Импульсные генераторы на интегральном таймере

March 12, 2012 by admin Комментировать »

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 UBK]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 UBK]l и t^BbIKJIв формулу (2.15), получим:

Как нетрудно заметить из (2.16), период Г принципиально не зависит от ЕП, 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 Еп 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 UBKJl. Время его заряда и определяет длительность импульса tw=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.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты