Rangkaian Timer IC 555 (Monostabil dan Bistabil)
Timer IC 555 adalah IC yang umum digunakan yang dirancang untuk menghasilkan berbagai bentuk gelombang output dengan penambahan jaringan RC eksternal
Kita telah melihat bahwa Multivibrator dan CMOS Osilator dapat dengan mudah dibangun dari komponen diskrit untuk menghasilkan osilator relaksasi untuk menghasilkan bentuk gelombang output gelombang persegi dasar. Tetapi ada juga IC khusus yang dirancang khusus untuk secara akurat menghasilkan bentuk gelombang output yang diperlukan dengan penambahan hanya beberapa komponen waktu tambahan.
Salah satu perangkat yang telah ada sejak masa-masa awal IC dan dengan sendirinya menjadi sesuatu dari "standar" industri adalah IC 555 Timer Osilator yang lebih umum disebut "IC 555 Timer".
IC 555 Timer dasar mendapatkan namanya dari fakta bahwa ada tiga resistor 5kΩ yang terhubung secara internal yang digunakan untuk menghasilkan tegangan referensi dua komparator. IC 555 timer adalah perangkat timing presisi yang sangat murah, populer dan berguna yang dapat bertindak sebagai timer sederhana untuk menghasilkan pulsa tunggal atau penundaan waktu yang lama, atau sebagai osilator relaksasi yang menghasilkan serangkaian bentuk gelombang stabil dari berbagai siklus kerja dari 50 hingga 100%
Chip IC 555 timer adalah perangkat 8-pin yang sangat kuat dan stabil yang dapat dioperasikan baik sebagai Multivibrator Monostabil, Multivibrator Bistabil atau Multivibrator Astabil yang sangat akurat untuk menghasilkan berbagai aplikasi seperti one-shot atau delay timer, pembangkit pulsa, LED dan lampu flasher, bunyi alarm dan nada, jam logika, pembagian frekuensi, catu daya dan converter dll, pada kenyataannya setiap rangkaian yang memerlukan beberapa bentuk kontrol waktu karena daftarnya tidak ada habisnya.
Chip IC 555 Timer tunggal dalam bentuk dasarnya adalah perangkat Bipolar 8-pin mini Dual-in-line Package (DIP) yang terdiri dari sekitar 25 Transistor, 2 Dioda dan sekitar 16 Resistor disusun untuk membentuk dua pembanding, Flip-flop dan tingkat output arus tinggi seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Selain IC 555 Timer juga tersedia NE556 Timer Osilator yang menggabungkan DUA individu IC 555 dalam paket DIP 14-pin tunggal dan versi CMOS daya rendah dari IC 555 timer tunggal seperti 7555 dan LMC555 yang menggunakan transistor MOSFET sebagai gantinya.
Diagram Blok yang disederhanakan yang mewakili rangkaian internal IC 555 timer diberikan di bawah ini dengan penjelasan singkat tentang masing-masing pin penghubungnya untuk membantu memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang cara kerjanya.
• Pin 1. - Ground, Pin ground menghubungkan IC 555 timer ke rel supply negatif (0v).
• Pin 2. - Trigger, Input negatif ke komparator No 1. Pulsa negatif pada pin ini “mengatur” Flip-flop internal ketika tegangan turun di bawah 1/3Vcc menyebabkan output beralih dari “RENDAH” ke “ Status TINGGI.
• Pin 3. - Output, Pin output dapat menggerakkan setiap rangkaian TTL dan mampu mencari atau menenggelamkan arus hingga 200mA pada tegangan output yang sama dengan sekitar Vcc - 1.5V sehingga speaker kecil, LED atau Motor dapat dihubungkan langsung ke output.
• Pin 4. - Reset, Pin ini digunakan untuk mengatur ulang "reset" Flip-flop internal yang mengontrol keadaan output, pin 3. Ini adalah input aktif-rendah dan umumnya terhubung ke level logika "1" ketika tidak digunakan untuk mencegah pengaturan ulang output yang tidak diinginkan.
