Импульсные генераторы на интегральном таймере

Для построения импульсных устройств умеренного быстродействия (на уровне, характерном для TTJI-схем), одной из лучших является специализированная микросхема аналогового интегрального таймера (ИТ), за рубежом называемая 555 (NE 555) [10, 11]. Интегральные таймеры вобрали в себя лучшие свойства релаксационных генераторов, построенных на обычных транзисторах.

Функциональная схема обычного интегрального таймера серии 555 показана на рис. 2.4. Выпускаются и сдвоенные таймеры, например, NE 556. В СССР был выпущен аналог этой микросхемы 1006ВИ1, который выпускается до сих пор и широко применяется в построении самых разнообразных импульсных устройств.

Рис. 2.4. Функциональная схема интегрального таймера

В состав интегрального таймера 555 (и половины 556) входит делитель напряжения на трех практически одинаковых резисторах Л с номиналом около 5 кОм, два компаратора А1 и А2, задающих пороговые уровни включения и выключения, управляемый от них триггер, выходной каскад с TTJI-выходом и ключ на биполярном транзисторе VI.

Схема автоколебательного релаксатора на интегральном таймере показана на рис. 2.5, а. Конденсатор заряжается через резисторы R_{ и Л,, и напряжение на нем растет от С^_выкл до 1/_ъш. Когда достигается уровень, срабатывает компаратор А1, и триггер переключается в положение, при котором открывается ключевой транзистор VI и напряжение на выводе 7 падает практически до 0 (точнее, напряжение насыщения транзистора). В результате С₁ начинает разряжаться через резистор R2 от уровня U_BK]l до уровня Овщсд. Но как только напряжение на нем упадет до уровня f/_BbIKJI, сработает компаратор А2 и триггер вернется в положение, при котором транзистор VI выключается и начинается новый цикл заряда конденсатора. Процессы заряда и разряда периодически повторяются с периодом Т.

Рис. 2.5. Типовые схемы автоколебательного (а) и ждущего (б) импульсных генераторов (релаксаторов) на интегральном таймере

В релаксаторах на интегральном таймере пороговые напряжения выключения ^выкл ^{и включения} Ь’вкл задаются порогами интегральных компараторов А2 и А1 и встроенным делителем напряжения из трех одинаковых резисторов R. Сами резисторы могут иметь большой разброс и заметную температурную зависимость. Но благодаря их интегральному изготовлению и очень малым размерам, их нестабильности строго идентичны, и коэффициенты деления 1/3 и 2/3 оказываются очень стабильными. А это означает, что в схеме достигаются условия:

В этом случае с учетом выражений (2.14) для периода колебаний можно записать выражение:

Подставив значения U_BK]l и t^_BbIKJIв формулу (2.15), получим:

Как нетрудно заметить из (2.16), период Г принципиально не зависит от Е_П, по крайней мере в пределах принятых допущений о точности сравнения напряжений компараторами. Работоспособность таймера гарантируется при изменении Е от 4,5 до 16 В, но на практике таймер работает даже при снижении Е_п до 2,2—5 В. Изменение Гна 1 В составляет не более 0,05%, а изменение температуры на 1° С меняет период на 0,005%. Максимальный выходной ток таймера 555—200 мА, а 556—150 мА, что позволяет применять таймер для управления светодиодами и даже маломощными реле.

Возможно построение на интегральном таймере и ждущего релаксатора (генератора импульсов), запускаемого внешним импульсом (точнее, отрицательным перепадом на входе "Запуск"). Основная схема такого генератора представлена на рис. 2.5,6. Тут в исходном состоянии транзистор VI открыт и конденсатор С₁ практически разряжен. Запускающий перепад ведет к срабатыванию триггера, в результате чего транзистор выключается, и конденсатор С₁ начинает заряжаться от напряжения ~0 до напряжения U_BKJl. Время его заряда и определяет длительность импульса t_w=RCpi3=l.lRC₁.

Малые входные токи компараторов позволяют использовать времязадаюгцие резисторы с номиналами от нескольких кОм до 10 — 20 МОм, что позволяет в тысячи раз менять период колебаний или длительность импульса ждущего генератора (если это необходимо). У автоколебательного релаксатора на интегральном таймере входные токи компараторов частично компенсируются, что позволяет увеличивать Л до значений даже более 20 МОм. Максимальная частота импульсов около 10 МГц, времена нарастания и спада импульсов — до 30—50 не.

Представляет интерес рассмотрение реальных временных диаграмм работы типовых импульсных схем на интегральном таймере. На рис. 2.6 представлены осциллограммы работы интегрального таймера в схеме автоколебательного мультивибратора (рис. 1.5), а при R=A,\ кОм, Л₂=51 кОм, С=1000 пФи -£jj=5 В. Осциллограммы получены с помощью цифрового осциллографа DS-1250 с полосой частот исследуемых сигналов до 250 МГц.

Рис. 2.6. Осциллограммы напряжений на конденсаторе С и на выходе интегрального таймера при С = 1000пФ

Нетрудно заметить, что при указанных параметрах и частоте повторения импульсов около 12 кГц форма временных зависимостей весьма близка к идеальной. Однако при уменьшении Cj примерно до 20 пФ неидеальности временных зависимостей становятся видными (см. рис. 2.7). В частности, виден заметный выброс на вершине выходного импульса (интересно, что на выводе 7 микросхемы ИТ такого выброса нет). Минимальная длительность фронтов выходных импульсов типична для TTJI-микро- схем и составляет до 20—30 не.

Рис. 2.7. Осциллограммы напряжений на конденсаторе С и на выходе интегрального таймера при С = 20пФ

Уже к началу 80-х годов выпускалось более двух десятков типов интегральных таймеров. Практически все они выпускаются и в наше время. Среди них одиночные (NE 555, LM 322, XR 320) и двойные (NE 556, XR 2256) интегральные таймеры, улучшенные таймеры с уменьшенным потребляемым током и таймеры на основе технологии КМОП-транзисторов (ICM 7555, ICM 7556). Выпускаются также и программируемые таймеры (с изменяемым параметром г)) и таймеры со встроенным в них счетчиком импульсов (XR 2240, ICM 8240, ICM 8250, ICM 8260 и др.).

На интегральных таймерах выполнено очень большое число (многие сотни) импульсных схем. Частично их обзор можно найти в [10, 11]. Среди описанных схем измерители сопротивления, емкости, индуктивности, частоты и других параметров. Описаны всевозможные схемы сигнализации, сенсорные устройства и т. д. Большинство описанных схем, однако, относится, скорее, к любительским, чем к профессиональным. Таймеры широко применяются в различных измерительных приборах, в промышленных и бытовых устройствах. Однако стоимость даже простых интегральных таймеров в несколько раз больше стоимости пары маломощных биполярных транзисторов, на которых строится множество "классических" импульсных устройств, например, автоколебательных и ждущих мультивибраторов.

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

• Предыдущая запись: Общее описание дискретной цепи.  Линейное разностное уравнение
• Следующая запись: Создание сигнала с кодоимпульсной модуляцией

Похожие посты:

• ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО РАДИОПРИЕМНИКА (0)
• ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (0)
• ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА (0)
• ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЗАРЯДНОГО TOKA АККУМУЛЯТОРА (0)
• ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ПРОСТАЯ СХЕМА (0)
• ИНДИКАТОР УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА ПИТАНИЯ (0)
• ИНДИКАТОР РЕЖИМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ (0)