ut je polovinou napětí Uc protože je odebíráno z děliče R2–R3. Pro zjednodušení výpočtů si pak můžeme zavést odpor Ra, který je paralelní kombinací odporu R6 a sériové kombinace R2 a R3. Svítivou diodu budeme pro začátek považovat za ideální – v 5
Pokud není na vstup CV přivedeno řídící napětí z prvního obvodu.
8
Obrázek 3: Schéma propustném směru nemá žádný odpor a není na ní žádný úbytek, v závěrném směru nevede.
Ra =
180Ω · (5kΩ + 5kΩ) . R6 · (R2 + R3 ) = = 176, 8Ω ≈ 180Ω R6 + R2 + R3 180Ω + 5kΩ + 5kΩ
Ještě než se pustíme do řešení obou hraničních případů, vytvořme z rovnic 6 a 7 jednoduchý vzorec, do kterého budeme už jen dosazovat. Začněme s obecným řešením rovnice 6. Rovnici podělíme Ucc a odečteme φ.
tn
ψ − φ = (1 − φ) · 1 − e− τn , což podělíme (1 − φ) a od celé rovnice odečteme 1, levou stranu upravíme na jeden zlomek a celou rovnici vynásobíme −1. tn 1−ψ = e− τn . 1−φ
Rovnici logaritmujeme, vynásobíme −τn a použijeme pravidla pro záporný logaritmus podílu6 . ! 1−φ . (13) tn = τn · ln 1−ψ 6
Jde o mínus logaritmus podílu, který se rozloží na odečtení logaritmů a po změně znamének zpět na logaritmus podílu.
9
Rovnici 7 podělíme Ucc a poté ψ a výsledek logaritmujeme, čímž dostaneme φ ln ψ
!
=−
tv , τv
což vynásobíme −τv a opět použijeme pravidlo pro záporný logaritmus podílu. ! ψ tv = τv · ln . (14) φ Pokud použijeme oba získané vzorce pro výpočet frekvence, získáme vztah f=
6.1
1 1 . = 1−φ tn + tv τn · ln 1−ψ + τv · ln ψφ
(15)
Hraniční případ 1
Logická I na výstupu prvního klopného obvodu je představována napětím rovným napájecímu napětí Ucc. Odpory R1 a R5 jsou tedy zapojeny paralelně (nahraďme je odporem Rb ) a můžeme spočítat napětí na výstupu děliče odpory Rb a Ra. Rb =
R5 · R1 180Ω · 5kΩ . = = 173, 7Ω ≈ 180Ω R5 + R1 180Ω + 5kΩ
Ra (16) Ra + Rb Po dosazení vypočtených hodnot pro Ra a Rb do rovnice 16 získáváme hodnoty Uc = 12 · Ucc a Ut = 41 · Ucc . Dosazením φ = 41 ψ = 21 do odvozených vzorce 15 spočteme výslednou frekvenci Uc = UCC ·
1
f= τn · ln f= f=
1− 14 1− 12
+ τv · ln
1 = 2 1 4
1 τn · ln
3 2
+ τv · ln (2)
1 C1 · (R1 + R2 ) · ln 1
100nF · (10kΩ + 5, 1kΩ) · ln
3 2
10
3 2
+ C1 · R2 · ln (2)
+ 100nF · 10kΩ · ln (2)
. = 766Hz.
6.2
Hraniční případ 2
V případě, že na výstupu prvního klopného obvodu je logická O reprezentovaná napětím 0V je dioda uzavřena a odpor R5 vypadne. Napětí Uc je tak dáno děličem tvořeným odpory R1 a Ra. Uc = Ucc ·
Ra 180Ω . = Ucc · α = 0, 034 · Ucc , = Ucc · Ra + R1 180Ω + 5kΩ
(17)
kde α = 0, 034 je konstanta použitá pro zjednodušení zápisu dalších rovnic. Opět dosadíme do vzorce 15 a dostaneme výslednou frekvenci 1
f= τn · ln
1− α 2
1−α
+ τv · ln
= α α 2
1 τn · ln
1− α 2
1−α
+ τv · ln (2)
1
f= 100nF · (10kΩ + 5, 1kΩ) · ln
1− 0,034 2 1−0,034
. = 1, 39kHz + 100nF · 10kΩ · ln (2)
Dalo by se ještě počítat dál a výpočet zpřesňovat, ale zabralo by to zbytečně moc času a nepřineslo žádný užitek.