• Pin 5. - Control Voltage, Pin ini mengontrol timing dari IC 555 dengan mengesampingkan level 2/3Vcc dari jaringan pembagi tegangan. Dengan menerapkan tegangan pada pin ini, lebar sinyal output dapat bervariasi secara independen dari jaringan timing RC. Ketika tidak digunakan, terhubung ke ground melalui kapasitor 10nF untuk menghilangkan kebisingan.
• Pin 6. - Threshold, Input positif ke komparator No 2. Pin ini digunakan untuk mengatur ulang Flip-flop ketika tegangan yang diterapkan melebihi 2/3Vcc menyebabkan output beralih dari status "TINGGI" ke "RENDAH". Pin ini terhubung langsung ke rangkaian timing RC.
• Pin 7. - Discharge, Pin pengosongan (discharge) terhubung langsung ke Collector dari Transistor NPN internal yang digunakan untuk “pengosongan” kapasitor timing ke ground ketika output pada pin 3 mengaktifkan “RENDAH”.
• Pin 8. - Supply +Vcc, Ini adalah pin catu daya dan untuk tujuan umum, TTL IC 555 timer antara 4.5V dan 15V.
Nama IC 555 Timer berasal dari fakta bahwa ada tiga resistor 5kΩ yang terhubung bersama-sama secara internal menghasilkan jaringan pembagi tegangan antara tegangan supply pada pin 8 dan ground pada pin 1. Tegangan pada jaringan seri ini menahan input pembalik negatif dari komparator dua pada 2/3Vcc dan input non-pembalik positif ke komparator satu pada 1/3Vcc.
Kedua Komparator (pembanding) menghasilkan tegangan output tergantung pada perbedaan tegangan pada inputnya yang ditentukan oleh tindakan Pengisian RC dan Pengosongan RC dari jaringan RC yang terhubung secara eksternal. Output dari kedua pembanding dihubungkan ke dua input flip-flop yang pada gilirannya menghasilkan output level “TINGGI” atau “RENDAH” pada
berdasarkan status inputnya. Output dari flip-flop digunakan untuk mengontrol tahap switching output arus tinggi untuk menggerakkan beban yang terhubung menghasilkan level tegangan "TINGGI" atau "RENDAH" pada pin output.
Penggunaan osilator timer IC 555 yang paling umum adalah sebagai osilator astabil sederhana dengan menghubungkan dua Resistor dan Kapasitor di terminalnya untuk menghasilkan rel pulsa tetap dengan periode waktu yang ditentukan oleh konstanta waktu dari Jaringan RC. Tetapi chip osilator IC 555 timer juga dapat dihubungkan dengan berbagai cara berbeda untuk menghasilkan multivibrator Monostabil, multivibrator Bistabil dan juga Multivibrator Astabil yang lebih umum.
Pada rangkaian pertama di atas, LED terhubung antara rel supply positif (+Vcc) dan pin output 3. Ini berarti bahwa arus akan "Sink" (menyerap) atau mengalir ke terminal output IC 555 timer dan LED akan "ON" ketika outputnya "RENDAH".
Kita telah melihat bahwa Multivibrator dan CMOS Osilator dapat dengan mudah dibangun dari komponen diskrit untuk menghasilkan osilator relaksasi untuk menghasilkan bentuk gelombang output gelombang persegi dasar. Tetapi ada juga IC khusus yang dirancang khusus untuk secara akurat menghasilkan bentuk gelombang output yang diperlukan dengan penambahan hanya beberapa komponen waktu tambahan.
Salah satu perangkat yang telah ada sejak masa-masa awal IC dan dengan sendirinya menjadi sesuatu dari "standar" industri adalah IC 555 Timer Osilator yang lebih umum disebut "IC 555 Timer".
IC 555 Timer dasar mendapatkan namanya dari fakta bahwa ada tiga resistor 5kΩ yang terhubung secara internal yang digunakan untuk menghasilkan tegangan referensi dua komparator. IC 555 timer adalah perangkat timing presisi yang sangat murah, populer dan berguna yang dapat bertindak sebagai timer sederhana untuk menghasilkan pulsa tunggal atau penundaan waktu yang lama, atau sebagai osilator relaksasi yang menghasilkan serangkaian bentuk gelombang stabil dari berbagai siklus kerja dari 50 hingga 100%
Chip IC 555 timer adalah perangkat 8-pin yang sangat kuat dan stabil yang dapat dioperasikan baik sebagai Multivibrator Monostabil, Multivibrator Bistabil atau Multivibrator Astabil yang sangat akurat untuk menghasilkan berbagai aplikasi seperti one-shot atau delay timer, pembangkit pulsa, LED dan lampu flasher, bunyi alarm dan nada, jam logika, pembagian frekuensi, catu daya dan converter dll, pada kenyataannya setiap rangkaian yang memerlukan beberapa bentuk kontrol waktu karena daftarnya tidak ada habisnya.
