Схема генератора прямоугольных импульсов на ne555: Генератор прямоугольных импульсов на NE555

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НА NE555

Устройство предназначено для генерации прямоугольных импульсов с регулируемой частотой и скважностью в диапазоне от 1 Гц до 200 кГц. Данный генератор приобретен на aliexpress.com всего за 0,6 доллара.

Модуль поставляется в антистатическом пакете.

Размер модуля 31 х 23 х 15 мм, масса 6,3 г. На плате имеется пара крепежных отверстий диаметром 3 мм с расстоянием между центрами отверстий 17 мм.

Все радиоэлементы располагаются с одной стороны платы.

Для подключения источника питания и внешних устройств служит трех контактный штырьковый разъем. Весь диапазон генерируемых частот разбит на четыре поддиапазона 1-50 Гц, 50 Гц – 1000 Гц, 1 – 10 кГц и 10 – 200 кГц. Переключение диапазонов осуществляется перемычкой. Точная настройка частоты генерации осуществляется подстроечным резистором. На фото ниже это нижний резистор (возле которого имеется надпись MH). Второй подстроечный резистор регулирует скважность импульсов. Продавец предписывает изменять частоту генерации только при отключенном питании.

Схема подключения генератора

Похожую принципиальную схему можно посмотреть в другой статье. На плате имеется светодиод, который мигает с частотой равной частоте генерации, в принципе с его помощью на нижнем поддиапазоне можно ориентировочно судить о частоте генерации, на остальных диапазонах, разумеется, это просто индикатор питания.

Напряжение питания по заявлениям продавца 5-12 В. В принципе модуль работоспособен и при напряжении 3-4 В. Ток потребления составляет 200-350 мА, возможно в связи с весьма малым сопротивлением нагрузки. При работе наблюдается заметный нагрев микросхемы. Автор обзора испытывал модуль при напряжении питания 3-7 В, видя быстрый рост тока потребления и нагрев микросхемы дальше увеличивать напряжение не решился. Без нагрузки ток, потребляемый устройством, составляет около 10 мА и большей частью определяется током свечения светодиода.

В целом свои функции устройство выполняет, однако длительная работа данного модуля не проверялась, особенно с нагрузкой типа динамика сопротивлением 8 Ом. Автор обзора: Denev

Схема генератора импульсов на 555

Генератор прямоугольных импульсов на NE555 (1Гц— 100кГц)

Представляю Вашему вниманию генератор прямоугольных импульсов(генератор меандра), собранный на основе таймера NE 555 .

Этот генератор может оказаться нужным дополнением в вашей измерительной лаборатории: для проверки различных трактов низкочастотных и высокочастотных схем, усилителей, радиоприемников, передатчиков, телевизоров, а также для экспериментов с различными цифровыми устройствами, и преобразователями.

Как видно из рисунка схема может выдавать шесть фиксированных частот. При необходимости получения определенной частоты, в выбранном диапазоне, необходимо заменить резистор номиналом в 68кОм цепочкой из резисторов 100кОм и 10кОм, как показано на рисунке.

Генератор прямоугольных импульсов на NE555 (1Гц— 100кГц)

Генератор высокого напряжения на NE555

Автор: Sobiratel_sxem, [email protected]
Опубликовано 03.12.2013.
Создано при помощи КотоРед.

На просторах интернета очень много схем посвящено данной тематике и подобным конструкциям. Как правило они не лишены одного своего серьёзного недостатка: все они не имеют системы защиты от обратного напряжения. В большинстве случаев это приводит к печальным последствиям: выгоранию выходных транзисторов и пробою таймера NE555.

Испытывая одну из подобных конструкций я сам спалил пару микросхем NE555 и несколько выходных ключей. Тогда и возникла идея доработки данной схемы и добавления простейшей, но надежной защиты. После проведённой доработки больше при работе не возникало никаких проблем и не сгорело ни одного элемента. Итак, рассмотрим работу устройства подробнее.

Основу данной схемы составляет генератор прямоугольных импульсов на интегральном таймере NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Частота генератора задаётся цепочкой R1-R2-C1. При данных номиналах частота генератора составляет приблизительно 30 килогерц. С выхода генератора через токоограничительный резистор R3 выходной сигнал поступает на вход составного транзистора Т1-Т2. В коллектор транзистора Т2 включена первичная обмотка повышающего выходного трансформатора. Диод VD1 служит для защиты устройства от броска обратного напряжения при закрытии транзистора. Супрессорный диод VD2 защищает транзистор Т2 от пробоя и выбирается по максимальному напряжению коллектор-эмиттер Т2. Супрессорный диод VD3 защищает микросхему DD1 от пробоя. Так как максимальное напряжение питания микросхемы составляет 15 вольт, супрессорный диод следует выбрать на напряжение открывания не более этого значения (или немного превышающим). При работе на вторичной обмотке трансформатора напряжение приблизительно 5-6 киловольт. Это напряжение поступает на вход умножителя УН-9/27. С выхода данного умножителя и снимается высокое напряжение.

Таким образом доработка схемы заключается в установке диода VD1 и супрессорных диодов VD2 и VD3. Несмотря на всю простоту защиты, она дала отличные результаты и надёжную защиту схемы от бросков обратного напряжения.

Следует отметить интересный факт, что генератор собранный по данной схеме имеет так называемый электронный ветер – поток отрицательно заряженных электронов у высоковольтного провода. Его можно обнаружить по холодку при приближении руки к высоковольтному проводу. Поэтому данная схема и используется очень часто при построении ионизаторов воздуха. Кроме того замечен ещё один интересный факт: высокое напряжение с данной установки способно растекаться по поверхности диэлектрических материалов (стеклу, дереву, бумаге, фарфору, пластмассе. ), электризует вокруг себя лежащую бумагу (до того что при проведении рукой по газете, лежащей рядом с установкой по ней пробегают искры).

Ни с одной другой схемой (без умножителя, то есть с переменным напряжением на выходе) таких эффектов не было обнаружено.

Внимание. Не проводите подобные опыты не имея достаточного опыта. Соблюдайте строго технику безопасности! Запомните: Электрический ток – это хороший слуга, но плохой хозяин.

Применяемые детали:

DD1 – NE555 (КР1006ВИ1)

Т2 – КТ8101А (С радиатором)

Трансформатор Tr1 – это переделанный строчный трансформатор от старого лампового телевизора. Для его переделки снимаем первичную обмотку и мотаем свою. Первичная обмотка содержит 8 витков провода ПЭЛ-1.5. Вторичная обмотка (высоковольтная, залитая пластмассой) остается штатной, после чего трансформатор собирается. При сборке следует между половинок сердечника следует сделать зазор около 1 мм из тонкого гетинакса или стеклотекстолита.

Пример №7 — Простой генератор прямоугольных импульсов на NE555

В момент включения схемы, конденсатор C1 разряжен и на выходе 3 таймера NE555 находится высокий уровень. Затем конденсатор C1 через резистор R1 начинает постепенно заряжаться.

В момент, когда потенциал на конденсаторе, и соответственно на выводе 6 (стоп) таймера, достигнет примерно 2/3 напряжения питания, сигнал на выводе 3 переключится на низкий уровень. Теперь конденсатор через сопротивление R1 начинает разряжаться. Когда уровень напряжения на входе 2 (запуск) упадет до 1/3 Uпит., на выходе снова будет высокий уровень. И процесс повторится снова.

Если к выходу добавить еще RC-цепь (выделено красным цветом), то выходной сигнал по форме будет приближен к синусоиде.

Пример №8 — Генератор высокой частоты на NE555

Для таймера NE555 – частота в 360кГц является максимальной, поскольку при увеличении ее, работа схемы становится нестабильной.

Пример №9 — Генератор низкой частоты на NE555

Генератор низкой частоты по сути своей являются таймером времени. Увеличивая емкость электролитического конденсатора можно растянуть временной интервал. При интервале более 30 минут, показания схемы будут неточными.

Пример №10 — Регулируемый генератор прямоугольных импульсов на NE555

Данная схема позволяет устанавливать на выходе таймера необходимую частоту генератора в пределах от 1 Гц до 100 кГц.

Пример №11 — Одновибратор на NE555

При подаче питания на схему одновибратора, на выводе 3 таймера NE555 будет низкий уровень. Запуск одновибратора происходит в момент подачи отрицательного импульса на вход 2 (запуск), при этом на его выходе будет высокий уровень в течение времени определяемое значениями R1 и C1.

Следует иметь в виду, что запускающий импульс должен быть короче выходного. Если же входной сигнал будет дольше, то пока на входе низкий уровень на выходе все время будет высокий. Подробнее о работе одновибратора на 555 таймере читайте здесь.

Пример №12 — Генератор, управляемый напряжением (ГУН) на NE555

Данный генератор иногда называют преобразователь частоты напряжением, так как частота может быть изменена путем изменения входного напряжения.

Как известно вывод 5 таймера 555 предназначен для управления длительностью импульсов на выходе путем подачи на него напряжения, которое должно составлять 2/3 от Uпит. При увеличении управляющего напряжения, увеличивается время заряда/разряда конденсатора и как следствие уменьшается частота на выходе генератора.

Источник: «Применение микросхемы 555», Колин М.

3 комментария

Здравствуйте! Хотел бы поблагодарить за столь простую и доступную схему. Я собираю генеретор импульсов для автосигнализации Pandora DX — 40
для которого необходим вход U-3…100 8Гц. В автомобиле я не нашел такого наминала.
В вашем примере №7 не обозначены номиналы для С1 и R1. Не могли бы вы мне написать их?

Здравствуйте! Хочу на данной микросхеме собрать генератор частоты. Питание потребителя 120 В 400 Гц (повышать хочу трансформатором ТН или ТАН). Получится ли? Если да, то какая схема подходит и какие будут ньюансы? Заранее, благодарю!

Забыл упомянуть, что в качестве потребителя — вентилятор эв-0,7-1640

Простой генератор прямоугольных импульсов на таймере NE555 — Меандр — занимательная электроника

Для начинающих радиолюбителей, и не толь­ко, очень важно иметь в своей домашней лабора­тории, кроме тестера и осциллографа, еще и ге­нератор сигналов, например, генератор импуль­сов. Описание простейшего и недорогого такого генератора, собрать который может даже нови­чок, приведено в этой статье. Для его изготовле­ние достаточно потратить всего 2-3 часа.

Принципиальная схема генератора прямо­угольных импульсов на микросхеме NE555 изоб­ражена на рисунке. Причем выходные цепи это­го генератора не имеют разделительного кон­денсатора. Это позволяет получить на выходе как двухполярные (симметричные и несимметрич­ные) импульсы, так импульсы строго положи­тельной или отрицательной полярности. Для обеспечения этих режимов в схеме использова­но двухполярное питание.

Для питания устройства на схему поступает переменное напряжение приблизительно 18 В, частотой 50 Гц  от любого маломощного трансформатора. Источник питания содержит выпрямитель двухполярного напря­жения на диодном мосте D1…D4 и фильтрующих кон­денсаторов С6…С9, а также два линейных интегральных стабилизатора напряжения: положительного на микросхеме IC1 типа LM317 и отрицательного на IC2 является LM337. Каждое из этих напряжений может регулироваться в переделах от 1,2 до 15 В потенциометрами Р2 и Р3.

С10…С15 — конденсаторы фильтров на выхо­де стабилизаторов.

На микросхеме IC3 собран классический им­пульсный генератор на 555-ом таймере.

Прибор может генерировать импульсы в од­ном из пяти диапазонов частот. Диапазоны пере­ключаются кнопками S1-S5, в качестве которых удобно использовать 5-кнопочный зависимый переключатель П2К с фиксацией.

Частота его работы определяется параметра­ми времязадающей цепи, через которую осуще­ствляется положительная обратная связь (ПОС) с выхода (вывод 3) на вход (выводы 2 и 6) IC3. В эту цепь входят резистор R1 и переменный резистор Р1, а также конденсаторы (в зависимости от включенного диапазона):

• С5 — диапазон 1;
• С4 — диапазон 2;
• СЗ — диапазон 3;
• С2 — диапазон 4;
• С1 — диапазон 5.

Частота импульсов внутри диапазона регули­руется потенциометром Р1.

Период импульсов на выходе NE555 можно при­близительно рассчитать по формуле Т = 1,4 • R • С, а частоту следования этих импульсов — по форму­ле f = 0,7 / (R • С), где R — сопротивление резисто­ров времязадающей цепи (R1+ Р1), а С — емкость конденсатора времязадающей цепи.

Остановить генерацию импульсов можно замк­нув на корпус вывод 2 разъема Х2 (RESET).

Выходные импульсы можно снимать с выво­дов 3…8 разъема Х2.

Амплитуду (размах) выходных импульсов можно изменять, используя потенциометр Р4, а также выходной делитель, если замкнуть вывод 8 Х2 на корпус (на вывод 10 или 11).

Значение минимального и максимального уровня импульсов (от «минуса» до «плюса») мож­но выставлять изменяя напряжения питания с по­мощью Р2 — положительное, а с помощью Р3 — отрицательное.

Микросхема NE555 рассчитана на напряжение питания до 16 В и не имеет защиты от перенапря­жения. Поэтому напряжения на выходах стабили­затора надо регулировать аккуратно увеличивая их от минимумов, предварительно установив «движки» подстроенных резисторов Р2 и РЗ в нижнее по схеме положение. Причем произво­дить это надо так, чтобы разность потенциалов между выводами 4 и 1 IC3 не превышало 15 В. По­мочь в этом могут светодиодные индикаторы HL1 и HL2. HL1 загорается при наличии отрицательно­го напряжения питания на выходе стабилизатора IC2, a HL2 — при достижении разности потенциа­лов между выводами 4 и 1 IC3 значения 14… 15 В.

Собрать этот генератор можно на любой ма­кетной плате в течение получаса.

Можно также поэкспериментировать с этой схемой, например, подавая на вывод 5 IC3 посто­янные и/или переменные напряжения. В этом случае генератор превратиться в ШИМ (широт­но-импульсный модулятор).

В схеме можно использовать и 555-е таймеры КМОП (CMOS) структуры такие, как ICM7555CN, LMC555CN и аналогичные. При этом следует пе­ресчитать номиналы деталей времязадаищих це­пей и выходного делителя, т.к. токи этих микро­схем на порядок меньше. Это может быть хорошей тренировкой при приобретении навыков работы с импульсными устройствами на микросхемах.

Автор: Петр Петров, г. София (Болгария)
Источник: Радиоаматор №11-12, 2016

Схема прямоугольных импульсов. Генератор импульсов.

Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой. Описание работы

Микросхема интегрального таймера 555 была разработана 44 года назад, в 1971 году и до сих пор популярна. Пожалуй, ещё ни одна микросхема так долго не служила людям. Чего только на ней не собирали, даже поговаривают, что номер 555 – это число вариантов её применения:) Одно из классических применений 555 таймера – регулируемый генератор прямоугольных импульсов.
В этом обзоре будет описание генератора, конкретное применение будет в следующий раз.

Плату прислали запечатанной в антистатический пакетик, но микросхема очень дубовая и статикой её так просто не убить.

Схема генератора стандартная для получения скважности импульсов ≤2

Красный светодиод подключен на выход генератора и при малой выходной частоте – мигает.
По китайской традиции, производитель забыл поставить ограничивающий резистор последовательно с верхним подстроечником. По спецификации, он должен быть не менее 1кОм, чтобы не перегружать внутренний ключ микросхемы, однако, реально схема работает и при меньшем сопротивлении – вплоть до 200 Ом, при котором происходит срыв генерации. Добавить ограничивающий резистор на плату затруднительно из-за особенности разводки печатной платы.
Диапазон рабочих частот выбирается установленной перемычной в одной из четырёх позиций
Частоты продавец указал неверно.

Реально измеренные частоты генератора при питающем напряжении 12В
1 – от 0,5Гц до 50Гц
2 – от 35Гц до 3,5kГц
3 – от 650Гц до 65кГц
4 – от 50кГц до 600кГц

Нижний резистор (по схеме) задаёт длительность паузы импульса, верхний резистор задаёт период следования импульсов.
Напряжение питания 4,5-16В, максимальная нагрузка на выходе – 200мА

Стабильность выходных импульсов на 2 и 3 диапазонах невысока из-за применения конденсаторов из сегнетоэлектрической керамики типа Y5V – частота сильно уползает не только при изменении температуры, но даже при изменении питающего напряжения (причём в разы). Рисовать графики не стал, просто поверьте на слово.
На остальных диапазонах стабильность импульсов приемлемая.

Вот что он выдаёт на 1 диапазоне
На максимальном сопротивлении подстроечников

В режиме меандр (верхний 300 Ом, нижний на максимуме)

В режиме максимальной частоты (верхний 300 Ом, нижний на минимум)

В режиме минимальной скважности импульсов (верхний подстроечник на максимуме, нижний на минимуме)

Для китайских производителей: добавьте ограничивающий резистор 300-390 Ом, замените керамический конденсатор 6,8мкФ на электролитический 2,2мкФ/50В, и замените конденсатор 0,1мкФ Y5V на более качественный 47нФ X5R (X7R)
Вот готовая доработанная схема

Себе генератор не переделывал, т.к. указанные недостатки для моего применения не критичны.

Вывод: полезность устройства выясняется, когда какая-либо Ваша самоделка потребует подать на неё импульсы:)
Продолжение следует…

Планирую купить +31 Добавить в избранное Обзор понравился +28 +58

Генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств. Простейший генератор импульсов (мультивибратор) может быть получен из двух-каскадного УНЧ (рис. 6.1). Для этого достаточно соединить вход усилителя с его выходом. Рабочая частота такого генератора определяется значениями R1C1, R3C2 и напряжением питания. На рис. 6.2, 6.3 показаны схемы мультивибраторов, полученные простой перестановкой элементов (деталей) схемы, изображенной на рис. 6.1. Отсюда следует, что одну и ту же простейшую схему можно изобразить различными способами.

Практические примеры использования мультивибратора приведены на рис. 6.4, 6.5.

