МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВРЕМЯЗАДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ТАЙМЕРЫ) в устройствах на микросхемах

May 26, 2014 by admin Комментировать »

Многофункциональные времязадающие устройства (таймеры) представляют собой промежуточную ступень между аналоговыми и цифровыми устройствами и позволяют производить преобразование аналоговых сигналов в последовательность импульсов по заданному закону, обеспечивать формирование или генерацию импульсов с регулируемой длительностью и скважностью и многое другое.

Комбинация компараторов с элементами цифровой логики, реализованная в начале 70-х гг. прошлого века фирмой Philips Semiconductor в виде микросхемы под фирменным наименованием 555, оказалась настолько удачной, что открыла новый класс микросхем — многофункциональных времязадающих устройств (таймеров).

Микросхема таймера КР1006ВИ1 имеет как отечественные — КР1087ВИ1, КР1087ВИ2, КР1087ВИЗ, К1441ВИ1, так и зарубежные аналоги (в том числе сдвоенные устройства, последняя цифра в обозначении — 6) — микросхемы SE555, SA555, NE555, NE556, NE558 (счетверенный), ICM7555, ICM7556, TLC555, TLC556, TS555, TS556, TS3V555, TS3V556, LMC555, MIC1555, MIC1557 и т. п.

Рис. 19.1. Эквивалентная схема таймера КР1006ВИ1

Как правило, микросхема КР1006ВИ1 и ее аналоги состоят из двух компараторов, RS-триггера и выходного каскада, рис. 19.1. Входной резистивный делитель при подаче на него напряжения питания формирует на входах компараторов напряжения, равные 1/3 и 2/3 от величины напряжения питания.

Примечание.

Впрочем, эти напряжения можно корректировать на усмотрение пользователя, используя внешние навесные элементы.

Напряжение питания микросхемы КР1006ВИ1 составляет 5—15 В, выходной ток — до 100 мА. Для микросхем иных модификаций, например, ICM7555, диапазон питающих напряжений значительно шире — от

Рис. 19.2. Схема ждущего генератора (мультивибратора) на микросхеме КР1006ВИ1

2 до 18 В при токе нагрузки до 100 мА. Для LMC555 выходной ток до 200 мА при напряжении питания 4,5—18 В. Микросхемы, соответственно, отличаются и предельными частотами использования (от менее 1 до 5 МГц).

На рис. 19.2—19.5 приведены типовые схемы включения микросхемы КР1006ВИ1

[19.1] .

Генератор сигналов пилообразной формы с регулируемой длительностью фронтов может быть собран по схеме, приведенной на рис. 19.6

Рис. 19.3. Типовая схема генератора импульсов на микросхеме КР1006ВИ1

[19.2] . На транзисторе VT1 выполнен генератор стабильного тока, от которого производится заряд времязадающего конденсатора С1. Частота работы генератора — около 1 кГц, для указанных на схеме номиналов, пропорционально зависит от величины зарядного тока, емкости конденсатора и напряжения питания устройства. Предельная частота генерации — 30 кГц. Переключателем SA1 можно задавать форму пилообразного сигнала.

Рис. 19.4. Схема широтно-импульсного модулятора на микросхеме КР1006ВИ1

Генератор прямоугольных импульсов на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 19.7) имеет линейную частотную зависимость генерируемых сигналов от угла поворота ручки потенциометра R2 [19.3]. Диапазон генерируемых импульсов можно ступенчато задавать переключением емкости времязада- ющего конденсатора С1. Этот конденсатор заряжается от источника питания через генератор стабильного тока, выполненного на транзисторах.

Частота выходного сигнала определяется как, где

К — нижняя долевая часть потенциометра R2 (0—1,00). При указанных на схеме номиналах частота выходного сигнала регулируется в пределах от ед. герц до 5 кГц.

В качестве n-p-n (MPSA06) транзисторов устройства можно использовать КТ201А; p-n-p (MPSA56) — КТ203А или их аналоги.

Оптоэлектронное устройство (рис. 19.8) может быть использовано в составе охранных систем, устройств для подсчета количества деталей на конвейере и т. д. [19.4]. Оптический сигнал светодиода HL1 принимается фотоприемником, в состав которого входит:

♦  фотодиод VD1;

♦  усилитель на транзисторе VT1.