Chip IC 555 Timer tunggal dalam bentuk dasarnya adalah perangkat Bipolar 8-pin mini Dual-in-line Package (DIP) yang terdiri dari sekitar 25 Transistor, 2 Dioda dan sekitar 16 Resistor disusun untuk membentuk dua pembanding, Flip-flop dan tingkat output arus tinggi seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Selain IC 555 Timer juga tersedia NE556 Timer Osilator yang menggabungkan DUA individu IC 555 dalam paket DIP 14-pin tunggal dan versi CMOS daya rendah dari IC 555 timer tunggal seperti 7555 dan LMC555 yang menggunakan transistor MOSFET sebagai gantinya.
Diagram Blok yang disederhanakan yang mewakili rangkaian internal IC 555 timer diberikan di bawah ini dengan penjelasan singkat tentang masing-masing pin penghubungnya untuk membantu memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang cara kerjanya.
Blok Diagram IC 555 Timer
• Pin 1. - Ground, Pin ground menghubungkan IC 555 timer ke rel supply negatif (0v).
• Pin 2. - Trigger, Input negatif ke komparator No 1. Pulsa negatif pada pin ini “mengatur” Flip-flop internal ketika tegangan turun di bawah 1/3Vcc menyebabkan output beralih dari “RENDAH” ke “ Status TINGGI.
• Pin 3. - Output, Pin output dapat menggerakkan setiap rangkaian TTL dan mampu mencari atau menenggelamkan arus hingga 200mA pada tegangan output yang sama dengan sekitar Vcc - 1.5V sehingga speaker kecil, LED atau Motor dapat dihubungkan langsung ke output.
• Pin 4. - Reset, Pin ini digunakan untuk mengatur ulang "reset" Flip-flop internal yang mengontrol keadaan output, pin 3. Ini adalah input aktif-rendah dan umumnya terhubung ke level logika "1" ketika tidak digunakan untuk mencegah pengaturan ulang output yang tidak diinginkan.
• Pin 5. - Control Voltage, Pin ini mengontrol timing dari IC 555 dengan mengesampingkan level 2/3Vcc dari jaringan pembagi tegangan. Dengan menerapkan tegangan pada pin ini, lebar sinyal output dapat bervariasi secara independen dari jaringan timing RC. Ketika tidak digunakan, terhubung ke ground melalui kapasitor 10nF untuk menghilangkan kebisingan.
• Pin 6. - Threshold, Input positif ke komparator No 2. Pin ini digunakan untuk mengatur ulang Flip-flop ketika tegangan yang diterapkan melebihi 2/3Vcc menyebabkan output beralih dari status "TINGGI" ke "RENDAH". Pin ini terhubung langsung ke rangkaian timing RC.
• Pin 7. - Discharge, Pin pengosongan (discharge) terhubung langsung ke Collector dari Transistor NPN internal yang digunakan untuk “pengosongan” kapasitor timing ke ground ketika output pada pin 3 mengaktifkan “RENDAH”.
• Pin 8. - Supply +Vcc, Ini adalah pin catu daya dan untuk tujuan umum, TTL IC 555 timer antara 4.5V dan 15V.
Nama IC 555 Timer berasal dari fakta bahwa ada tiga resistor 5kΩ yang terhubung bersama-sama secara internal menghasilkan jaringan pembagi tegangan antara tegangan supply pada pin 8 dan ground pada pin 1. Tegangan pada jaringan seri ini menahan input pembalik negatif dari komparator dua pada 2/3Vcc dan input non-pembalik positif ke komparator satu pada 1/3Vcc.
