IC 555: Thông số, sơ đồ, nguyên lý hoạt động và một số mạch ứng dụng

IC 555 là một trong những dòng sản phẩm của công ty Signetics Corporation. với 2 dòng sản phẩm là SE555/NE555. IC 555 là một vi mạch dùng để tạo thời gian trễ (Time Delays) và tạo xung (Oscillation) với mức độ ổn định và tỷ lệ chính xác cao. Ở bài viết này, hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu sâu hơn về thông số, sơ đồ nguyên lý, chức năng hoạt động và một số mạch ứng dụng của IC 555. 

Cấu tạo và thông số kỹ thuật IC 555

Cấu tạo của 1 IC NE555 gồm có một bộ OP – AMP dùng để so sánh điện áp, 1 mạch lật và transistor giúp xả điện. Cấu tạo rất đơn giản nhưng nó được coi là một mạch tích hợp hoạt động rất tốt và có độ chính xác khá cao. 

Cấu tạo bên trong gồm có 3 điện trở được mắc nối tiếp để có thể chia điện áp nguồn (Vcc) thành 3 phần giúp tạo nên một điện áp chuẩn. Điện áp ⅓ Vcc sẽ được nối với chân dương của OP – AMP 1 và điện áp ⅔ Vcc còn lại sẽ được nối với chân âm của OP – AMP 2. Trong trường hợp khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn ⅓  Vcc thì chân S= và lúc này FF kích hoạt. Khi điện áp ở chân số 6 mà lớn hơn ⅔ Vcc thì chân R của FF= và FF sẽ được reset. 

Với đặc tính của Ic 555 thì chân cấp nguồn sẽ được hoạt động với dải điện áp từ 2.0 – 18V, cùng với đó là chuẩn đầu ra tương thích TTL khi được cấp nguồn 5V với dòng điện rút và ấp có thể lên đến 200mA. 

Thông số chuẩn của IC 555 sẽ được liệt kê như sau: 

• Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V; 
• Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA; 
• Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW;
• Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V;
• Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V;

Chức năng hoạt động của IC 555

Trong một số trường hợp khi điện áp mức ngưỡng (Threshold) và điện áp kích (Trigger) lần lượt là ⅔ và ⅓ so với điện áp nguồn Vcc. Với các mức độ điện áp này thì có thể sẽ bị thay đổi bằng chân điều khiển áp (CONT).

Khi điện áp ở chân số 2 (TRIG) ở dưới mức kích thì mạch Flip – Flop sẽ ở trạng thái Set (mức 1) làm cho gõ ra (OUT) ở mức cao (mức 1). Khi điện áp ở chân TRIG của IC 555 ở trên mức kích và đồng thời chân ngưỡng (THRES – chân 6) ở trên mức ngưỡng thì tự động mạch Flip – Flop sẽ bị reset về mức 0 và từ đó sẽ làm cho đầu ra output xuống mức 0. 

Ngoài ra, khi chân RESET (chân 4) xuống mức thấp thì mạch Flip – Flop cũng sẽ bị reset khiến cho đầu ra (OUT) xuống mức 0. Khi đầu ra ở mức 0 thì lúc này DISCH (chân 7) sẽ được nối với GND.

Các chức năng của IC 555 thường được sử dụng để tạo xung, điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí của xung (PPM) hay được sử dụng trong thu phát hồng ngoại

Chức năng hoạt động của từng chân:

• Chân 1 (GND): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay còn được gọi là mass chung. 
• Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so với điện áp so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp. Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện áp chuẩn là ⅔ Vcc. 
• Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tín hiệu logic đầu ra. Trạng thái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1). 
• Chân số 4 (RESET): Dùng để lập định trạng thái đầu ra của IC 555. Khi chân 4 được nối với Mass thì OUTPUT sẽ ở mức 0. Còn khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái đầu ra sẽ phụ thuộc theo mức áp trên chân số 2 và chân số 6. Trong trường hợp, muốn tạo dao động thường chân này sẽ được nối trực tiếp với nguồn Vcc.
• Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Chân này được sử dụng để làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng ở các điện trở ngoài nối với chân số 1 GND. 
• Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào để so sánh điện áp và cũng được dùng như một chân chốt. 
• Chân số 7 (DISCHAGER): Đây được coi như một khóa điện tử và chịu tác động điều khiển từ tầng logic của chân 3. Khi đầu ra là chân OUTPUT ở mức 0 thì khóa này sẽ được đóng và ngược lại. Chân số 7 có nhiệm vụ tự nạp và xả điện cho mạch R-C. 
• Chân số 8 (Vcc): Đây chính là nguồn cấp cho IC 555 hoạt động. Chân 8 có thể được cung cấp với mức điện áp dao động từ 2 – 18V. 

Nguyên lý hoạt động của IC 555

Ở trên mạch H đang ở mức 1 và gần bằng Vcc; L là mức 0. Sử dụng  FF – RS.

• Khi S = [1] thì Q = [1] và = Q- = [ 0].
• Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và =Q- = [0].
• Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
• Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], lúc này Transistor sẽ mở dẫn, cực C sẽ được nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá ngưỡng V2. Do lối ra của OP – AMP 2 lúc này đang ở mức 0, FF sẽ không được reset.
• Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C.

Tụ C nạp điện áp từ 0V -> ⅓ Vcc:

• Lúc này V+1(V+ OA1) > V-1. Do đó OA1 (ngõ ra của OA1) có mức logic 1(H).
• V+2 < V-2 (V-2 = ⅔ Vcc) . Do đó OA2 = 0(L).
• R = 0, S = 1 –> Q = 1 /Q (Q đảo) = 0.
• Q = 1 –> Ngõ ra = 1.
• /Q = 0 –> Transistor hồi tiếp lúc này không dẫn. 

(OA viết tắt: OP – AMP)

Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp ⅓ Vcc -> ⅔ Vcc:

• Lúc này, V+1 < V-1. Do đó OA1 = 0.
• V+2 < V-2. Do đó OA2 = 0.
• R = 0, S = 0 –> Q, /Q sẽ giữ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0).
• Transistor lúc này vẫn không dẫn. 

 Tụ C nạp qua ngưỡng ⅔ Vcc:

• Lúc này, V+1 < V-1. Do đó OA1 = 0.
• V+2 > V-2. Do đó OA2 = 1.
• R = 1, S = 0 –> Q=0, /Q = 1.
• /Q = 1 –> Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !
• Tụ C xả qua Rb. Với thời hằng Rb.C. 
• Điện áp trên tụ C giảm xuống do do lúc này tụ C đang trong quá trình xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới ⅔ Vcc. 

Tụ C tiếp tục xả từ điện áp ⅔ Vcc – ⅓ Vcc

• Lúc này, V+1 < V-1. Do đó OA1 = 0.
• V+2 < V-2. Do đó OA2 = 0.
• R = 0, S = 0 –> Q, /Q sẽ giữ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1).
• Transistor vẫn đang dẫn. 

Tụ C xả qua ngưỡng ⅓ Vcc:

• Lúc này V+1 > V-1. Do đó OA1 = 1.
• V+2 < V-2 (V-2 = ⅔ Vcc) . Do đó OA2 = 0.
• R = 0, S = 1 –> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
• Q = 1 –> Ngõ ra = 1.
• /Q = 0 –> Transistor không dẫn -> chân 7 ở mức thấp và tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là ⅓ Vcc. 

Một số mạch ứng dụng IC 555 thường gặp

• Mạch đèn led nhấp nháy

• Mạch điều chỉnh độ sáng bóng đèn

• Mạch còi cảnh sát