На рис. 6.4 показана схема генератора, позволяющего плавно перераспределять длительность или яркость свечения светодиодов, включенных в качестве нагрузки в цепи коллекторов. Вращением ручки потенциометра R3 можно управлять соотношением длительностей свечения светодиодов левой и правой ветвей. Если увеличить емкость конденсаторов С1 и С2, частота генерации понизится, светодиоды начнут мигать. При уменьшении емкости этих конденсаторов частота генерации возрастает, мелькание светодиодов сольется в сплошное свечение, яркость которого будет зависеть от положения ручки потенциометра R3. На основе подобного схемного решения могут быть собраны разнообразные полезные конструкции, например, регулятор яркости светодиодного фонарика; игрушка с мигающими глазами; устройство плавного изменения спектрального состава источника излучения (разноцветные светодиоды или миниатюрные лампочки и светосуммирую-щий экран).

Генератор переменной частоты (рис. 6.5) конструкции В. Цибульского позволяет получать плавно изменяющееся со временем по частоте звучание [Р 5/85-54]. При включении генератора его частота возрастает с 300 до 3000 Гц за 6 сек (при емкости конденсатора СЗ 500 мкФ). Изменение емкости этого конденсатора в ту или иную сторону ускоряет или, напротив, замедляет скорость изменения частоты. Плавно изменять эту скорость можно и переменным сопротивлением R6. Для того чтобы этот генератор мог выполнять роль сирены, или быть использованным в качестве генератора качающейся частоты, можно предусмотреть схему принудительного периодического разряда конденсатора СЗ. Такие эксперименты можно рекомендовать для самостоятельного расширения познаний в области импульсной техники.

Управляемый генератор прямоугольных импульсов показан на рис. 6.6 [Р 10/76-60]. Генератор также представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для упрощения схемы генератора достаточно соединить эмиттеры транзисторов конденсатором. Емкость этого конденсатора определяет рабочую частоту генерации. В данной схеме для управления частотой генерации в качестве управляемой напряжением емкости использован варикап. Увеличение запирающего напряжения на варикапе приводит к уменьшению его емкости. Соответственно, как показано на рис. 6.7, возрастает рабочая частота генерации.

Варикап, в порядке эксперимента и изучения принципа работы этого полупроводникового прибора, можно заменить простым диодом. При этом следует учитывать, что германиевые точечные диоды (например, Д9) имеют очень малую начальную емкость (порядка нескольких пФ), и, соответственно, обеспечивают небольшое изменение этой емкости от величины приложенного напряжения. Кремниевые диоды, особенно силовые, рассчитанные на большой ток, а также стабилитроны, имеют начальную емкость 100… 1000 пФ, поэтому зачастую могут быть использованы вместо варикапов. В качестве варикапов можно применить и р-n переходы транзисторов, см. также главу 2.

Для контроля работы сигнал с генератора (рис. 6.6) можно подать на вход частотометра и проверить границы перестройки генератора при изменении величины управляющего напряжения, а также при смене варикапа или его аналога. Рекомендуется полученные результаты (значения управляющего напряжения и частоту генерации) при использовании разного вида варикапов занести в таблицу и отобразить на графике (см., например, рис. 6.7). Отметим, что стабильность генераторов на RC-элементах невысока.

На рис. 6.8, 6.9 показаны типовые схемы генераторов световых и звуковых импульсов, выполненные на транзисторах различного типа проводимости. Генераторы работоспособны в широком диапазоне питающих напряжений. Первый из них вырабатывает короткие вспышки света частотой единицы Гц, второй — импульсы звуковой частоты. Соответственно, первый генератор может быть использован в качестве маячка, светового метронома, второй — в качестве звукового генератора, частота колебаний которого зависит от положения ручки потенциометра R1. Эти генераторы можно объединить в единое целое. Для этого достаточно один из генераторов включить в качестве нагрузки другого, либо параллельно ей. Например, вместо цепочки из светодиода HL1, R2 или параллельно ей (рис. 6.8) можно включить генератор по схеме на рис. 6.9. В итоге получится устройство периодической звуковой или светозвуковой сигнализации.

Генератор импульсов (рис. 6.10), выполненный на составном транзисторе (п-р-п и р-п-р), не содержит конденсаторов (в качестве частотозадающего конденсатора использован пьезокерамиче-ский излучатель BF1). Генератор работает при напряжении от 1 до 10 Б и потребляет ток от 0,4 до 5 мА. Для повышения громкости звучания пьезокерамического излучателя его настраивают на резонансную частоту подбором резистора R1.

На рис. 6.11 показан достаточно оригинальный генератор релаксационных колебаний, выполненный на биполярном лавинном транзисторе.

Генератор содержит в качестве активного элемента транзистор микросхемы К101КТ1А с инверсным включением в режиме с «оборванной» базой. Лавинный транзистор может быть заменен его аналогом (см. рис. 2.1).

Устройства (рис. 6.11) часто используют для преобразования измеряемого параметра (интенсивности светового потока, температуры, давления, влажности и т.д.) в частоту при помощи резистивных или емкостных датчиков.

При работе генератора конденсатор, подключенный параллельно активному элементу, заряжается от источника питания через резистор. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя активного элемента (лавинного транзистора, динистора или т.п. элемента), происходит разряд конденсатора на сопротивление нагрузки, после чего процесс повторяется с частотой, определяемой постоянной RC-цепи. Резистор R1 ограничивает максимальный ток через транзистор, препятствуя его тепловому пробою. Времязадающая цепь генератора (R1C1) определяет рабочую область частот генерации. В качестве индикатора звуковых колебаний при качественном контроле работы генератора используют головные телефоны. Для количественной оценки частоты к выходу генератора может быть подключен частотомер или счетчик импульсов.

Устройство работоспособно в широком интервале изменения параметров: R1 от 10 до 100 кОм (и даже до 10 МОм), С1 — от 100 пФ до 1000 мкФ, напряжения питания от 8 до 300 В. Потребляемый устройством ток обычно не превышает одного мА. Возможна работа генератора в ждущем режиме: при замыкании базы транзистора на землю (общую шину) генерация срывается. Преобразователь-генератор (рис. 6.11) может быть использован и в режиме сенсорного ключа, простейшего Rx-и Сх-метра, перестраиваемого широкодиапазонного генератора импульсов и т.д.

Генераторы импульсов (рис. 6.12, 6.13) также выполнены на лавинных транзисторах микросхемы К101КТ1 типа п-р-п или К162КТ1 типа р-п-р, динисторах, или их аналогах (см. рис. 2.1). Генераторы работают при напряжении питания выше 9 Б и вырабатывают напряжение треугольной формы. Выходной сигнал снимается с одного из выводов конденсатора. Входное сопротивление следующего за генератором каскада (сопротивление нагрузки) должно в десятки раз превышать величину сопротивления R1 (или R2). Низкоомную нагрузку (до 1 кОм) можно включать в коллекторную цепь одного из транзисторов генератора.

Довольно простые и часто встречающиеся на практике генераторы импульсов (блокинг-генераторы) с использованием индуктивной обратной связи показаны на рис. 6.14 [А. с. СССР 728214], 6.15 и 6.16. Такие генераторы обычно работоспособны в широком диапазоне изменения напряжения питания. При сборке блокинг-генераторов необходимо соблюдать фазировку выводов: при неправильном подключении «полярности» обмотки генератор не заработает.

Подобные генераторы можно использовать при проверке трансформаторов на наличие межвитковых замыканий (см. главу 32): никаким иным методом такие дефекты не могут быть выявлены.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

5.6 Генераторы импульсов

Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц.

На рис. 116 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки SB1. На логических элементахDD1.1 и DD1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки SB1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 – напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке – наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.

На рис. 117 показана схема простейшего генератора импульсов на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К 1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К 1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор – цикл повторяется.

Частота переключении электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использовании реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно один раз в секунду.

Такой генератор можно использовать, например, для коммутации гирлянд на новогодней елке, для получения других световых

эффектов. Его недостаток – необходимость использования конденсатора значительной емкости.

На рис. 118 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада.

Реле К 1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15…17 В и токе 20…50 мА.

В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 119, использованы логические элементы микросхемы DD1 и полевой транзистор VT1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 генерируются импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность напряжения высокого уровня на выходе генератора, а резистор R3 – длительность напряжения низкого уровня. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1…2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 – 10…15 МОм. Транзистор VT1 может быть любым из серий КП302, КП303

При наличии микросхемы КМОП (серия К176, К561) можно собрать широкодиапазонный генератор импульсов без применения полевого транзистора.

Схема приведена на рис. 120. Для удобства установки частоты емкость конденсатора времязадающей цепи изменяют галетным переключателем SA1. Диапазон частот, формируемых генератором, составляет 1…10 000 Гц.

На рис. 121 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью. Скважность, т. е. отношение периода следования импульсов к длительности напряжения высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.

Генератор, схема которого приведена на рис. 122, вырабатывает импульсы как прямоугольной, так и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1. 3. На конденсаторе С2 и резисторе R2 собрана дифференцирующая цепь, благодаря которой на выходе логического элемента DD1.5 форми-

руются короткие положительные импульсы (длительностью около 1 мкс). На полевом транзисторе VT2 и переменном резисторе R4 выполнен регулируемый стабилизатор тока. Этот ток заряжает конденсатор С3, и напряжение на нем линейно возрастает. В момент поступления на базу транзистора VT1 короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На его обкладках таким образом формируется пилообразное напряжение.

Резистором R4 регулируют ток зарядки конденсатора и, следовательно, крутизну нарастания пилообразного напряжения и его амплитуду. Конденсаторы С1 и СЗ подбирают исходя из требуемой частоты импульсов.

Иногда возникает необходимость в построении генератора, который формирует число импульсов, соответствующее номеру нажатой кнопки.

Принципиальная схема устройства (первый вариант), реализующего такую возможность, приведена на рис. 123. Функционально оно включает генератор импульсов, счетчик и дешифратор. Генератор прямоугольных импульсов собран на логических элементах DD1.3 и DD1.4. Частота следования импульсов около 10 Гц. С выхода генератора импульсы поступают на вход двоично-десятичного счетчика, выполненного на микросхеме DD2. Четыре выхода счетчика соединены со входами микросхемы DD3, представляющей собой дешифратор на 4 входа и 16 выходов.

При подаче питающего напряжения на правых (по схеме) контактах всех пятнадцати кнопок SB I-SB 15 будет напряжение низкого уровня, обеспечиваемое наличием низкоомного резистора R5. Это напряжение подается на вход ждущего мультивибратора, выполненного на элементах DD1.1, DD1.2 и конденсаторе С1, и

гасящего импульсы дребезга контактов кнопок. На выходе ждущего мультивибратора – напряжение низкого уровня, поэтому генератор импульсов не работает. При нажатии одной из кнопок конденсатор С3 мгновенно заряжается через диод VD1 до напряжения высокого уровня, в результате чего на выводах 2 и 3 счетчика DD2 появляется напряжение низкого уровня, устанавливающее его в рабочее состояние. Одновременно через замкнутый контакт нажатой кнопки напряжение высокого уровня подается на вход ждущего мультивибратора, и импульсы генератора поступают на вход счетчика. При этом на выходах дешифратора последовательно появляется напряжение низкого уровня. Как только оно появится на выходе, с которым соединен контакт нажатой кнопки, подача импульсов на вход счетчика прекратится. С вывода 11 элемента DD1.4 будет снято число импульсов, соответствующее номеру нажатой кнопки. Если продолжать удерживать кнопку нажатой, то через некоторое время конденсатор СЗ разрядится через резистор R2, счетчик DD2 установится в нулевое состояние и генератор выдаст новую серию импульсов. До окончания серии импульсов кнопку отпускать нельзя.

В устройстве использованы резисторы МЛТ-0,25; оксидные конденсаторы – К50-6. Транзисторы VT1, VT2 могут быть серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ201, диод VD1 – серий Д7, Д9, Д311. Кнопки SB 1 -SB 15 – типов П2К, KM 1-1 и др.

Настройка числоимпульсного генератора заключается в установке подбором резистора R1 и конденсатора С2 требуемой частоты следования импульсов генератора, которая может быть в пределах от единиц герц до десятков килогерц. При частоте выше 100 Гц для выдачи полной серии импульсов требуется время не более 0,15 с, поэтому кнопку можно не удерживать пальцем – короткого нажатия ее вполне достаточно для формирования пачки импульсов.

На рис. 124 представлена схема еще одного числоимпульсного генератора (второй вариант), по принципу работы аналогичного описанному выше. Благодаря применению микросхем серии К176 схема генератора упростилась. Генератор формирует от 1 до 9 импульсов.

В двух описанных выше вариантах числоимпульсных генераторов необходимо удерживать кнопку нажатой до окончания серии импульсов, в противном случае на выход поступит неполная пачка импульсов. Это является недостатком. На рис. 125 приведена схема третьего варианта числоимпульсного генератора, в котором импульсы начинают вырабатываться после отпускания кнопки.

На микросхемах DD1, DD2 и диодах VD1-VD3 собран шифратор, преобразующий десятичное число в двоичный код. Сигналы с выходов шифратора подаются на входы D1, D2, D4, D8 микросхемы

DD4 (реверсивный счетчик) и на входы логического элемента 4ИЛИ-HE(DD3.1).

Рассмотрим работу генератора при нажатии кнопки SB3. Когда кнопка нажата, на выходах логических элементов DD1.1 и DD1.2 установится напряжение высокого уровня, а на выходах DD2.1, DD2.2 сохранится напряжение низкого уровня. На выходе логического элемента DD3.1 появится напряжение низкого уровня, которое через дифференцирующую цепь C1R11 поступит на вход С реверсивного счетчика DD4 и установит его в состояние 1100. При этом на выходе логического элемента DD3.2 установится напряжение низкого уровня, которое инвертируется логическим элементом DD5.1 и подготавливает к работе генератор на логических элементах DD5.2-DD5.4. После отпускания кнопки SB3 на выходе элемента DD3.1 появится напряжение высокого уровня, которое будет подано на выход 12 микросхемы DD5; начнет работать генератор. Импульсы с его выхода (вывод 11 микросхемы DD5) поступают на вход -1 реверсивного счетчика. При этом происходит уменьшение числа, записанного в счетчике, и на выходах 1, 2, 4, 8 счетчика последовательно появляются комбинации логических уровней 0100, 1000, 0000. При установке счетчика в состояние 0000 на выходе логического элемента DD3.2 установится напряжение высокого уровня, и генератор остановится. На выход поступит три импульса.

Частота импульсов генератора определяется элементами С2 и R 12 и может изменяться в широких пределах (от единиц герц до сотен килогерц).

В описанных здесь генераторах импульсов можно использовать резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы К50-6, КМ-6. Транзисторы КТ315Б можно заменить транзисторами из серий КТ312, КТ315, КТ316, КТ503. Диоды – любые из серий Д7, Д9, Д311. Кнопки – типов П2К, КМ1 и др. Микросхемы могут быть серий К 133, К 134, К 136, К158, КР531, К555 для первого и третьего вариантов; К561 – для второго варианта.

Генераторы прямоугольных импульсов широко используются в радиотехнике, телевидении, системах автоматического управления и вычислительной технике.

Для получения импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами широко применяются устройства, принцип работы которых основан на использовании электронных усилителей с положительной обратной связью. К этим устройствам относятся так называемые релаксационные генераторы – мультивибраторы, блокинг-генераторы. Эти генераторы могут работать в одном из следующих режимов: ждущем, автоколебательном, синхронизации и деления частоты.

В ждущем режиме генератор имеет одно устойчивое состояние равновесия. Внешний запускающий импульс вызывает скачкообразный переход ждущего генератора в новое состояние, которое не является устойчивым. В этом состоянии, называемом квазиравновесным, или временно устойчивым, в схеме генератора происходят относительно медленные процессы, которые в конечном итоге приводят к обратному скачку, после чего устанавливается устойчивое исходное состояние. Длительность состояния квазиравновесия, определяющая длительность генерируемого прямоугольного импульса, зависит от параметров схемы генератора. Основными требованиями к ждущим генераторам является стабильность длительности формируемого импульса и устойчивость его исходного состояния. Ждущие генераторы применяются, прежде всего, для получения определенного временного интервала, начало и конец которого фиксируются соответственно фронтом и спадом генерируемого прямоугольного импульса, а также для расширения импульсов, для деления частоты повторения импульсов и других целей.

В автоколебательном режиме генератор имеет два состояния квазиравновесия и не имеет ни одного устойчивого состояния. В этом режиме без какого-либо внешнего воздействия генератор последовательно переходит скачком из одного состояния квазиравновесия в другое. При этом генерируются импульсы, амплитуда, длительность и частота повторения которых определяются в основном только параметрами генератора. Основным требованием, предъявляемым к таким генераторам, является высокая стабильность частоты автоколебаний. Между тем в результате изменения питающих напряжений, смены и старения элементов, воздействия других факторов (температуры, влажности, наводок и т. п.) стабильность частоты автоколебаний генератора обычно невелика.

В режиме синхронизации или деления частоты частота повторения генерируемых импульсов определяется частотой внешнего синхронизирующего напряжения (синусоидального или импульсного), подаваемого в схему генератора. Частота повторения импульсов равна или кратна частоте синхронизирующего напряжения.

Генератор периодически повторяющихся прямоугольных импульсов релаксационного типа называется мультивибратором.

Схема мультивибратора может быть реализована как на дискретных элементах, так и в интегральном исполнении.

Мультивибратор на дискретных элементах. В таком мультивибраторе используют два усилительных каскада, охваченных обратной связью. Одна ветвь обратной связи образована конденсатором и резистором, а другая – и (рис. 6.16).

состояний и обеспечивает генерирование периодически повторяющихся импульсов, форма которых близка прямоугольной.

В мультивибраторе оба транзистора могут находиться в активном режиме очень короткое время, так как в результате действия положительной обратной связи схема скачком переходит в состояние, когда один транзистор открыт, а другой закрыт.

Примем для определенности, что в момент времени транзисторVT 1 открыт и насыщен, а транзисторVT 2 закрыт (рис. 6.17). Конденсаторза счет тока, протекавшего в схеме в предшествующие моменты времени, заряжен до определенного напряжения. Полярность этого напряжения такова, что к базе транзистораVT 2 относительно эмиттера приложено отрицательное напряжение иVT 2 закрыт. Поскольку один транзистор закрыт, а другой открыт и насыщен, в схеме не выполняется условие самовозбуждения, так как коэффициенты усиления каскадов
.

