電子部品

【NE555使い方】タイマーICで、LED点滅回路を作ろう【後編】

前回は、タイマーIC「NE555」の単安定モードを使った「アナログタイマー」を作りました

実は、タイマーIC「NE555」にはもう一つの使い方があります

それが、方形波を連続発振させる機能「無安定モード」です

「無安定モード」は、電源ONで発振を開始し、点滅回路やデジタル回路のクロックとして応用できます

今回は、「無安定モード」を使ったLED点滅回路を作ってみました

マイコンなどで使われる「より高い周波数の高精度クロック」は、水晶発振を使います

【NE555使い方】タイマーICで、アナログタイマー回路を作る【前編】 前記事で、LEDの点灯させかた(抵抗の計算)を書きましたが・・・ スイッチONで、LEDが点灯するだけでは、あまり面白くないので...

NE555の「無安定モード」とは

無安定モードは、連続した方形波を発振させる機能です

電源ONで発振をスタートし、OUT(3PIN)に連続して方形波を出力します

ICに接続された「コンデンサー」と「抵抗」の値によって、周波数、デューティ比を変更できます

※細かい部分は、製造メーカーによって異なっている場合があります、データシートで確認して下さい

デューティ比とは

Hレベル(ON時間)と、Lレベル(OFF時間)の比率です

1サイクル当たりに占める、Hレベルの割合(%)で表されます

※Hレベル時間=Lレベル時間の場合 デューティ比50%です

「無安定モード」を使ったLED点滅回路(Lチカ)

※電源投入と同時にLEDが点滅を開始します

単安定モード(アナログタイマー)の回路と比較すると

  • SW周辺の回路を除去
  • 2PINトリガー入力を、6PINに接続
  • 5PINを開放(どこにも接続しない)
  • 6PIN-7PINの間に抵抗(R3)を入れる

「周波数」と「デューティ比」の求め方

周波数(F)=1.44÷{(R2 + (2 ✕ R3))✕ C1}

デューティ比(%)=(R2+R3)÷(R2+(2✕R3))✕100

周波数は(R2、R3、C1)の各パーツの値で決まります

デューティ比は(R2、R3)の値で決まります

周波数計算の例

R2=1KΩ R3=10KΩ C1=100μF の場合

1.44÷{((1✕103)+(2✕10✕103))✕100✕10-6

=1.44÷(21✕103-4)=1.44÷2.1

0.686Hz

デューティ比=(1✕103+10✕103)÷(1✕103+10✕2✕103)✕100

52.4%

R2=1KΩ R3=1KΩ C1=100μF の場合

1.44÷(3✕103-4)=4.8Hz

デューティ比=(1✕103+1✕103)÷(1✕103+2✕103)✕100

66.7%

デューティ比を50%に近づけるには

「R2の値」を「R3の値」より、十分に小さくします(R2≪R3)

R2をあまり小さくしすぎると、動作に影響がでます

1KΩ程度を目安にします

※R3はR2の10倍以上あれば、50%により近くなります

R2はあまり小さくできません

5V電源なら、1KΩ以上が良いでしょう

NE555は、コンデンサーC1に充放電を繰り返すことで、発振を持続します

C1放電時、IC内部にある放電用トランジスターが作動して、PIN7の電位がGND(0V)近くまで下がります

この時、R2には電源とほぼ同じ電圧がかかり、PIN7からIC内部へ電流が流れます

R2の値が小さすぎる(電流が大きい)と、問題を生じる可能性がありますので、ある程度大きな値にしておく必要があります

ブレッドボードに組んでみる

※電源は5Vを使用しています

電源投入と同時にLEDがチカチカと点滅します

組み立て例

LED点滅回路をブレッドボード上に作ってみました

(非常に見にくいですが、LEDの裏側にR1があります)

R2=1KΩ、R3=10KΩ、C1=100μFを使っています

計算上0.686Hzですから、1秒間におよそ0.7回(およそ1.5秒ごとに)LEDが点滅を繰り返します

点滅時間(サイクル時間)[秒]= 1÷周波数(周波数の逆数)

R3にボリュームを使えば、周波数を可変できます

R3の10KΩの代わりに

「1KΩ+VR20KΩ」を直列に使えば周波数は

およそ4.8Hz~0.35Hz位になります

部品表

NE555(またはセカンドソース品)タイマーIC1
LED好きな色でOK1
抵抗:470ΩR11
抵抗:1KΩR21
抵抗:10KΩR31
電解コンデンサ:100μFC11
電解コンデンサ:10~100μFパスコン1
セラミック/フィルムコンデンサ:0.1μFパスコン1

電子部品以外に必要なもの

  • ブレッドボード
  • ジャンパワイヤー
  • 電源(5V)

10KΩ(R3)の代わりに、「1KΩ+VR20KΩ」を直列に使えば周波数を可変できます

(およそ4.8Hz~0.35Hz位)

「ブレッドボード」電源で、ACアダプターを使う 電子工作や実験をする時、電源は何をお使いですか? 「パーツセット」や「電子工作キット」に入っていた「電池ボックス」という方も多い...

交互点滅回路も可能

NE555では、出力が電流吐出し(ソース)と、電流吸込み(シンク)に対応しています

このようにしてやれば、LEDを交互点滅させる回路も、トランジスターなどを追加せずに作れます

もちろん、R3→(1KΩ+20KΩボリューム)にすれば、点滅スピードを可変することもOKです

NE555の出力は、かなり大きいですが

リレーや多数のLEDなど、高負荷のドライブには、トランジスター(単体やアレイ)等の「バッファ回路」を追加使用することをお勧めします

※リレーやモーターなど、コイル成分をドライブする場合、半導体の破損を防ぐため、「フライホイールダイオード(還流ダイオード)」などの保護回路も必要になります

まとめ

  • NE555のもう一つの動作モードが「無安定モード」です
  • 「無安定モード」は連続に方形波を発振します
  • 発振周波数(Hz)=1.44÷{(R2 + (2 ✕ R3))✕ C1}
  • デューティ比(%)=(R2+R3)÷(R2+(2✕R3))✕100
  • NE555の出力は、電流吐出し(ソース)と、電流吸込み(シンク)に対応しています

今回と前回、2回にわたり、タイマーIC「NE555」について書きました

ArduinoやRaspberry-Piといった「高性能なマイコンボード」が安価で入手可能な今、初心者向け電子工作の話題(書籍やWeb記事などを含め)でも、NE555は以前ほど見かけなくなった気がします

確かに、いろんな意味でNE555は、高性能なマイコンボードには及びませんが、

アナログ時代を味わえるICの一つとして、また、電子回路を学ぶ教材として、手にとって回路を組んでみるのも、マイコンの電子工作とはまた違って、面白いとおもいます

興味があれば、ぜひ、NE555を使って「アナログな電子工作」を楽しんでみてはいかがでしょうか