מחברת אלקטרוניקה

רכיב 555

הגיע הזמן ללמוד מה זה רכיב 555 אבל רגע לפני שנבין מהו הרכיב המעניין הזה, כדאי שנלמד על מספר רכיבים נוספים באלקטרוניקה הנמצאים בתוך רכיב 555.

משווה
ישנם סוגים רבים של משווים. משווה עושה השוואה בין מספר נתונים. במקרה של אתגר 555 נשתמש במשווה אנלוגי. אם כך, מהו משווה אנלוגי וכיצד הוא עובד?
זהו הסימול של משווה:

למשווה הזה יש שתי כניסות המסומנות ב +, - (פלוס, מינוס) ויציאה אחת. לכל כניסה ניתן להכניס מתח ישר. כאשר המתח בהדק הכניסה + (פלוס) גדול מהמתח בהדק הכניסה – (מינוס), יציאת המשווה תהיה במצב הנקרא אחד לוגי (‘1’). כאשר המתח בהדק הכניסה + (פלוס) קטן מהמתח בהדק הכניסה – (מינוס), יציאת המשווה תהיה במצב הנקרא אפס לוגי (‘0’).
כאשר יציאת המשווה במצב אחד לוגי (‘1’), המתח ביציאת המשווה שווה למתח ההזנה של המשווה מספק המתח הראשי (כפי שכבר למדתם בשיעור הראשון – מושגי יסוד באלקטרוניקה) .
למשל, נניח שמתח ההזנה הראשי למשווה הוא 9V מסוללה. כאשר יציאת המשווה היא ‘1’, המתח ביציאה יהיה 9V וכאשר יציאת המשווה היא ‘0’, המתח ביציאת המשווה יהיה 0V.
עד כאן הסבר עקרוני ופשוט לפעולת משווה. מה עוד צריך כדי להבין כיצד עובד 555? צריך להכיר מהו רכיב זיכרון.
ישנם מספר רב של סוגי רכיבי זיכרון. הרכיב הבסיסי ביותר נקרא דלגלג. אנחנו נלמד כעת עבור אתגר 555 על דלגלג מסוג SR (Set, Reset).
זכרון מסוג דלגלג SR
הדלגלג הוא רכיב דיגיטאלי וכפי שכבר למדתם על רכיבים דיגיטאלים הכניסות והיציאות של הדלגלג יכולות להיות בשני מצבים: אפס לוגי (‘0’), אחד לוגי (‘1’).
הסימול של דלגלג מסוג SR נראה כך:

מה הכוונה בכך שהרכיב הזה הוא רכיב זיכרון? הכוונה היא שהוא זוכר את המצב האחרון בו הוא נמצא (מצב היציאה) גם אם מצב הכניסות ישתנה.
נסתכל על מספר מצבי כניסות וכך נבין הכל:
כניסת Set נמצאת במצב ‘1’ וכניסה Reset נמצאת במצב ‘0’:
במצב זה היציאה שווה ל ‘1’
אם נשנה כעת את כניסת Set ל ‘0’ (כלומר שתי הכניסות ב ‘0’), היציאה לא תשנה ותישאר במצב ‘1’, כלומר, הרכיב זוכר את המצב הקודם בו הוא היה (רכיב זיכרון... אמרנו כבר).
כעת אם נרצה לזכור את המצב ‘0’ במקום המצב ‘1’ נצטרך לשנות את כניסת Set ל ‘0’ וכניסת Reset ל ‘1’. הרכיב ישנה את יציאתו ל ‘0’.
אם נשנה כעת את כניסת Reset ל ‘0’ (שתי הכניסות ב ‘0’), היציאה לא תשתנה ותישאר במצב ‘0’, כלומר, הרכיב זוכר את המצב הקודם בו הוא היה.
לסיכום:
כניסת Set ב ‘1’ וכניסה Reset ב ‘0’ : יציאת הרכיב ב ‘1’.
כניסה Set ב ‘0’ וכניסה Reset ב ‘1’ : יציאת הרכיב ב ‘0’.
שתי הכניסות ב ‘0’ : הרכיב זוכר את המצב הקודם ויציאתו אינה משתנה.
שתי הכניסות ב ‘1’ : זהו מצב אסור לשימוש ברכיב מסוג זה.

מחלק מתח
מחלק מתח הוא מעגל המורכב מנגדים וספק מתח. מחלק המתח עובד בדיוק כפי שהוא נשמע: הוא מחלק את המתח בין הנגדים. נסתכל על מחלק מתח של שני נגדים:

בעזרת חוק אוהם ניתן לחשב את הזרם שיזרום במעגל, זרם זה הוא הזרם שיזרום במעגל החשמלי מההדק החיובי של הספק אל הרכיב ובחזרה אל ההדק השלילי של הספק.
סך כל ההתנגדות היא סכום התנגדויות הנגדים, כלומר 10KΩ.
הזרם הוא:

כעת נחשב את המתח על כל אחד מהנגדים בנפרד:
מתח על הנגד התחתון הוא מכפלת הזרם בהתנגדות: 4.5V (חשבו בעצמכם).
המתח על הנגד העליון הוא מכפלת הזרם בהתנגדות. מכיוון שהזרם דרך שני הנגדים שווה וההתנגדות שלהם שווה, גם במקרה זה המתח על הנגד יהיה 4.5V.
שימו לב למה שקרה: מתח הסוללה התחלק שווה בשווה בין שני הנגדים (4.5 + 4.5 = 9) מכיוון ששני הנגדים שווים בערכם.
עכשיו נסתכל על דוגמה של מעגל עם שלושה נגדים:

כעת נחשב את המתח על כל אחד מהנגדים בנפרד:
מתח על הנגד התחתון הוא מכפלת הזרם בהתנגדות: 3V (חשבו בעצמכם).
המתח על הנגד העליון הוא מכפלת הזרם בהתנגדות. מכיוון שהזרם דרך שני הנגדים שווה וההתנגדות שלהם שווה, גם במקרה זה המתח על הנגד יהיה 3V.
נחשו מה המתח על הנגד האמצעי? נכון, גם הוא 3V.
שימו לב למה שקרה: מתח הסוללה התחלק שווה בשווה בין שלושת הנגדים (3 + 3 + 3 = 9) מכיוון ששלושת הנגדים שווים בערכם.

אז מדוע קוראים לרכיב 555 בשם 555? רמז: זה קשור לתרגיל האחרון שעשינו.

רכיב 555
רכיב 555 הוא רכיב מוכלל הכולל בתוכו מספר רכיבים המחוברים ביניהם כך שהם יוצרים יחד מעגל חשמלי שלם בתוך רכיב. כך נראה רכיב 555:

הרכיב כולל 8 הדקים שלכל אחד מהם תפקיד שונה.
המבנה הפנימי של רכיב 555 נראה כך:

כעת אתם כבר אולי מבינים מדוע קוראים לו 555. זאת בזכות מחלק המתח של שלושת הנגדים בגודל 5KΩ. מחלק המתח הזה הוא בין הדק הזנת המתח הראשי לרכיב (הדק 8) להדק האדמה (הדק 1). אם נחבר למשל סוללה של 9V בין הדק 8 להדק 1, נקבל מחלק מתח בו נוכל לראות את המתחים הבאים:
המתח על הנגד התחתון (המתח בין ההדק העליון שלו להדק 1 של 555 יהיה 3V
המתח בין הדק 5 (ההדק העליון של הנגד האמצעי) להדק 1 יהיה 6V (המתח על שני הנגדים).
המתח בין הדק 8 להדק 1 יהיה מתח הסוללה 9V.
אתם כנראה גם מזהים שבתוך רכיב 555 יש שני משווים ורכיב זיכרון מסוג דלגלג SR

כיצד עובד רכיב 555?
נסתכל על המשווה התחתון:
כאשר המתח בהדק מספר 2 קטן משליש מתח ההזנה הראשי, יציאת המשווה תהיה ב ‘1’. כאשר המתח בהדק מספר 2 גדול משליש מתח ההזנה הראשי, יציאת המשווה תהיה ב ‘0’.
כעת נסתכל על המשווה העליון:
כאשר המתח בהדק מספר 6 קטן משני שליש מתח ההזנה הראשי, יציאת המשווה תהיה ב ‘0’. כאשר המתח בהדק מספר 6 גדול משני שליש מתח ההזנה הראשי, יציאת המשווה תהיה ב ‘1’.
רכיב הזיכרון (דלגלג SR) יפעל בהתאם למצבי יציאות שני המשווים, כלומר, יגיב למתחים בהדקים 2 ו 6.
המפסק האלקטרוני נמצא במצב קצר (חיבור בין שני ההדקים בצד שמאל) כאשר יציאת רכיב הזיכרון נמצאת ב ‘0’.
המפסק האלקטרוני נמצא במצב נתק (ניתוק בין שני ההדקים בצד שמאל) כאשר יציאת רכיב הזיכרון נמצאת ב ‘1’.

תפקיד הדקי 555
הדק 1 הוא הדק האדמה של הרכיב.
הדק 2 הוא הדק הכניסה השלילי של המשווה התחתון
הדק 3 הוא הדק היציאה של רכיב 555. הדק זה הוא הדק דיגיטאלי, כלומר, נמצא בשני מצבים אפשרים ‘0’ או ‘1’.
הדק 4 הוא הדק איפוס לרכיב הזיכרון.
הדק 5 הוא הדק הכניסה השלילי של המשווה העליון וגם מחובר למחלק המתח.
הדק 6 הוא הדק הכניסה החיובי של המשווה העליון.
הדק 7 הוא הדק המפסק האלקטרוני. כאשר יציאת 555 (הדק 3) נמצאת במצב ‘0’, הדק 7 יקוצר לאדמה. כאשר יציאת 555 נמצאת במצב ‘1’, הדק 7 מנותק ואינו משפיע.
הדק 8 הוא הדק הזנת המתח הראשי לרכיב 555 (למחלק המתח ולרכיבים הפנימים בתוך 555).

ועכשיו... אתם מוכנים לבנות את המעגל הראשון שלכם עם 555 ולהבין בעזרתו מה ניתן לעשות עם 555. עברו לשעור הבא בתפריט הקורס בו נסביר כיצד להשתמש עם 555 ונסביר בפירוט מה קורה בפנים בכל מעגל שנבנה