В таком состоянии в схеме протекают два процесса. Один процесс связан с протеканием тока перезаряда конденсатора от источника питания по цепи резистор – открытый транзистор VT 1 .Второй процесс обусловлен зарядом конденсатора через резистор
и базовую цепь транзистораVT 1 , в результате напряжение на коллекторе транзистора VT 2 увеличивается (рис. 6.17). Поскольку резистор, включаемый в базовую цепь транзистора, имеет большее сопротивление, чем коллекторный резистор (
), время заряда конденсатора меньше времени перезаряда конденсатора.

открыт, поскольку его база оказывается подключенной к положительному полюсу источника питания через резистор .

Базовое
и коллекторное
напряжения транзистораVT 1 при этом не изменяются. Это состояние схемы называется квазиустойчивым.

В момент времени по мере перезаряда конденсатора напряжение на базе транзистора VT 2 достигает напряжения открывания и транзистор VT 2 переходит в активный режим работы, для которого
. При открывании VT 2 увеличивается коллекторный ток и соответственно уменьшается
. Уменьшение
вызывает снижение базового тока транзистораVT 1 , что, в свою очередь, приводит к уменьшению коллекторного тока . Снижение токасопровождается увеличением базового тока транзистораVT 2 , поскольку ток, протекающий через резистор
, ответвляется в базу транзистораVT 2 и
.

После того как транзистор VT 1 выйдет из режима насыщения, в схеме выполняется условие самовозбуждения:
. При этом процесс переключения схемы протекает лавинообразно и заканчивается, когда транзистор VT 2 переходит в режим насыщения, а транзистор VT 1 – в режим отсечки.

В дальнейшем практически разряженный конденсатор (
) заряжается от источника питания по цепи резистор
– базовая цепь открытого транзистора VT 2 по экспоненциальному закону с постоянной времени
. В результате в течение времени
происходит увеличение напряжения на конденсаторе до
и формируется фронт коллекторного напряжения
транзистораVT 1 .

Закрытое состояние транзистора VT 1 обеспечивается тем, что первоначально заряженный до напряжения конденсатор через открытый транзисторVT 2 подключен к промежутку база – эмиттер транзистора VT 1 , чем поддерживается отрицательное напряжение на его базе. С течением времени запирающее напряжение на базе изменяется, поскольку конденсатор перезаряжается по цепи резистор – открытый транзистор VT 2 . В момент времени напряжение на базе транзистора VT 1 достигает значения
и он открывается.

В схеме снова выполняется условие самовозбуждения и развивается регенеративный процесс, в результате которого транзистор VT 1 переходит в режим насыщения, а VT 2 закрывается. Конденсатор оказывается заряженным до напряжения
, а конденсатор практически разряжен(
). Это соответствует моменту времени , с которого началось рассмотрение процессов в схеме. На этом полный цикл работы мультивибратора заканчивается, так как в дальнейшем процессы в схеме повторяются.

Как следует из временной диаграммы (рис. 6.17), в мультивибраторе периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы можно снимать с коллекторов обоих транзисторов. В случае, когда нагрузка подключается к коллектору транзистора VT 2 , длительность импульсов определяется процессом перезаряда конденсатора , а длительность паузы – процессом перезаряда конденсатора .

Цепь перезаряда конденсатора содержит один реактивный элемент, поэтому , где
;
;.

Таким образом, .

Процесс перезаряда заканчивается в момент времени, когда
. Следовательно, длительность положительного импульса коллекторного напряжения транзистораVT 2 определяется формулой:

.

В том случае, когда мультивибратор выполнен на германиевых транзисторах, формула упрощается , поскольку
.

Процесс перезаряда конденсатора , который определяет длительность паузымежду импульсами коллекторного напряжения транзистораVT 2 , протекает в такой же эквивалентной схеме и при тех же условиях, что и процесс перезаряда конденсатора , только с другой постоянной времени:
. Поэтому формула для расчета аналогична формуле для расчета:

.

Обычно в мультивибраторе длительность импульса и длительность паузы регулируют, изменяя сопротивление резисторов и.

Длительности фронтов зависят от времени открывания транзисторов и определяются временем заряда конденсатора через коллекторный резистор того же плеча
. При расчете мультивибратора необходимо выполнить условие насыщения открытого транзистора
. Для транзистораVT 2 без учета тока
перезаряда конденсатораток
. Следовательно, для транзистораVT 1 условие насыщения
, а для транзистораVT 2 –
.

Частота генерируемых импульсов
. Основным препятствием увеличения частоты генерирования импульсов является большая длительность фронта импульсов. Снижение длительности фронта импульса за счет уменьшения сопротивлений коллекторных резисторов может привести к невыполнению условия насыщения.

При большой степени насыщения в рассмотренной схеме мультивибратора возможны случаи, когда после включении оба транзистора насыщены и колебания отсутствуют. Это соответствует жесткому режиму самовозбуждения. Для предотвращения этого следует выбирать режим работы открытого транзистора вблизи границы насыщения, чтобы сохранить достаточный коэффициент усиления в цепи обратной связи, а также использовать специальные схемы мультивибраторов.

Если длительность импульса равна длительности, что обычно достигается при , то такой мультивибратор называетсясимметричным.

Длительность фронта генерируемых мультивибратором импульсов можно существенно уменьшить, если дополнительно ввести в схему диоды (рис. 6.18).

Когда, например, закрывается транзистор VT 2 и начинает увеличиваться коллекторное напряжение, то к диоду VD 2 прикладывается обратное напряжение, он закрывается и тем самым отключает заряжающийся конденсатор от коллектора транзистораVT 2 . В результате ток заряда конденсатора протекает уже не через резистор, а через резистор . Следовательно, длительность фронта импульса коллекторного напряжения
теперь определяется только процессом закрывания транзистора VT 2 . Аналогично работает и диод VD 1 при заряде конденсатора .

Хотя в такой схеме длительность фронта существенно уменьшена, время заряда конденсаторов, которое ограничивает скважность импульсов, практически не изменяется. Постоянные времени
и
не могут быть уменьшены за счет снижения. Резисторв открытом состоянии транзистора через открытый диод подключается параллельно резистору .В результате при
возрастает потребляемая схемой мощность.

Мультивибратор на интегральных схемах (рис. 6.19).Простейшая схема содержит два инвертирующих логических элемента ЛЭ1 и ЛЭ2 , две времязадающие цепочки
и
и диодыVD 1 , VD 2 .

В момент времени
и на выходеЛЭ2
. В результате на вход ЛЭ1 через конденсатор , который заряжен до напряжения
, подается напряжение иЛЭ1 переходит в состояние нуля
. Так как напряжение на выходе ЛЭ1 уменьшилось, то конденсатор начинает разряжаться. В результате на резисторе возникнет напряжение отрицательной полярности, откроется диод VD 2 и конденсатор быстро разрядится до напряжения
. После окончания этого процесса напряжение на входе ЛЭ2
.

Одновременно в схеме протекает процесс заряда конденсатора и с течением времени напряжение на входе ЛЭ1 уменьшается. Когда в момент времени напряжение
,
,
. Процессы начинают повторяться. Опять происходит заряд конденсатора , а конденсатор разряжается через открытый диод VD 1 . Поскольку сопротивление открытого диода намного меньше сопротивления резисторов , и, разряд конденсаторов и происходит быстрее, чем их заряд.

Напряжение на входе ЛЭ1 в интервале времени
определяется процессом заряда конденсатора :, где
;
– выходное сопротивление логического элемента в состоянии единицы;
;
, откуда
. Когда
, заканчивается формирование импульса на выходе элемента ЛЭ2 , следовательно, длительность импульса

.

Длительность паузы между импульсами (интервал времени от до ) определяется процессом заряда конденсатора , поэтому

.

Длительность фронта генерируемых импульсов определяется временем переключения логических элементов.

На временной диаграмме (рис. 6.20) амплитуда выходных импульсов не меняется:
, поскольку при ее построении не учитывалось выходное сопротивление логического элемента. С учетом конечности этого выходного сопротивления амплитуда импульсов будет изменяться.

Недостатком рассмотренной простейшей схемы мультивибратора на логических элементах является жесткий режим самовозбуждения и связанное с этим возможное отсутствие колебательного режима работы. Этот недостаток схемы можно исключить, если дополнительно ввести логический элемент И (рис. 6.21).

Когда мультивибратор генерирует импульсы, то на выходе ЛЭ3
, поскольку
. Однако вследствие жесткого режима самовозбуждения возможен такой случай, когда при включении напряжения источника питания из-за малой скорости нарастания напряжения ток заряда конденсаторов и оказывается небольшим. При этом падение напряжения на резисторах и может быть меньше порогового
и оба элемента(ЛЭ1 и ЛЭ2 ) окажутся в состоянии, когда напряжения на их выходах
. При таком сочетании входных сигналов на выходе элемента ЛЭ3 возникнет напряжение
, которое через резистор подается на вход элемента ЛЭ2 . Так как
, то ЛЭ2 переводится в состояние нуля и схема начинает генерировать импульсы.