7 7.1
Stavba obvodu Rozpis součástek
Součástka Popis/hodnota C1 Elektrolytický kondenzátor 1µF/63V, radiální vývody C2 Elektrolytický kondenzátor 470µF/25V, radiální vývody C3 Keramický kondenzátor 100nF (/50V) C4 Keramický kondenzátor 10nF (/50V) C5 Elektrolytický kondenzátor 10µF/25V, radiální vývody IC1 Dvojitý časovač NE556 v pouzdru DIP14 (DIL14), ne SMD LED1 Svítivá dioda LED průměr 5mm R1 Odpor 270kΩ – uhlíkový nebo metalizovaný, velikost 0207 R2 Odpor 560kΩ – uhlíkový nebo metalizovaný, velikost 0207 R3 Odpor 5,1kΩ – uhlíkový nebo metalizovaný, velikost 0207 R4 Odpor 10kΩ – uhlíkový nebo metalizovaný, velikost 0207 R5 Odpor 180Ω – uhlíkový nebo metalizovaný, velikost 0207 R6 Odpor 180Ω – uhlíkový nebo metalizovaný, velikost 0207 Všechny součástky jsou běžně dostupné.
11
Na výstup bude ještě nutné připojit nějaký reproduktor. Lze jej samozřejmě koupit, nebo použít vykuchaný ze staré televize nebo lépe ze starého počítače. V prvé řadě je v počítači reproduktor menší a hlavně je sirénka odzkoušena a vyladěna, aby s ním měla co nejhlasitější zvuk – hodnoty součástek jsem prvně orientačně spočítal a pak je zkoušel měnit pro daný reproduktor, až jsem dostal podle mého soudu nejlepší zvuk. Napájení jsem řešil standardním konektorem na devítivoltovou baterii. Kondenzátory lze pořídit i s jiným povoleným maximálním napětím, ale musí se počítat s tím, že pro větší napětí budou dražší a větší a už by se nemusely vejít na plošný spoj. O menším napětí bych moc neuvažoval z důvodu životnosti kondenzátorů. Keramické kondenzátory se snad vyrábějí jedině na 50V a pak nějaké speciální na vyšší napětí. Kdykoliv jsem je kupoval nikdy se nikdo na napětí neptal. Stačily by i na 25V. Metalizované odpory jsou kvalitnější a přesnější, ale na tom zde tolik nesejde. Přesnost 5% je pro nás dostačující a stejně se už většinou prodávají jen s přesností 1%. Pro srovnání, říká se, že kondenzátory se vyrábí s přesností asi 30% . V zapojení nejsou žádné součástky pro povrchovou montáž – SMD. V současné době stojí NE556 5Kč, odpory 1Kč, nejdražší z kondenzátorů 2,50Kč, červená LED podle typu od 1,50Kč a napájecí konektor na 9V baterii 5Kč. Kdo má doma kousek kuprextitu vejde se do pětadvaceti korun (já se vešel). Jednostranný kuprextit bez fotocitlivé vrstvy se většinou prodává po větších kusech zhruba o ploše papíru A4 po 100kč.
7.2
Podklady pro plošný spoj - revize 1
První verze plošného spoje obsahuje tři drátové propojky7 a je vhodná pro výrobu ručním kreslením. Pro překreslení použijte pohled ze strany spojů.
Strana součástek 7
Strana spojů
Znázorněny na osazovacím plánu tlusté čáry.
12
Osazovací plán
7.3
Podklady pro plošný spoj - revize 2
Druhá verze plošného spoje vznikla později. Protože obsahuje jemnější čáry, doporučuji pro výrobu metodu nažehlení - použít pohled ze strany součástek, nebo lépe fotocestu.
Strana součástek
7.4
Strana spojů
Osazovací plán
Postup stavby
Předpokládejme, že máme připravenou hotovou destičku plošného spoje s vyvrtanými dírami8 . Nejprve natřeme stranu s mědí kalafunou rozpuštěnou v lihu – doporučený postup, ale jde to i bez toho. Pak už bychom si měli vystačit s obyčejnou trafopájkou, malými kleštičkami nebo pinzetou, štípačkami, nožíkem a trochou šikovnosti. Kdo má k dispozici mikropájku, je na tom lépe, ale není nutná. Integrovaný obvod by měl pájení trafopájkou přežít, pokud dodržíme pravidlo, že pájku vypínáme a zapínáme minimálně deset centimetrů od něho. Zbylé součástky již nejsou tolik citlivé. Každopádně pájíme krátce abychom součástky zbytečně nepřehřívali – deset sekund je maximum! Tím bychom byli poučeni a můžeme začít. Nejprve zapájíme odpory a keramické kondenzátory, na těch snad nejde nic zkazit, ledaže bychom si popletli hodnoty. Elektrolytické kondenzátory mají na sobě potiskem vyznačený záporný pól a kladný pól má delší vývod. Na osazovacím plánu je pozice kladného pólu znázorněna znaménkem plus. Když už se s tím někdo namáhal, tak to dodržíme9 . Svítivá dioda má označenu katodu ploškou na svém pouzdru, která je patrná i na osazovacím plánu. Anoda pak bývá opět delší. Poslední součástkou, která nám zbývá a kterou jde také otočit, je integrovaný obvod. Nechali jsme si ho nakonec, protože jde nejhůř vyletovat, kdybychom náhodou udělali chybu. Navíc chceme, aby se v jeho blízkosti co nejméně letovalo 8 9
návod je také na www.pernik.borec.cz Kdo je dá opačně, zkracuje si jejich životnost.
13
trafopájkou. Jeho orientace je vyznačena výliskem na jedné z kratších stran pouzdra. Nakonec přiletujeme kablík k reproduktoru a napájecí konektor. Neprostrkujeme kablíky přes dírky, ale přiletujeme je zespodu přímo na měď, abychom snížili namáhání kablíku.
7.5
Oživení
Zkontrolujeme, zda jsme všechno zaletovali na správné místo, zda jsme něco neotočili nebo zda jsme nechtěně nespojili některé měděné plošky plošného spoje. Připojíme 9V baterii a měli bychom z reproduktoru slyšet kolísavý tón a svítivá dioda by měla blikat. Pokud ano, můžeme slavit. • Dioda bliká, ale není nic slyšet - zkontrolovat připojení reproduktoru a druhý klopný obvod. • Dioda nebliká, ale je slyšet stálý tón - zkontrolovat první klopný obvod a jeho spojení s druhým. • Dioda nebliká a není slyšet žádný tón - zkontrolovat napájení a pak celý obvod. • Svítí to, dýmá to – odpojit a uhasit. To je případ, který by neměl nastat, součástky jsou odolné a 9V je dostatečně malé napětí.
7.6
Umrtvení V žádném případě sirénku ani žádné její díly nepřipojujeme do zásuvky!!!
Je to nebezpečné a o sirénku při tom přijdeme. Stejně tak si dáváme pozor na namočení sirénky vodou – hlavně reproduktoru vadí.
8
Změřené hodnoty
Obrázek 4 ukazuje nahoře výstupní napětí astabilního klopného obvodu a dole napětí na pracovním kondenzátoru. Hodnoty součástek v obvodu byly za účelem získání co nejvíce názorného obrázku změněny. Podstatná je je souvislost mezi oběma průběhy – kondenzátor se nabíjí a na výstupu je logická 1 do chvíle, než napětí na kondenzátoru přesáhne Ucont . Pak dojde k překlopení obvodu a kondenzátor se vybíjí. 14
Obrázek 4: Souvislost mezi napětím na kondenzátoru a výstupním napětím klopného obvodu Obrázek 5 zobrazuje nahoře výstup prvního klopného obvodu (napětí na kondenzátoru C2) a dole výstup druhého. Pěkně je vidět zkreslení hran díky obrovskému kondenzátoru na výstupu.
Obrázek 5: Výstupy klopných obvodů Obrázek 6 zobrazuje stejný průbeh jako obrázek 5 v jiném měřítku ve chvíli, kdy je výstup prvního klopného obvodu v logické 0. Výstupní frekvence 1 je hrubým odhadem 500Hz ( 4dilky·0,5ms ), čekali jsme 1,39kHz. Výstup druhého obvodu je podle očekávání 0V nebo 9V. Výstup prvního se mění od asi 0,5V do 2,5V (očekávali jsme 0,3V (α · Ucc ) až 2,25V ( 41 · Ucc ) – tedy to co jsme v rámci přesnosti přesnosti osciloskopu naměřili.) Obrázek 7 zobrazuje stejný průbeh jako obrázek 5 v jiném měřítku ve chvíli, kdy je výstup prvního klopného obvodu v logické 1. Výstupní frekvence 15
Obrázek 6: Výstupy klopných obvodů 1 je hrubým odhadem 800Hz ( 2,5dilku·0,5ms ), čekali jsme 766Hz, což je v rámci přesnosti měření.
Obrázek 7: Výstupy klopných obvodů
9
Závěr
Povedlo se, sirénka tropí pořádný hluk a bliká. Všechny naměřené hodnoty odpovídají teoretickému odvození, až na to, že výstupní frekvence nestoupá, když je na výstupu prvního klopného obvodu logická O, ale klesá. Napětí na vstupu Ucont = 0.3V je zřejmě příliš nízké a začínají se uplatňovat prahová napětí komparátoru a podobné vlastnosti obvodu a díky tomu již není možné provést přesný výpočet bez detailní znalosti vnitřní struktury obvodu 555. 16
Nenecháme se odradit, postavíme si ještě jeden astabilní klopný obvod a na vstup CONT připojíme proměnný dělič napětí (potenciometr jehož jezdec je připojen na vstup obvodu a konce drah na zem a napájecí napětí). Zde si můžeme ověřit, že s klesajícím napětím na vstupu CONT frekvence roste. Tedy až do chvíle, kdy se blížíme ke konci dráhy.
17
