מחברת אלקטרוניקה

בניית מעגל הבהוב LED עם 555

הרכיבים שנשתמש בהם לבניית מעגל הבהוב לד:
•        רכיב 555
•        לד (בכל צבע)
•        נגד 330Ω, 0.25W
•        נגד 1KΩ, 0.25W
•        נגד 68KΩ, 0.25W
•        2 קבלים 0.1uF
•        קבל 10uF, 16V
•        סוללה 9V
•        מחבר לסוללה 9V
•        חוטים למטריצה
•        מטריצה
•        בונוס - פוטנציאומטר 100KΩ

זה שרטוט המעגל:

מעגל הבהוב לד – אופן פעולת המעגל
•       בעת הדלקת המתח, הקבל C1 אינו טעון (המתח בקבל = אפס וולט)
•       הדק 2 והדק 6 של 555 שווים לאפס וולט ולכן: יציאת המשווה התחתון במצב '1' ויציאת המשווה העליון במצב '0'
•       מצב זה מאלץ את יציאת רכיב הזיכרון למצב '1' ולכן המתג האלקטרוני מנותק (הדק 7 אינו מקוצר לאדמה)
•       יציאת 555 (הדק 3) תהיה ב 1 (לד מאיר)

• הקבל C1 מתחיל להטען בקצב התלוי בערכי הנגדים R1, R2 והקבל C1 מכיוון שישנו מסלול טעינה מהסוללה דרך שני הנגדים והקבל (מסלול הטעינה מסומן בקו אדום)
• כאשר מתח הקבל גדול מ 1/3 מתח הסוללה, יציאת המשווה התחתון הופכת ל ‘0’ אך זה עדיין לא משנה את יציאת 555 ולכן הקבל ממשיך להטען

•        הקבל C1 ממשיך להטען בקצב התלוי בערכי הנגדים R1, R2 והקבל C1
•        כאשר מתח הקבל גדול מ 2/3 מתח הסוללה, יציאת המשווה העליון הופכת ל ‘1’ הגורמת ליציאת רכיב הזיכרון לעבור למצב Reset, כלומר, יציאת רכיב הזיכרון היא ‘0’ ולכן גם יציאת 555 היא ‘0’
•        במצב זה המתג האלקטרוני עובר למצב קצר ולכן הדק 7 מקוצר לאדמה.
•        כאשר הדק 7 מקוצר לאדמה, הקבל C1 מתחיל להתפרק דרך הנגד R2 (ראו את מסלול הפריקה המסומן בקו אדום)
•        יציאת המשווה העליון חוזרת ל ‘0’ אך יציאת הזיכרון לא משתנה

• הקבל C1 מתפרק וכל עוד המתח בהדקים 2,6 קטן מ 2/3 מתח הסוללה אבל גדול מ 1/3 מתח הסוללה, יציאת הזיכרון תהיה במצב ‘0’

•       הקבל C1 מתפרק עד אשר המתח עליו יגיע ל 1/3 ממתח הסוללה הגורם שוב להיפוך מצב של רכיב הזיכרון
•       פעולה זו חוזרת על עצמה כך שהקבל כל הזמן נטען ומתפרק בין המתחים 1/3 ל 2/3 ממתח הסוללה ובהתאם יציאת 555 משנה מצב בין ‘1’ ל ‘0’
•       שינוי יציאת 555 גורם לכיבוי והדלקה של הלד לסירוגין

האות המתקבל בהדק 2 (מתח על הקבל) ובהדק 3 (יציאת המעגל):

השינוי לסירוגין בהדק 3 (יציאת המעגל) בין מצב '1' (מתח הסוללה) למצב '0' (מתח = 0V) גורם להדלקה וכיבוי הלד.
הזמנים t1, t2 תלויים בנגדים R1, R2 ובקבל C1 באופן הבא:

הסבר על תפקיד הקבלים C2, C3
הקבלים C2, C3 אינם מיועדים לקחת חלק בחישוב תזמון רכיב 555. ניתן לראות בנוסחאות בעמוד הקודם שהם לא נכללים בחישוב. לקבלים אלו יש תפקיד אחר וחשוב במעגל.
במרבית המעגלים האלקטרונים, כאשר המעגל מייצר ביציאתו תנודות (בדיוק המקרה הזה של מעגל 555), בכל שינוי של היציאה מאפס לאחד או מאחד לאפס נוצרת משיכת זרם מהירה ורגעית מספק המתח הראשי המזין את המעגל. משיכת הזרם הרגעית הזאת היא בנוסף לזרם הנצרך מהספק באופן קבוע. מה קורה אם יש הרבה משיכות זרם מהירות כאלו? בזמן משיכת הזרם הרגעית, ספק המתח מתקשה להגיב ולכן לרגע קצר המתח שמוציא הספק יכול ליפול מעט ואז לחזור למתח העבודה מכיוון שספק המתח לא יודע להגיב מהר לשינוים בצריכת הזרם.
אז בשביל מה צריך את הקבל? הקבל משמש כמאגר אנרגיה שיודע להגיב מהר לשינויים ולפצות בעצמו על משיכות הזרם שספק המתח הראשי לא יודע להגיב להן מהר.
הקבל בהדק 8 שהוא מתח ההזנה הראשי עושה בדיוק את הפעולה הרצויה שתוארה כעת.
הקבל בהדק 5 נועד לשמור על המתח בהדק 5 נקי מכיוון שהדק 5 נשאר פתוח בפעולת המעגל הזה כפי שהוא משורטט למעלה.

מעגל הבהוב לד – שלבי הבניה
הכנסת רכיב 555
הכניסו את הרכיב 555 למטריצה כך שהדק מספר 1 נמצא בצד שמאל למטה. מספור ההדקים ברכיב מסוג זה (אריזת DIP-8) נראה כך וניתן לזיהוי על ידי המגרעת בצד שמאל של הרכיב כך שההדק מתחת למגרעת הוא הדק מספר 1 ואחרי כל שאר ההדקים בספירה נגד כיוון השעון כפי שניתן לראות בתמונה הבאה:

לעיתים, סימון הדק 1 של רכיב מסוג הוא בעזרת נקודה הצמודה להדק מספר 1 במקום מגרעת.
לרכיב חדש נדרש לעיתים לכופף מעט את ההדקים כלפי פנימה כדי שיכנס לחורים המתאימים במטריצה

חיבור מוליכים בין הדקי רכיב 555
חברו מוליך בין הדקים 4,8 של רכיב 555
חברו מוליך בין הדקים 2,6 של רכיב 555
שימו לב בתמונות לשלבי חיתוך המוליכים והסרת הבידוד בקצה המוליך:
כדי לקבוע את אורך המוליך ניתן להניח אותו על המטריצה במיקום הנכון ובכיפוף הדרוש, לבצע חיתוך של המוליך ואז הסרה של הבידוד בקצוות
1. הנחת המוליך מכופף לבדיקת מידות לפני הסרת בידוד

2. הסרת הבידוד לחיבור בין הדקים 4, 8 וכיפוף המוליך

3. הכנסת המוליך למטריצה (במקרה זה בין הדקים 4, 8)

4. ביצוע אותה פעולה עם מוליך נוסף בין הדקים 2, 6

חיבור מוליכי הזנת מתח וחיבור לאדמה
חברו מוליך בין הדק 8 של רכיב 555 לפס המתח החיובי העליון (הפס האדום).
חברו מוליך בין הדק 1 של רכיב 555 לפס האדמה (הארקה) התחתון (הפס הכחול).
שימו לב שהחיבורים בוצעו בהתאם לשרטוט החשמלי. שני פסי המתחים הנ"ל ישמשו בהמשך לחיבור הסוללה

חיבור הקבלים
הכניסו את הקבלים על פי השרטוט ולפי התמונה הבאה.
לקבל C1 ישנה חשיבות לקוטביות – שימו לב לחבר את ההדק החיובי של C1 להדק 2 של רכיב 555 ואת ההדק השלילי לפס האדמה (ההדק השלילי של הסוללה). הקבל בתמונה מאפשר עבודה עד מתח 25V. אם רכשתם קבל למתח 16V הוא יעבוד מצוין במעגל זה מכיוון שהמתח המירבי במעגל הוא 9V (מתח סוללה). קבל למתח גדול יותר מ 25V כמובן שיתאים.
לקבלים C2, C3 אין חשיבות לקוטביות (קבלים קרמים)
קבל C1 – סימון ההדק השלילי (-):

קבלים C2, C3 (קיבול 100nF = 0.1uF), כיתוב על הקבל = 104

הקבל C1 מחובר בין הדק 2 של 555 להדק האדמה (הדק 1 של 555). הקבל C2 מחובר בין הדק 5 של 555 לפס האדמה (שימו לב לחיבור בעזרת מוליך כדי להגיע לפס האדמה). הקבל C3 מחובר בין הדק 4 של 555 (מתח ההזנה) לפס האדמה במטריצה.

חיבור הנגדים
שלושת הנגדים ניתנים לזיהוי בעזרת הצבעים הבאים:

שימו לב לנגדים שרכשתם. אם קניתם קיט של נגדים במגוון ערכים הם מגיעים בקבוצות של 10 או 20 נגדים מחוברים בפס נייר.
על פס הנייר תראו הדפס המציין את ערך הנגד.
שימו לב לכיתוב המיוחד לכיתוב ערך נגד המונע הדפסה של נקודה עשרונית.
נגד בעל התנגדות 6.8K אוהם יודפס על פס הנייר כך : 6K8
כאשר ישנה ספרה, אחריה האות K ואחריה עוד ספרה הכוונה לנקודה עשרונית בין שתי הספרות וכמובן שערך הנגד הוא בקילו (K).
דוגמה נוספת: הכיתוב 2K7 הוא נגד 2.7K אוהם.
כדי לחבר את הנגדים מומלץ לכופף את הדקי הנגדים באופן הבא:

חברו את שלושת הנגדים על פי התמונה הבאה (לנגדים אין קוטביות ולכן ניתן לחבר אותם בכל כיוון):

חיבור לד (LED)
חברו את הלד לפי התמונה הבאה:
ישנה חשיבות לקוטביות הלד. ההדק הארוך של הלד הוא ההדק החיובי (האנודה). הדק זה מחובר לנגד 330Ω. ההדק השלילי הוא ההדק הקצר. שימו לב שהדק זה מחובר לפס האדמה, כלומר, להדק השלילי של הסוללה

חיבור מחבר הסוללה
חברו את מחבר הסוללה לפי התמונה הבאה:
המוליך האדום הוא ההדק החיובי של הסוללה. המוליך השחור הוא ההדק השלילי של הסוללה

הפעלת המעגל
רגע לפני שמחברים את הסוללה חשוב לעשות בדיקה שכל החיבורים שביצעתם נכונים בהתאם להוראות. אם החיבורים נכונים, חברו את הסוללה, הלד יהבהב בקצב של 1Hz, כלומר מחזור הבהוב כל שניה אחת.

צפו בסרטונים הבאים:
1.   סרטון הדגמת הבהוב LED בעזרת המעגל שבניתם כעת
2.   סרטון מדידות האות החשמלי ביציאת הדק 3 של 555 בעזרת מכשיר מדידה הנקרא אוסילוסקופ. ניתן לראות בסרטון את האות הריבועי ביציאת 555 המפעיל את ה LED.
3.   סרטון מדידת האות החשמלי בהדק מספר 2 של 555. זהו המתח על הקבל C1 הנטען ומתפרק לסירוגין. קצב טעינת ופריקת הקבל נקבע כפי שהוסבר בעמודים הקודמים על ידי ערך הקבל C1 והנגדים R1, R2

בונוס – שליטה על תדר ההבהוב
נתקו את הסוללה והחליפו את הנגד R2 בפוטנציאומטר 100KΩ. שימו לב שהדקי הפוטנציאומטר הם ההדק המרכזי ואחד מההדקים בקצוות (השתמשו במוליכים כדי לחבר את הפוטנציאומטר בצד במקום הנגד R2).
חברו את הסוללה. מה קורה כאשר מסובבים את הפוטנציאומטר?

זהו... סיימתם לבנות את המעגל הראשון שלכם עם 555. בימים הקרובים תבנו עוד מעגלים מעניינים בעזרת 555 ורכיבים נוספים.