Для построения генераторов прямоугольных импульсов наряду с дискретными элементами и ЛЭ в интегральном исполнении используются операционные усилители.

поэтому напряжение на инвертирующем входе
зависит не только от напряжения на выходе усилителя, но и является функцией времени, поскольку
.

Процессы, протекающие в мультивибраторе, рассмотрим, начиная с момента времени (рис. 6.23), когда напряжение на выходе положительное ( ). При этом конденсатор в результате процессов, протекавших в предшествующие моменты времени, заряжен таким образом, что к инвертирующему входу приложено отрицательное напряжение.

На неинвертирующем входе действует положительное напряжение
. Напряжение
остается постоянным, а напряжение на инвертирующем входе
с течением времени увеличивается, стремясь к уровню
, поскольку в схеме протекает процесс перезаряда конденсатора .

Однако пока
, состояние усилителя определяет напряжение на неинвертирующем входе и на выходе сохраняется уровень
.

В момент времени напряжения на входах операционного усилителя становятся равными:
. Дальнейшее незначительное увеличение
приводит к тому, что дифференциальное (разностное) напряжение на инвертирующем входе усилителя
оказывается положительным, поэтому напряжение на выходе резко уменьшается и становится отрицательным
. Так как напряжение на выходе операционного усилителя изменило полярность, то конденсатор в дальнейшем перезаряжается и напряжение на нем, а также напряжение на инвертирующем входе стремятся к
.

В момент времени опять
и затем дифференциальное (разностное) напряжение на входе усилителя
становится отрицательным. Так как оно действует на инвертирующем входе, то напряжение на выходе усилителя скачком опять принимает значение
. Напряжение на неинвертирующем входе также скачком изменяется
. Конденсатор , который к моменту времени зарядился до отрицательного напряжения, опять перезаряжается и напряжение на инвертирующем входе возрастает, стремясь к
. Так как при этом
, то напряжение на выходе усилителя сохраняется постоянным. Как следует из временной диаграммы (рис. 6.23), в момент времени полный цикл работы схемы заканчивается и в дальнейшем процессы в ней повторяются. Таким образом, на выходе схемы генерируются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы, амплитуда которых при
равна
. Длительность импульсов (интервал времени
) определяется временем перезаряда конденсатора по экспоненциальному закону от
до
с постоянной времени
, где
– выходное сопротивление операционного усилителя. Поскольку во время паузы (интервал
) перезаряд конденсатора происходит в точно таких же условиях, что и при формировании импульсов, то
. Следовательно, схема работает как симметричный мультивибратор.

происходит с постоянной времени
. При отрицательном напряжении на выходе (
) открыт диодVD 2 и постоянная времени перезаряда конденсатора , определяющая длительность паузы,
.

Ждущий мультивибратор или одновибратор имеет одно устойчивое состояние и обеспечивает генерирование прямоугольных импульсов при подаче на вход схемы коротких запускающих импульсов.

Одновибратор на дискретных элементах состоит из двух усилительных каскадов, охваченных положительной обратной связью (рис. 6.25).

транзистора VT 1 зависит от коллекторного тока транзистора VT 2 . Такую схему называют одновибратором с эмиттерной связью. Параметры схемы рассчитываются таким образом, чтобы в исходном состоянии в отсутствие входных импульсов транзистор VT 2 был открыт и насыщен, а VT 1 находился в режиме отсечки. Такое состояние схемы, являющееся устойчивым, обеспечивается при выполнении условий:
.

Положим, что одновибратор находится в устойчивом состоянии. Тогда токи и напряжения в схеме будут постоянными. База транзистора VT 2 через резистор подключена к положительному полюсу источника питания, что в принципе обеспечивает открытое состояние транзистора. Для расчета коллекторного
и базового токов имеем систему уравнений

.

Определив отсюда токи
и , условие насыщения запишем в виде:

.

Если учесть, что
и
, тополученное выражение существенно упрощается:
.

На резисторе за счет протекания токов ,
создается падение напряжения
. В результате разность потенциалов между базой и эмиттером транзистораVT 1 определяется выражением:

Если в схеме выполняется условие
, то транзисторVT 1 закрыт. Конденсатор при этом заряжен до напряжения . Полярность напряжения на конденсаторе указана на рис. 6.25.

Положим, что в момент времени (рис. 6.26) на вход схемы поступает импульс , амплитуда которого достаточна для открывания транзистораVT 1 . В результате в схеме начинается процесс открывания транзистора VT 1 сопровождающийся увеличением коллекторного тока и уменьшением коллекторного напряжения .

Когда транзистор VT 1 открывается, конденсатор оказывается подключенным к области база – эмиттер транзистора VT 2 таким образом, что потенциал базы становится отрицательным и транзистор VT 2 переходит в режим отсечки. Процесс переключения схемы носит лавинообразный характер, поскольку в это время в схеме выполняется условие самовозбуждения. Время переключения схемы определяется длительностью процессов включения транзистора VT 1 и выключения транзистора VT 2 и составляет доли микросекунды.

При закрывании транзистора VT 2 через резистор перестают протекать коллекторный и базовый токи VT 2 . В результате транзистор VT 1 остается в открытом состоянии даже после окончания входного импульса. В это время на резисторе падает напряжение
.

Состояние схемы, когда транзистор VT 1 открыт, а VT 2 закрыт, является квазиустойчивым. Конденсатор через резистор , открытый транзистор VT 1 и резистор оказывается подключенным к источнику питания таким образом, что напряжение на нем имеет встречную полярность. В схеме протекает ток перезаряда конденсатора , и напряжение на нем, а следовательно, и на базе транзистора VT 2 стремится к положительному уровню.

Изменение напряжения
носит экспоненциальный характер:, где
. Начальное напряжение на базе транзистораVT 2 определяется напряжением, до которого первоначально заряжен конденсатор и остаточным напряжением на открытом транзисторе:

Предельное значение напряжения, к которому стремится напряжение на базе транзистора VT 2 , .

Здесь учтено, что через резистор протекает не только ток перезаряда конденсатора , но и ток открытого транзистораVT 1 . Следовательно, .

В момент времени напряжение
достигает напряжения отпирания
и транзисторVT 2 открывается. Появившийся коллекторный ток создает дополнительное падение напряжения на резисторе , что приводит к уменьшению напряжения
. Это вызывает уменьшение базового и коллекторноготоков и соответствующее увеличение напряжения
. Положительное приращение коллекторного напряжения транзистораVT 1 через конденсатор передается в цепь базы транзистора VT 2 и способствует еще большему нарастанию его коллекторного тока . В схеме опять развивается регенеративный процесс, оканчивающийся тем, что транзисторVT 1 закрывается, а транзистор VT 2 переходит в режим насыщения. На этом процесс генерирования импульса заканчивается. Длительность импульса определяется, если положить
: .

После окончания импульса в схеме протекает процесс заряда конденсатора по цепи, состоящей из резисторов
, и эмиттерной цепи открытого транзистора VT 2 . В начальный момент базовый ток транзистораVT 2 равен сумме токов заряда конденсатора : тока , ограниченного сопротивлением резистора
, и тока, протекающего через резистор . По мере заряда конденсатора ток уменьшается и соответственно снижается ток базы транзистораVT 2 , стремясь к стационарному значению, определяемому резистором . В результате в момент открывания транзистора VT 2 падение напряжения на резисторе оказывается больше стационарного значения, что приводит к увеличению отрицательного напряжения на базе транзистора VT 1 . Когда напряжение на конденсаторе достигает значения
схема переходит в исходное состояние. Длительность процесса дозаряда конденсатора , который называется этапом восстановления, определяется соотношением .

Минимальный период повторения импульсов одновибратора
, а максимальная частота
. Если интервал между входными импульсами окажется меньше, то конденсатор не успеет дозарядиться и это приведет к изменению длительности генерируемых импульсов.

Амплитуда генерируемых импульсов определяется разностью напряжений на коллекторе транзистора VT 2 в закрытом и открытом состояниях .

Одновибратор можно реализовать на базе мультивибратора, если одну ветвь обратной связи сделать не емкостной, а резисторной и ввести источник напряжения
(рис. 6.27). Такая схема называется одновибратором с коллекторно-базовыми связями.

К базе транзистора VT 2 приложено отрицательное напряжение и он закрыт. Конденсатор заряжен до напряжения
. В случае германиевых транзисторов
.

Конденсатор , исполняющий роль форсирующего конденсатора, заряжен до напряжения
. Это состояние схемы является устойчивым.

При подаче на базу транзистора VT 2 отпирающего импульса (рис. 6.28) в схеме начинают протекать процессы открывания транзистора VT 2 и закрывания транзистора VT 1 .

При этом выполняется условие самовозбуждения, развивается регенеративный процесс и схема переходит в квазиустойчивое состояние. Транзистор VT 1 оказывается в закрытом состоянии, поскольку за счет заряда на конденсаторе к его базе прикладывается отрицательное напряжение. Транзистор VT 2 остается в открытом состоянии и после окончания входного сигнала, так как потенциал коллектора транзистора VT 1 при его закрывании увеличился, и соответственно возросло напряжение на базе VT 2 .

При переключении схемы формируется фронт выходного импульса, который обычно снимается с коллектора транзистора VT 1 . В дальнейшем в схеме протекает процесс перезаряда конденсатора .Напряжение на нем
, а следовательно, и напряжение на базе транзистора VT 1 изменяется по экспоненциальному закону
,где
.

Когда в момент времени напряжение на базе достигает значения
, транзистор VT 1 открывается, напряжение на его коллекторе
уменьшается и закрывается транзистор VT 2 . При этом формируется срез выходного импульса. Длительность импульса получим, если положить
:

.

Так как
, то . Длительность среза
.

В дальнейшем в схеме протекает ток заряда конденсатора через резистор
и базовую цепь открытого транзистораVT 1 . Длительность этого процесса, который определяет время восстановления схемы,
.

Амплитуда выходных импульсов в такой схеме одновибратора практически равна напряжению источника питания.

Одновибратор на логических элементах . Для реализации одновибратора на логических элементах обычно используют элементы И-НЕ. Структурная схема такого одновибратора включает два элемента (ЛЭ1 и ЛЭ2 ) и времязадающую цепочку
(рис. 6.29). Входы ЛЭ2 объединены, и он работает как инвертор. Выход ЛЭ2 соединен с одним из входов ЛЭ1 , а на другой его вход подается управляющий сигнал.

Чтобы схема находилась в устойчивом состоянии, на управляющий вход ЛЭ1 необходимо подать напряжение (рис. 6.30). При этом условииЛЭ2 находится в состоянии «1», а ЛЭ1 – в состоянии «0». Любая другая комбинация состояний элементов не является устойчивой. В таком состоянии схемы на резисторе имеется некоторое падение напряжения, которое обусловлено током ЛЭ2 , протекающим в

его входной цепи. Схема генерирует прямоугольный импульс при кратковременном уменьшении (момент времени ) входного напряжения
. Через интервал времени, равный
(не показан на рис. 6.29), на выходеЛЭ1 напряжение увеличится. Этот скачок напряжения через конденсатор передается на вход ЛЭ2 . Элемент ЛЭ2 переключается в состояние «0». Таким образом, на входе 1 ЛЭ1 через интервал времени
начинает действовать напряжение
и этот элемент останется в состоянии единицы, если даже по истечении времени
напряжение
опять станет равно логической «1». Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы длительность входного импульса
.

По мере заряда конденсатора выходной ток ЛЭ1 уменьшается. Соответственно уменьшается падение напряжения на :
. Одновременно несколько увеличивается напряжение
, стремясь к напряжению
, которое при переключенииЛЭ1 в состояние «1» было меньше
за счет падения напряжения на выходном сопротивлении ЛЭ1 . Это состояние схемы является временно устойчивым.

В момент времени напряжение
достигает порогового
и элементЛЭ2 переключается в состояние «1». На вход 1 ЛЭ1 подается сигнал
и он переключается в состояние лог. «0». При этом конденсатор , который в интервале времени от до зарядился, начинает разряжаться через выходное сопротивление ЛЭ1 и диод VD 1 . По истечении времени , определяемого процессом разряда конденсатора , схема переходит в исходное состояние.

Таким образом, на выходе ЛЭ2 генерируется импульс прямоугольной формы. Длительность его, зависящая от времени уменьшения
до
, определяется соотношением
, где
– выходное сопротивлениеЛЭ1 в состоянии «1». Время восстановления схемы , где
– выходное сопротивление ЛЭ1 в состоянии «0»; – внутреннее сопротивление диода в открытом состоянии.

и напряжение на инвертирующем входе невелико:
, где
падение напряжения на диоде в открытом состоянии. На неинвертирующем входе напряжение также постоянное:
, и так как
, то на выходе поддерживается неизменное напряжение
.

При подаче в момент времени входного импульса положительной полярности амплитудой
напряжение на неинвертирующем входе становится больше напряжения на инвертирующем входе и выходное напряжение скачком становится равным
. При этом также скачком увеличивается напряжение на неинвертирующем входе до
. Одновременно диод VD закрывается, конденсатор начинает заряжаться и на инвертирующем входе растет положительное напряжение (рис. 6.32). Пока
на выходе сохраняется напряжение
. В момент времени при
происходит изменение полярности выходного напряжения и напряжение на неинвертирующем входе принимает исходное значение, а напряжение начинает уменьшаться по мере разряда конденсатора .

Так как
, то
.

Время восстановления схемы определяется длительностью процесса разряда конденсатора от
до
и с учетом принятых допущений
.

Генераторы на операционных усилителях обеспечивают формирование импульсов амплитудой до десятков вольт; длительность фронтов зависит от полосы частот операционного усилителя и может составлять доли микросекунды.

Блокинг-генератором называется генератор импульсов релаксационного типа в виде однокаскадного усилителя с положительной обратной связью, создаваемой с помощью трансформатора. Блокинг-генератор может работать в ждущем и автоколебательном режимах.

Ждущий режим работы блокинг –генератора. При работе в ждущем режиме схема имеет одно устойчивое состояние и генерирует импульсы прямоугольной формы, когда на вход поступают запускающие импульсы. Устойчивое состояние блокинг-генератора на германиевом транзисторе осуществляется путем включения источника смещения в базовую цепь. При использовании кремниевого транзистора источник смещения не требуется, поскольку транзистор при нулевом напряжении на базе закрыт (рис. 6.33).

	Положительная обратная связь в схеме проявляется в том, что при нарастании тока в первичной (коллекторной) обмотке трансформатора, т. е. коллекторного тока транзистора ( ), во вторичной (базовой) обмотке индуцируется напряжение такой полярности, что потенциал базы увеличивается. И, наоборот, при

базовое напряжение уменьшается. Такая связь реализуется путем соответствующего подключения начала обмоток трансформатора (на рис. 6.33, показаны точками).

В большинстве случаев трансформатор имеет третью (нагрузочную) обмотку, к которой подключается нагрузка .

Напряжения на обмотках трансформатора и токи, протекающие в них, связаны между собой следующим образом:
,
,
,
где
,
– коэффициенты трансформации;
– число витков первичной, вторичной и нагрузочной обмоток соответственно.

Длительность процесса включения транзистора настолько мала, что за это время ток намагничивания практически не нарастает (
). Поэтому уравнение токов при анализе переходного процесса включения транзистора упрощается:
.

тока базы
и действительного тока, протекающего в цепи базы транзистора,
.

Таким образом, первоначальное изменение тока базы
в результате процессов, протекающих в схеме, приводит к дальнейшему изменению этого тока
, и если
, то процесс изменения токов и напряжений носит лавинообразный характер. Следовательно,условие самовозбуждения блокинг-генератора:
.

В отсутствие нагрузки (
) это условие упрощается:
. Так как
, то условие самовозбуждения в блокинг-генераторе выполняется довольно легко.

Процесс открывания транзистора, сопровождающийся формированием фронта импульса, заканчивается, когда он переходит в режим насыщения. При этом перестает выполняться условие самовозбуждения и в дальнейшем формируется вершина импульса. Так как транзистор насыщен:
, то к первичной обмотке трансформатора оказывается приложенным напряжение
и приведенные базовый ток
, а также ток нагрузки
, оказываются постоянными. Ток намагничивания при формировании вершины импульса может быть определен из уравнения
, откуда при нулевых начальных условиях получим
.

Таким образом, ток намагничивания в блокинг-генераторе, когда транзистор насыщен, нарастает во времени по линейному закону. В соответствии с уравнением токов также по линейному закону увеличивается коллекторный ток транзистора
.

С течением времени степень насыщения транзистора уменьшается, так как базовый ток остается постоянным
, а коллекторный ток нарастает. В некоторый момент времени коллекторный ток увеличивается настолько, что транзистор переходит из режима насыщения в активный режим и опять начинает выполняться условие самовозбуждения блокинг-генератора. Очевидно, что длительность вершины импульса определяется временем, в течение которого транзистор находится в режиме насыщения. Границе режима насыщения соответствует условие
. Следовательно,
.

Отсюда получаем формулу для расчета длительности вершины импульса:

.

Ток намагничивания
во время формирования вершины импульса увеличивается и в момент окончания этого процесса, т. е. при
, достигает значения
.

Так как к первичной обмотке импульсного трансформатора при формировании вершины импульса приложено напряжение источника питания , то амплитуда импульса на нагрузке
.

При переходе транзистора в активный режим происходит уменьшение коллекторного тока
. Во вторичной обмотке индуцируется напряжение, приводящее к уменьшению напряжения и тока базы, что, в свою очередь, вызывает дальнейшее снижение коллекторного тока. В схеме развивается регенеративный процесс, в результате которого транзистор переходит в режим отсечки и формируется срез импульса.

Протекающий лавинообразно процесс закрывания транзистора имеет столь малую длительность, что ток намагничивания за это время практически не изменяется и остается равным
. Следовательно, к моменту закрывания транзистора в индуктивности запасена энергия
. Эта энергия рассеивается только в нагрузке, так как коллекторная и базовая цепи закрытого транзистора оказываются разомкнутыми. Ток намагничивания при этом уменьшается по экспоненте:
, где
– постоянная времени. Протекающий через резистор ток создает обратный выброс напряжения на нем, амплитуда которого
, что также сопровождается всплеском напряжения на базе и коллекторе закрытого транзистора
. Воспользовавшись найденным ранее соотношением для
, получим:

,

.

