Mengenal IC Timer 555

IC timer 555 atau sering disebut dengan IC 555 adalah salah satu IC yang sangat populer. Populer disini karena banyak sekali kegunaan dari IC ini, dan banyak orang tertarik menggunakannya dengan berbagai fungsi yang ada didalamnya. Bagi penggemar elektronika pastinya sudah banyak tau dan tidak asing lagi dengan IC yang satu ini. IC ini pertama kali diperkenalkan oleh signetics corporation sebagai SE555/NE555 dan disebut “The IC Time Machine” yang merupakan mesin timer pertama dan dikomersialkan. Sampai saat ini, sudah berpuluh-puluh tahun, IC ini masih tetap populer walaupun sudah banyak variasinya. Ada yang membuat versi CMOS nya, contohnya dari Motorola MC1455 yang cukup populer juga karena sering digunakan. Seperti yang kita ketahui bahwa rangkaian dengan transistor berteknologi CMOS sangat sedikit dalam hal konsumsi daya, dengan kata lain tidak boros energy, selain itu CMOS juga lebih cepat dalam hal switching dari high ke low dan juga sebaliknya(responsenya cepat, secara logika rangkaian tidak ada time constant). Selain NE555, saat ini banyak dipasaran adalah dari National yaitu LM555. Adapun 556 yang merupakan versi dual dari 555. Kalau pada 555 terdapat 8-pin dalam packagenya, 556 tampil dengan 14-pin. Akan tetapi IC556 ini tidak mudah untuk didapatkan. Toko komponen elektronik berskala kecil biasanya tidak menyimpan stok IC yang satu ini.

Fungsi dari IC555 bisa bermacam-macam, karena dapat menghasilkan sinyal pendetak/sinyal kotak. Tergantung kreativitas saja untuk merangkainya, beberapa diantaranya adalah sebagai clock untuk jam digital, hiasan menggunakan lampu LED, menyalakan 7-segment dengan rangkaian astable, metronome dalam industry music, timer counter, atau dengan lebih dalam mengutak-atik lagi dapat memberikan PWM (pulse width modulation) yang mengatur frekuensi sinyal logika high untuk mengatur duty cycle yang diinginkan.

Skematik dari IC555 beserta deskripsi pin-nya sendiri bisa dilihat di datasheetnya, sebagai contoh adalah LM555 sebagai berikut,

Gambar-1

Gambar-2

Definisi dan fungsi masing-masing pin :

1. ground, adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative

2. trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor di 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop

3. output, pin ini disambungkan ke beban yang akan diberi pulsa dari keluaran IC ini. IC555 bisa mengeluarkan arus 100mA pada outputnya bahkan 200mA pada LM555

4. reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset latch, yang akan langsung berpengaruh mengulang kerja IC555 dari keadaan low state

5. control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative upper comparator (komparator A). pin ini bisa dibiarkan digantung, tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10nF ke pin ground

6. threshold, pin ini terhubung ke input positif upper comparator(komparator A) yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada kapasitor mulai melebihi 2/3 Vcc

7. discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor Q1 yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu

8. vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage (most positive) yang diberikan. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5 –15V(maksimum). supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10 -15mA.

Ada dua macam rangkaian dasar yang banyak digunakan untuk mengaplikasikan IC timer ini, yaitu rangkaian monostable dan rangkaian astable.

Rangkaian Monostable

Rangkaian ini hanya memerlukan sedikit rangkaian tambahan untuk dapat mengoperasikannya, yaitu sebuah resistor (R_A) dan sebuah kapasitor (C1) serta kapasitor (C2) untuk menyetabilkan tegangan referensi pada upper comparator (komparator-A). IC ini memanfaatkan rangkaian tambahan tersebut untuk men-charge dan men-discharge kapasitor C1 melalui resistor R_A. fungsi rangkaian ini adalah untuk menghasilkan pulsa tunggal pada pin-3 dengan waktu tertentu jika pin-2 diberi trigger /dipicu. Pada keadaan awal, output ICnya berlogika ‘0’. Dapat dilihat pada gambar-2 bahwa terdapat rangkaian pembagi tegangan untuk input referensi komparator-A dan komparator-B. Seperti yang kita ketahui prinsip kerja komparator yaitu jika V_d (beda potensial input inverting dan input non-invertingnya) bernilai positif, maka komparator akan mengeluarkan output berlogika ‘1’. Jika diberi trigger dari logika ‘1’ ke logika ‘0’ pada pin-2, maka V_d pada komparator-B akan brnilai positif dan alhasil mengeluarkan output high. Output ini akan men-set RS flip-flop (memberi keluaran IC logika ‘1’) untuk beberapa saat, seiring dengan itu, transistor Q1 akan off (open)dan kapasitor C1 akan melakukan charging sampai tegangannya mencapai 2/3 Vcc sebelum akhirnya RS flip-flop akan di reset oleh komparator-A dan kapasitor C1 melakukan discharge melalui resistor R1 secara transient. Lamanya pulsa tunggal yang dihasilkan sekitar t = 1.1 R_AC₁

