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Adjustable Pulse Generator – NE555

by Psydis
Adjustable Pulse Generator

Inizio con l’Adjustable Pulse Generator, basato sull’integrato timer NE555, una rassegna di piccoli kit e circuiti sulla componentistica elettronica attiva che ho saldato o dimensionato per motivi di studio personale . Proprio per questo potrebbero esserci refusi o imprecisioni in quello che ho scritto o calcolato, pertanto ogni segnalazione, consiglio, correzione o spiegazione è oltremodo molto gradita!

E’ un DIY (acronimo di Do It Yourself) low cost pagato 67 centesimi (spedizione compresa) sotto Aliexpress, in realtà la spesa è stata quasi nulla sfruttando un buono con cui ho fatto scorta di piccoli sensori o mini kit da saldare. Nonostante il costo irrisorio, la componentistica vale assolutamente il prezzo già solo dell’integrato e della socket dip, visto che non posso acquistare all’ingrosso e non ho spazio per comperare tanti pezzi che magari non userò mai. Inoltre sarebbe  al momento impossibile per me realizzare la PCB multistrato con cui montare i componenti sicuro che, almeno a livello contatti, sia giusta. Adjustable Pulse GeneratorOvviamente il kit arriva smontato e vanno saldate tutte le componenti, cosa che avevo previsto in realtà, ma non mi aspettavo che la PCB e le piazzole fossero così fini; è stato un po’ complesso dopo anni lavorare sfruttando un saldatore grezzo da 40W con la punta grossa su circuiti relativamente piccoli, ma per fortuna tutto è (più o meno) andato liscio. Probabilmente in vista dei prossimi cercherò una piccola stazione saldante senza pretese, al fine di evitare di bruciare i componenti ed avere una punta fine per stagnare.

In breve il circuito finale produrrà un’onda quadra a frequenza e duty cycle variabili mediante il carico e scarico dei condensatori “pilotati” grazie a due potenziometri; nell’immagine è possibile vedere la versione semplificata che ho disegnato per una simulazione in Proteus. Adjustable Pulse Generator - Schema

Nello specifico ci sono due periodi:

T Low = 0,693 * VR2 * C

T High = 0,693 * (VR1 + VR2) * C

Da cui è possibile desumere l’intero ciclo T = 0,693 * (VR1 + (2* VR2)) * C = T Low + T High

e il relativo Duty Cycle = (VR1 + VR2)/(VR1 + (2* VR2)) T High / T

La conformazione del kit ha lo svantaggio dell’impossibilità di creare un duty cycle minore del 50%, poichè (VR1 + VR2)*C sarà sempre maggiore di VR1*C anche portando a zero VR2. Il pregio invece è la possibilità di accedere separatamente,  grazie al jumper cap ai condensatori che regoleranno i cicli di carica/scarica che generano quattro gamme di frequenza:

    • 1Hz ~ 50Hz: 100UF (in questa configurazione il Led Rosso lampeggia seguendo T High)
    • 50Hz ~ 1kHz: 1UF
    • 1KHz ~ 10kHz: 100nF
    • 10kHz ~ 200kHz: 1nF

lasciando modo di sperimentare grazie ai potenziometri il tipo di onda quadra desiderata. In realtà è possibile settare in maniera precisa solo il duty cycle: agendo in senso orario su VR1 scenderà il duty ratio, mentre agendo in senso orario su VR2 aumenterà la frequenza. I jumper più vicini ai potenziometri sono quelli che generano la frequenza più alta.

Su Aliexpress in quasi tutti i kit diy molte informazioni sono errate, in quanto sono invertiti i valori di associazione di frequenza/condensatore. Si desume facilmente infatti che se scelgo come da istruzioni il condensatore da 1nF che genera 1-50Hz e il led non blinka, qualcosa non torna. Questo è stato il mio problema “teorico” affrontato a suon di calcoli sia perchè il blink era anomalo, sia perchè non riuscivo a visualizzare sull’oscilloscopio il segnale. Calcolatrice alla mano si palesava che con

  • VR1 = 3K Ω
  • VR2 = 8K Ω

usando il condensatore ceramico 102 la frequenza era di ben 76KHz e solo con l’elettrolitico da 100UF scendevo sotto 1Hz, come da tabella corretta sopra. Tale scoperta spiegava anche l’impossibilità di visualizzare distintamente l’onda con il condensatore più piccolo, considerando che il mio oscilloscopio hobbystico arriva solo fino a 1KHz. L’ultimo test lo farò quando il mio “amico tecnico” Claudio Capitani tornerà dalle ferie sfruttando uno dei suo professionali!! Cercando invece nelle tabelle dei circuiti astabili già saldati e simili in prestazioni (anche se con componenti SMD) la tabella risulta corretta.

Il vero inconveniente è che una volta saldati i potenziometri, volendo applicare un calcolo preciso, è complesso tararli con un valore esatto dovendo usare il cacciavite ed il multimetro contemporaneamente. Ho provato anche con i morsetti sotto le saldature ma “nell’avvitare e svitare” si staccavano sempre.  Ho comunque fatto diverse prove con l’oscilloscopio e se non serve un valore precisissimo delle resistenze si può arrivare ad un buon compromesso. Dopotutto sono kit sperimentali ed hobbistici, quindi nulla di trascendentale.

Ho sfruttato i 5V di Arduino per alimentarlo e, tramite un piccolo circuito di partizione, ho usato il pin A0 per provare a visualizzare la forma d’onda sotto il plotter seriale dell’IDE con discreto successo. Non ci sono ovviamente riferimenti come potrebbe essere per uno strumento sofisticato, ma è abbastanza veritiero sull’andamento. Anche con il condensatore da 1nF la forma era abbastanza corretta, anche se confuso dai limiti fisici dei delay di Arduino, dandomi quindi l’impressione che sia davvero solo un problema di oscilloscopio la frequenza più alta.

Adjustable Pulse Generator

Sono mediamente soddisfatto del mio primo kit, mi ha aiutato a capire un pochino il funzionamento dell’integrato NE555 come Adjustable Pulse Generator in configurazione  Multivibratore Astabile, ma in futuro mi sono ripromesso di rimontarlo su una millefori per bene così da ovviare a tre inconvenienti:

  1. Testare opportunamente il circuito con il 102 su un oscilloscopio professionale
  2. Mettere dei potenziometri la cui resistenza possa essere misurata facilmente per settaggi fini
  3. Introdurre un diodo di segnale per scendere sotto il 50% di duty cycle.

Tanto alla fine Aliexpress mi ha risarcito per un NE555 arrivato tutto piegato, se è funzionante non tolgo neppure dalla socket quello della PCB. Dovrei cavarmela con l’acquisto sono di un paio di pezzi, il resto per fortuna è già in casa!

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