Kedua Komparator (pembanding) menghasilkan tegangan output tergantung pada perbedaan tegangan pada inputnya yang ditentukan oleh tindakan Pengisian RC dan Pengosongan RC dari jaringan RC yang terhubung secara eksternal. Output dari kedua pembanding dihubungkan ke dua input flip-flop yang pada gilirannya menghasilkan output level “TINGGI” atau “RENDAH” pada
berdasarkan status inputnya. Output dari flip-flop digunakan untuk mengontrol tahap switching output arus tinggi untuk menggerakkan beban yang terhubung menghasilkan level tegangan "TINGGI" atau "RENDAH" pada pin output.Penggunaan osilator timer IC 555 yang paling umum adalah sebagai osilator astabil sederhana dengan menghubungkan dua Resistor dan Kapasitor di terminalnya untuk menghasilkan rel pulsa tetap dengan periode waktu yang ditentukan oleh konstanta waktu dari Jaringan RC. Tetapi chip osilator IC 555 timer juga dapat dihubungkan dengan berbagai cara berbeda untuk menghasilkan multivibrator Monostabil, multivibrator Bistabil dan juga Multivibrator Astabil yang lebih umum.
IC 555 Timer Monostabil
Operasi dan output dari IC 555 timer Monostabil persis sama dengan yang untuk transistorized yang kita lihat sebelumnya dalam tutorial Multivibrator Monostabil. Perbedaan kali ini adalah bahwa kedua transistor telah diganti oleh perangkat IC 555 timer. Pertimbangkan rangkaian IC 555 timer Monostabil di bawah ini.Rangkaian IC 555 Timer Monostabil
Ketika pulsa negatif (0V) diterapkan ke input pemicu (pin 2) dari osilator IC 555 Timer Monostabil yang dikonfigurasi, komparator internal, (komparator No1) mendeteksi input ini dan “mengatur” keadaan flip-flop, mengubah output dari status "RENDAH" ke status "TINGGI". Tindakan ini pada gilirannya "OFF" pengosongan transistor terhubung ke pin 7, sehingga menghilangkan korsleting di kapasitor timing eksternal, C1.
Tindakan ini memungkinkan kapasitor timing untuk mulai mengisi melalui resistor, R1 sampai tegangan melintasi kapasitor mencapai ambang (pin 6) tegangan 2/3Vcc yang diatur oleh jaringan pembagi tegangan internal. Pada titik ini output komparator menuju "TINGGI" dan "me-reset" flip-flop kembali ke keadaan semula yang pada gilirannya mengubah "ON" transistor dan melepaskan kapasitor ke ground melalui pin 7. Ini menyebabkan output untuk mengubah keadaannya kembali ke nilai "LOW" stabil asli yang menunggu pulsa pemicu lain untuk memulai proses pengaturan waktu lagi. Kemudian seperti sebelumnya, Multivibrator Monostabil hanya memiliki “SATU” status stabil.
Rangkaian IC 555 Timer Monostabil memicu pada pulsa negatif-akan diterapkan ke pin 2 dan memicu pulsa ini harus jauh lebih pendek dari lebar pulsa output memungkinkan waktu untuk pewaktu kapasitor untuk mengisi dan kemudian pengosongan sepenuhnya. Setelah dipicu, IC 555 Monostabil akan tetap dalam status output "TINGGI" yang tidak stabil ini hingga periode waktu yang ditentukan oleh jaringan R1 x C1 telah berlalu. Jumlah waktu tegangan output tetap "TINGGI" atau pada level logika "1", diberikan oleh persamaan konstanta waktu berikut.
τ = 1.1 R1 C1
Di mana, t dalam detik, R berada di Ω dan C di Farad.
Contoh: IC 555 Timer No.1
Sebuah IC 555 Timer monostabil diperlukan untuk menghasilkan penundaan waktu dalam rangkaian. Jika kapasitor timing 10uF digunakan, hitung nilai resistor yang diperlukan untuk menghasilkan waktu tunda output minimum 500ms. Disini 500ms sama dengan mengatakan 0.5s jadi dengan mengatur ulang rumus di atas, kita mendapatkan nilai yang dihitung untuk resistor, R sebagai:
Nilai yang dihitung untuk resistor timing yang diperlukan untuk menghasilkan konstanta waktu yang dibutuhkan 500ms adalah 45.5KΩ. Namun, nilai resistor 45.5KΩ tidak ada sebagai resistor nilai standar, jadi kita perlu memilih resistor nilai pilihan terdekat dari 47kΩ yang tersedia di semua rentang standar toleransi dari E12 (10%) ke E96 (1%), memberi kami penundaan waktu baru yang dihitung ulang 517ms.
Jika perbedaan waktu 17ms (500 - 517ms) ini tidak dapat diterima sebagai pengganti satu resistor waktu tunggal, dua resistor nilai yang berbeda dapat dihubungkan bersama secara seri untuk menyesuaikan lebar pulsa ke nilai yang diinginkan tepat, atau nilai kapasitor timing yang berbeda dipilih.
Kita sekarang tahu bahwa waktu tunda atau lebar pulsa output dari IC 555 timer yang dapat ditentukan ditentukan oleh konstanta waktu dari jaringan RC yang terhubung. Jika diperlukan waktu tunda yang lama dalam 10 detik, tidak selalu disarankan untuk menggunakan kapasitor timing bernilai tinggi karena dapat berukuran besar secara fisik, mahal dan memiliki toleransi nilai yang besar, misalnya ±20%.
Salah satu solusi alternatif adalah dengan menggunakan kapasitor timing nilai kecil dan resistor nilai yang jauh lebih besar hingga sekitar 20MΩ untuk menghasilkan waktu tunda yang diperlukan. Juga dengan menggunakan satu kapasitor penetapan nilai yang lebih kecil dan berbagai nilai resistor yang terhubung melalui multi-posisi rotary switch, kami dapat menghasilkan rangkaian osilator timer IC 555 Monostabil yang dapat menghasilkan lebar pulsa yang berbeda pada setiap rotasi sakelar seperti rangkaian IC 555 timer Monostabil switchable ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian IC 555 Timer Monostabil Switchable
Kita dapat secara manual menghitung nilai R dan C untuk masing-masing komponen yang diperlukan seperti yang kita lakukan pada contoh di atas. Namun, pilihan komponen yang diperlukan untuk mendapatkan penundaan waktu yang diinginkan mengharuskan kita untuk menghitung dengan kilohm (KΩ), Megaohm (MΩ), mikrofarad (μF), atau picafarad (pF) dan sangat mudah diakhiri dengan penundaan waktu itu keluar dengan faktor sepuluh atau bahkan seratus.
Kemudian kita dapat membuatnya lebih mudah dengan memakai jenis grafik yang disebut “Nomograph” yang akan membantu kita untuk mencari Multivibrator Monostabil yang diharapkan output frekuensi untuk perbedaan kombinasi atau nilai-nilai dari kedua R dan C. Misalnya,
Nomograph Monostabil IC 555 Timer
Jadi dengan memilih nilai C dan R yang sesuai dalam kisaran masing-masing 0.001uF hingga 100uF dan 1kΩ hingga 10MΩ, kita dapat membaca frekuensi output yang diharapkan langsung dari grafik nomograf sehingga menghilangkan kesalahan dalam perhitungan. Dalam praktiknya, nilai resistor timing untuk IC 555 timer monostabil tidak boleh kurang dari 1kΩ atau lebih besar dari 20MΩ.
IC 555 Timer Bistabil
Serta tidak hanya konfigurasi IC 555 timer Monostabil one-shot di atas, kami juga dapat menghasilkan perangkat Bistabil (dua kondisi stabil) dengan pengoperasian dan output IC 555 Bistabil yang mirip dengan transistor yang kami lihat sebelumnya dalam tutorial Multivibrator Bistabil.
IC 555 timer Bistabil adalah salah satu rangkaian yang paling sederhana kita dapat membangun menggunakan Chip osilator IC 555 timer. Konfigurasi Bistabil ini tidak menggunakan jaringan timing RC untuk menghasilkan bentuk gelombang output sehingga tidak diperlukan persamaan untuk menghitung periode waktu rangkaian. Pertimbangkan rangkaian IC 555 Timer Bistabil di bawah ini.
Rangkaian IC 555 Timer Bistabil (Flip-flop)
Perpindahan bentuk gelombang output dicapai dengan mengendalikan pemicu (trigger) dan mengatur ulang input dari IC 555 timer yang dipegang "TINGGI" oleh dua resistor pull-up, R1 dan R2. Dengan mengambil input pemicu (pin 2) "RENDAH", beralih di posisi yang di-set, ubah status output menjadi status "TINGGI" dan dengan mengambil input reset (pin 4) "RENDAH", beralih ke posisi reset, ubah output ke dalam kondisi "RENDAH".
Rangkaian IC 555 timer ini akan tetap dalam kondisi baik tanpa batas waktu dan karenanya dapat ditoleransi. Kemudian IC 555 timer Bistabil akan stabil di kedua keadaan, "TINGGI" dan "RENDAH". Input ambang (pin 6) terhubung ke ground untuk memastikan bahwa ia tidak dapat mereset rangkaian Bistabil seperti pada aplikasi timing normal.
Output IC 555 Timer
Kami tidak dapat menyelesaikan tutorial IC 555 Timer ini tanpa membahas sesuatu tentang kemampuan switching dan drive timer IC 555 atau bahkan IC Timer 556 ganda.
Output (pin 3) dari IC 555 timer standar atau IC 556 timer, memiliki kemampuan untuk "Sink" atau "Source" arus beban hingga maksimum 200mA, yang cukup untuk langsung mendorong transduser output seperti relai, lampu filamen, motor, LED, atau speaker dll, dengan bantuan resistor seri atau proteksi dioda.
Kemampuan IC 555 timer ini untuk "Sink" (menyerap) dan "Source" (supply) arus artinya yaitu bahwa perangkat output bisa dihubungkan antara terminal output IC 555 timer dan supply untuk menyerap arus beban atau antara output terminal dan ground untuk sumber arus beban. Misalnya.
Sink dan Source Output Timer IC 555
Rangkaian kedua di atas menunjukkan bahwa LED terhubung antara pin output 3 dan ground (0v). Ini berarti bahwa arus akan "Source" (supply) atau mengalir keluar dari terminal output IC 555 timer dan LED akan "ON" ketika output "TINGGI".
Kemampuan timer IC 555 untuk sink dan source arus beban outputnya berarti bahwa kedua LED dapat dihubungkan ke terminal output pada saat yang sama tetapi hanya satu yang akan diaktifkan ON tergantung apakah status output TINGGI atau RENDAH. Rangkaian di sebelah kiri menunjukkan contohnya. Dua LED akan secara alternatif dinyalakan "ON" dan "OFF" tergantung pada output. Resistor, R disini dipakai untuk membatasi arus LED di bawah 20mA.
Kami katakan sebelumnya bahwa arus output maksimum untuk sink atau source arus beban melalui pin 3 adalah sekitar 200mA pada tegangan supply maksimum, dan nilai ini lebih dari cukup untuk mendorong atau mengganti IC logika lain, lampu LED atau kecil, dll. Tetapi bagaimana jika kita ingin beralih atau mengendalikan perangkat berdaya tinggi seperti Motor, Elektromagnet, Relai atau Speaker. Maka kita perlu menggunakan Transistor untuk memperkuat output IC 555 timer untuk memberikan daya yang cukup tinggi untuk menggerakkan beban.
Transistor Driver IC 555 Timer
Transistor dalam dua contoh di atas, dapat diganti dengan perangkat Power MOSFET atau transistor Darlington jika arus bebannya tinggi. Saat menggunakan beban induktif seperti motor, relay atau elektromagnet, disarankan untuk menghubungkan dioda freewheeling (atau flywheel) langsung melintasi terminal beban untuk menyerap tegangan ggl-balik yang dihasilkan oleh perangkat induktif ketika ia berubah status.
Sejauh ini kita telah melihat menggunakan IC 555 Timer untuk menghasilkan pulsa output Monostabil dan Bistabil. Dalam tutorial berikutnya tentang Gelombang Generator kita akan melihat cara menghubungkan IC 555 timer dalam konfigurasi Multivibrator Astabil. Ketika digunakan dalam mode Astabil baik frekuensi dan siklus kerja dari bentuk gelombang output dapat dikontrol secara akurat untuk menghasilkan generator bentuk gelombang yang sangat fleksibel.