Gambar-3. Rangkaian Monostable

Rangkaian Astable

Rangkaian Astable agak berbeda dari rangkaian monostable. Rangkaian astable akan menghasilkan sinyal kotak yang terus berdetak dengan duty cycle tertentu selama catu tegangan tidak dilepaskan. Prinsip kerjanya, jika pada rangkaian monostable dipicu dengan tegangan berlogika high ke low (kurang dari 1/3 Vcc) pada pin-2, rangkaian astable ini dibuat untuk memicu dirinya sendiri. Rangkaian ini memanfaatkan osilasi tegangan pada kapasitor disekitar 1/3 Vcc sampai 2/3 Vcc. Komponen eksternal yang diperlukan adalah sebuah kapasitor (C1) dan dua buah resistor (R_Adan R_B). Adapun untuk kestabilan tegangan referensi komparator-A, digunakan sebuah kapasitor lagi (C2) pada pin-5 sebesar 10nF ke ground. Sedikit terkait dengan deskripsi pin yang telah dibahasi diatas, saat transistor Q1 ON maka resistansi menuju ground pada emitternya sangat kecil, sehingga ground seakan-akan tersambung diantara kedua resistor. Namun ketika transistor Q1 off, resistansi antara collector dan emitternya sangat besar dan sulit dilewati arus, seakan terjadi open circuit. Pada akhirnya output yang terjadi berupa sinyal kotak akan mendetak secara kontinu dengan frekuensi tertentu seiring dengan berosilasinya tegangan pada kapasitor di 1/3 Vcc sampai 2/3 Vcc. Osilasi yang dimaksud disini dapat dijelaskan yaitu, sesaat tegangan kapasitor melebihi 2/3 Vcc komparator-A mengeluarkan output high yang akan me-reset RS flip-flop dan tegangan pada kapasitor akan turun(discharging) secara transient. Sesaat tegangan pada kapasitor C1 berkurang dari 1/3 Vcc, output komparator-B akan berlogika high dan men-set RS flip-flop, selanjutnya tegangan kapasitor akan naik secara transient (charging) dan begitu seterusnya berosilasi menghasilkan pulsa. Jadi, saat berosilasi tegangan kapasitor tidak akan kurang dari 1/3 Vcc dan melebihi 2/3 Vcc.

Gambar-4. Rangkaian Astable

Gambar-5

Duty cycle yang merupakan persentase waktu sinyal output berlogika high dalam satu periode. Untuk memudahkan perhitungan, misalkan t₁ adalah lamanya pulsa berlogika high dalam satu periode, sedangkan t₂ adalah lamanya waktu berlogika low. Maka, secara matematis,

Persamaan umum orde-1 :

V’ = V. Exp (-t/RC)

t₁ adalah waktu saat charging kapasitor melalui R_A dan R_Bdengan V = 1/3 Vcc dan V’ = 2/3 Vcc

t₁ = – (R_A+R_B)C . ln2      –> |t₁|= (R_A+R_B)C . ln2

t₂ adalah waktu saat discharging kapasitor melalui R_B dengan V = 2/3 Vcc dan V’ = 1/3 Vcc

t₂ = R_B C . ( ln2 )

duty cycle dapat dihitung : (t1/T) x 100 % = (t1 / {t1+t2}) x 100 %

Penutup

Sedikit tambahan dari penulis bahwa hal diatas hanyalah teori diatas kertas semata. Pada pengaplikasiannya belum tentu hasilnya bisa 100% sesuai yang diharapkan. Berbagai trouble shooting akan muncul seiring makin kompleksnya rangkaian yang dibuat. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah, adanya tegangan yang tidak stabil, tempratur IC yang diluar daerah optimal, kurang atau lebihnya supply arus yang diberikan, dll. Sebagai satu contoh kasus, penulis pernah mencoba mencatu tegangan IC555 dari power supply 10V DC kepada beberapa rangkaian LED agar menyala secara flip-flop, tetapi yang terjadi adalah LED-LED tersebut hanya menyala konstan, tidak secara flip-flop. Mungkin hal ini disebabkan oleh terlalu besarnya supply arus yang diberikan sehingga IC tidak bisa bekerja secara yang diinginkan. Sampai artikel ini ditulis, penulis masih mencari tahu penyebab pastinya.