Выходной сигнал с усилителя управляет работой генератора импульсов на микросхеме DA1 КР1006ВИ1. При пересечении светового пучка состояние транзистора переключается, на выходе устройства формируется прямоугольный импульс длительностью 1 с (определяется произведением R5C1). Этот сигнал можно использовать для запуска счетчика предметов, включения звукового или светового сигнала, включения системы охранной сигнализации. Для обеспечения скрытости работы устройства следует использовать светодиод HL1 инфракрасного диапазона.

Пороговое устройство на микросхеме DA1 КР1006ВИ1 с чувствительным элементом — фотосопротивлением R2 (рис. 19.9) позволяет индицировать звуковым сигналом момент перемены освещенности, например, индицировать наступление сумерек [19.5]. Устройство можно использовать в системах охранной сигнализации, в качестве фотореле и т. д.

В качестве чувствительного элемента можно включать резистивные преобразователи иных величин, например, терморезистор, тензорезистор.

Совет.

Выходной сигнал порогового устройства можно подавать не только на пьезозуммер (генератор звуковых сигналов, рассчитанный на питание от б В) но и на другую систему индикации, либо исполняющее или коммутирующее устройство.

Преобразователь напряжения (рис. 19.10) работает по достаточно распространенной схеме: микросхема КР1006ВИ1 генерирует прямоугольные импульсы частотой 70 кГц [19.6]. Эти импульсы поступают на диодный удвоитель напряжения и простейший конденсаторный фильтр (конденсатор С4). Положительным свойством преобразователя является то, что выходное напряжение развязано по постоянному току от остальной схемы. КПД преобразователя невелик: при потребляемом токе 7 мА устройство отдает в нагрузку лишь 1 мА.

Рис. 19.10. Схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1006ВИ1

Преобразовательинвертор напряжения (рис. 19.11) позволяет преобразовать (инвертировать) полярность входного (положительного) напряжения в равное напряжение противоположного знака [19.7]. Частота работы преобразователя- генератора импульсов на микросхеме DA1 определяется номиналами элементов R2, R3, С5. Цепочка обратной связи VD1 и R1 обеспечивает при соответствующей настройке стабилизацию выходного напряжения (-12 В).

Преобразователь напряжения (рис. 19.12) позволяет при питающем напряжении 11—18 В получить на выходе биполярные напряжения ±5 В при токе нагрузки до 50 мА [19.8]. На микросхеме DA1 КР1006ВИ1 выполнен генератор импульсов, работающий на частоте порядка 160 кГц, Выходные импульсы с генератора поступают на два выпрямителя, формирующих на выходе разнополярные нестабилизированные напряжения. Для стабилизации этих напряжений использованы микросхемы DA2 и DA3. При определенных условиях уровень выходных стабилизированных напряжений можно синхронно менять по усмотрению пользователя.

Простой преобразователь напряжения для питания маломощной неоновой лампы выполнен на микросхеме DA1 КР1006ВИ1. Его схема представлена на рис. 19.13 [19.9].

Рис. 79.7 7. Схема инвертора напряжения на микросхеме КР 7006ВИ 7

Рис. 19Л2. Схема бестрансформаторного преобразователя напряжения с выходным напряжением ±5 В

Рис. Ί9.Ί3. Схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1006ВИ1

Регуляторы мощности в активной нагрузке зачастую имеют малый КПД. В регуляторе, рис. 19.14, использован принцип широтно-импульсной модуляции выходного сигнала, что позволяет регулировать выходную мощность в нагрузке практически от 0 до 100 % с малыми потерями (в основном на выходном транзисторе) [19.10].

В качестве генератора задающих импульсов использована микросхема DA1 КР1006ВИ1. Благодаря использованию компаратора DA2 СА3130с регулируемым порогом переключения удается регулировать ширину выходного сигнала в широких пределах. Поскольку на выходе компаратора формируются импульсы прямоугольной формы с крутыми краями, а выходные транзисторы работают в режиме насыщения, потери на них минимальны, хотя из соображений даль-

Рис. Ί9.Ί4. Схема широкодиапазонного регулятора активной мощности в резистивной нагрузке

нейшего повышения эффективности работы устройства в выходном каскаде предпочтительнее применять полевые транзисторы.

Максимальный ток нагрузки — до 3,15 А. Частота генерации — 65 Гц. Хотя устройство может работать и на более высоких частотах (до 10 кГц), повышать частоту генерации выше 200 Гц не рекомендуется, поскольку возрастают потери на транзисторах.

В порядке сопоставления рассмотрим далее особенности практического использования наиболее высокочастотных (до 5 МГц) микросхем таймеров М1С1555 и MIC1557, производимых фирмой Micrel, рис. 19.15 [19.11]. Эти микросхемы способны работать от источника питания напряжением 2,7—18 В, потребляют ток до 0,2 мА при напряжении питания 3 В (при низком уровне на входах TRG и THR — для микросхемы MIC1555)у могут работать на сопротивление нагрузки менее 15 Ом, выдерживают 10 с перегрев до температуры 300 °С.

Типовое устройство, в качестве которого обычно применяют микросхемы таймеров — ждущий мультивибратор, может быть изготовлено по схемам, рис. 19.16—19.18. Вариант схемы с дифференцирующей входной цепью приведен на рис. 19.17. Срабатывание-переключение схемы происходит в момент, когда входное напряжение достигнет порогового значения срабатывания входного компаратора таймера.

Рис. 7 9.75. Эквивалентная схема микросхемы-таймера MIC 1555

Рис. 19.16. Схема ждущего мультивибратора на микросхеме- таймере MIC 1555

Рис. 19.17. Вариант схемы ждущего мультивибратора на микросхеме- таймере MIC 1555

Длительность выходного импульса определяется выражением £=1,1R2C2, где I — длительность импульса, с,

Рис. 79.78. Вариант схемы ждущего мультивибратора на микросхеме MIC 1555

Рис. 7 9.7 9. Схема релейного устройства управления мощной нагрузкой на основе триггера Шмитта

Рис. 7 9.20. Схема звукового индикатора напряжения на микросхеме MIC1555

Рис. Ί9.21. Эквивалентная схема микросхемы-таймера MIC1557

R — сопротивление, Ом, С — емкость, Ф. Для того, чтобы перевести схему ждущего мультивибратора в режим автогенерации импульсов, достаточно вход схемы соединить с выходом. Частота генерации при указанных на рис. 19.16 номиналах близка 8 кГц.

На основе микросхемы-таймера может быть собрано пороговое устройство, предназначенное для коммутации мощной нагрузки, управление которой (включение/ отключение) определяется уровнем входного сигнала, рис. 19.19. Подобное схемное решение может быть использовано в системах автоматического регулирования, поддержания заданного уровня, например, освещения, температуры и т. д.

С использованием микросхемы- таймера может быть изготовлено устройство для звуковой индикации уровня входного напряжения, рис. 19.20. По высоте генерируемого звукового сигнала или его отсутствию можно судить об уровне входного напряжения.

Микросхема таймера MIC 1557 отличается от MIC1555 не только внутренним строением, но и цоколевкой, рис. 19.21.

Рис. 79.22. Схема генератора импульсов на микросхеме- таймере MIC 1557

Рис. 19.23. Вариант схемы генератора импульсов на микросхеме-таймере MIQ1557

Рис. 7 9.24. Схема повышающего бестрансформаторного преобразователя напряжения на микросхеме-таймере MIC 1557

Простейший генератор прямоугольных импульсов на микросхеме MIC1557 может быть реализован с использованием всего трех навесных элементов, рис. 19.22.

Схема генератора прямоугольных импульсов на микросхеме MIC1557у в которой можно независимо регулировать длительность импульса/паузы (при использовании в качестве резисторов R2 и R3 потенциометров), изображена на рис. 19.23. Период следования импульсов определяется из выражения: f=0,7(R2+R3)Cl, где t — период импульсов, с, R — сопротивление,

Ом, С — емкость, Ф.

На основе микросхемы-таймера можно изготовить преобразователь напряжения, рис. 19.24. Выход генератора прямоугольных импульсов на микросхеме MIC1557 соединен с умножителем напряжения, нагруженным на стабилитрон VD1. Выбор этого стабилитрона и числа каскадов умножения напряжения определяет величину выходного стабилизированного напряжения.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

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