Процесс рассеяния запасенной в импульсном трансформаторе энергии, определяющий время восстановления схемы , заканчивается через интервал времени
, после чего схема переходит в исходное состояние. Дополнительный всплеск коллекторного напряжения
может быть значительным. Поэтому в схеме блокинг-генератора принимаются меры к снижению величины
, для чего параллельно нагрузке или в первичную обмотку включают демпфирующую цепь, состоящую из диода VD 1 и резистора , сопротивление которого
(рис. 6.33). При формировании импульса диод закрыт, так как к нему приложено напряжение обратной полярности, и демпфирующая цепь не оказывает влияния на процессы в схеме. Когда при закрывании транзистора в первичной обмотке возникает всплеск напряжения, то к диоду прикладывается прямое напряжение, он открывается и ток протекает через резистор . Так как
, то всплеск коллекторного напряжения
и обратный выброс напряжения на существенно уменьшаются. Однако при этом возрастает время восстановления:
.

Не всегда последовательно с диодом включают резистор , и тогда амплитуда всплеска оказывается минимальной, но увеличивается его длительность.

импульсов. Процессы, протекающие в схеме, рассмотрим, начиная с момента времени , когда напряжение на конденсаторедостигает значения
и транзистор откроется (рис. 6.36).

Поскольку напряжение на вторичной (базовой) обмотке во время формирования вершины импульса остается постоянным
, то по мере заряда конденсатора базовый ток уменьшается по экспоненциальному закону
, где
– сопротивление области база – эмиттер насыщенного транзистора;
– постоянная времени.

В соответствии с уравнением токов коллекторный ток транзистора определяется выражением
.

Из приведенных соотношений следует, что в автоколебательном блокинг-генераторе во время формирования вершины импульса изменяются и базовый и коллекторный токи. Как видно, базовый ток с течением времени уменьшается. Коллекторный ток в принципе может и нарастать, и уменьшаться. Все зависит от соотношения между первыми двумя слагаемыми последнего выражения. Но если даже коллекторный ток и уменьшается, то медленнее, чем базовый ток. Поэтому при уменьшении базового тока транзистора наступает момент времени , когда транзистор выходит из режима насыщения и процесс формирования вершины импульса заканчивается. Таким образом, длительность вершины импульса определяется соотношением
. Тогда можно записать уравнение токов для момента окончания формирования вершины импульса:

.

После некоторых преобразований имеем
. Полученное трансцендентное уравнение можно упростить при условии
. Воспользовавшись разложением в ряд экспоненты и ограничившись первыми двумя членами
, получим формулу для расчета длительности вершины импульса
, где
.

Во время формирования вершины импульса за счет протекания базового тока транзистора напряжение на конденсаторе изменяется и к моменту закрывания транзистора оно становится равным
. Подставив в это выражение значение
и проинтегрировав, получим:

.

При переходе транзистора в активный режим работы снова начинает выполняться условие самовозбуждения и в схеме протекает лавинообразный процесс его закрывания. Как и в ждущем блокинг-генераторе, после закрывания транзистора протекает процесс рассеяния запасенной в трансформаторе энергии, сопровождающийся появлением всплесков коллекторного и базового напряжений. После окончания этого процесса транзистор продолжает находиться в закрытом состоянии благодаря тому, что к базе прикладывается отрицательное напряжение заряженного конденсатора . Это напряжение не остается постоянным, поскольку в закрытом состоянии транзистора через конденсатор и резистор протекает ток перезаряда от источника питания . Поэтому по мере перезаряда конденсатора напряжение на базе транзистора увеличивается по экспоненциальному закону
, где
.

Когда напряжение на базе достигает значения
, транзистор открывается и опять начинается процесс формирования импульса. Таким образом, длительность паузы, определяемая временем нахождения транзистора в закрытом состоянии, может быть рассчитана, если положить
. Тогда получим
.Для блокинг-генератора на германиевом транзисторе полученная формула упрощается, поскольку
.

Блокинг-генераторы имеют высокий коэффициент полезного действия, так как в паузе между импульсами ток от источника питания практически не потребляется. По сравнению с мультивибраторами и одновибраторами они позволяют получить большую скважность и меньшую длительность импульсов. Важным достоинством блокинг-генераторов является возможность получения импульсов, амплитуда которых больше напряжения источника питания. Для этого достаточно, чтобы коэффициент трансформации третьей (нагрузочной) обмотки
. В блокинг-генераторе при наличии нескольких нагрузочных обмоток можно осуществить гальваническую развязку между нагрузками и получать импульсы разной полярности.

Схема блокинг-генератора не реализуется в интегральном исполнении из-за наличия импульсного трансформатора.

В электронной технике широко применяются устройства, форма выходного напряжения которых резко отличается от синусоидальной. Такие колебания называют релаксационными, мультивибратор представляет собой разновидность одного из релаксационных генераторов. Мультивибратор (от латинских слов multim – много и vibro – колебание) – релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС).

Генераторы импульсных сигналов могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал по приходу внешнего (запускающего) импульса. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Сущность работы мультивибратора – переключение энергии конденсатора C с заряда на разряд, от источника питания к резистору R . Это переключение осуществляется с помощью электронных ключей.

Мультивибратор можно построить на базе биполярных и полевых транзисторов, операционных усилителей, таймеров, выполненных в виде интегральных микросхем, потенциальных логических элементов или специализированных интегральных микросхем. Последний вариант получает все большее распространение.

Генераторы импульсов на операционных усилителях. На рис. 16.7 показан классический релаксационный R С -генератор. Работает он таким образом: допустим, что когда впервые прикладывается напряжение, выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение (каким образом это произойдет – неважно). Конденсатор начинает заряжаться до напряжения U ВХ ВЫКЛ спостоянной времени, равной τ = RC .Когда напряжение конденсатора достигнет напряжения U ВХ ВЫКЛ R 1 / (R 1 + R 2 ), ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта) и конденсатор начинает разряжаться до U ВХ ВКЛ R 1 /(R 1 + R 2 ), с той же самой постоянной времени. Цикл повторяется с не зависящим от напряжения питания периодом (рис. 16.8): T = В случае использования вместо резистора R двух разных резисторов и диодов можно построить несимметричный мультивибратор (рис. 16.9), у которого длительности положительного и отрицательного импульсов не совпадают.

Разная длительность положительного и отрицательного импульсов обеспечивается различными постоянными времени перезаряда емкостей τ 1 и τ 2 : τ 1 = R 3 C; и τ 2 =R 4 C. (16.8)

Рис. 16.7. Генератор прямоугольных импульсов на ОУ

Рис.16.8. Временные диаграммы работы генератора

Функциональные генераторы , которые одновременно вырабатывают колебания различных видов: прямоугольные, треугольные, синусоидальные, можно реализовать на ОУ. Генерация переменного напряжения треугольной формы осуществляется по простой схеме с помощью интегратора и триггера Шмитта. В свою очередь, используя простой блок формирования синусоидальной функции (например, фильтр нижних частот) из треугольного напряжения можно получить синусоидальное. Структурная схема такого генератора изображена на рисунок 16.10.

Рис. 16.11. Принципиальная схема функционального генератора

Амплитуда треугольного напряжения зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта и составляет

U D = U макс

где Uмакс- граница насыщения операционного усилителя DA1. Период колебаний равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменялось от до. Отсюда следует: Т = 4RCТаким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня границы насыщения Uмакс операционного усилителя.

Одновибратор – это мультивибратор в ждущем режиме. Исходя из функциональных признаков, одновибратору часто присваивают и другие названия: спусковая система, заторможенный мультивибратор, однотактный релаксатор и др. Однако независимо от названия одновибратор представляет собой устройство с положительной обратной связью, имеющее одно устойчивое и одно временно-устойчивое состояние, формирующие одиночный прямоугольный импульс.

Формирование импульса прямоугольной формы осуществляется одновибратором после поступления запускающего импульса, который переводит одновибратор из устойчивого состояния во временно устойчивое. Момент окончания временно устойчивого состояния определяется времязадающей цепочкой. Изменяя постоянную времени цепочки (плавно или скачком), можно регулировать длительность выходных импульсов в широких пределах. Поэтому одновибраторы широко применяются для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитуды и для задержки импульсов на заданное время.

Одновибратор может быть получен из автоколебательного мультивибратора, если его принудительно запереть в одном из временно устойчивых состояний, превратив его в устойчивое (рис. 16.12).

В схему введены диод VD2, осуществляющий ждущий режим и цепь запуска на элементах С1, R3, VD1. Схема имеет одно устойчивое состояние, когда напряжение на выходе равно отрицательному напряжению насыщения ОУ U- .

В исходном состоянии (на выходе U-) диод VD2 открыт, напряжение на инвертирующем входе UИ примерно равно нулю, а напряжение на неинвертирующем входеUН = U- R2 / (R1 + R2), UН – UИ

Рис.16.13. Временные диаграммы работы одновибратора

Схемы на все случаи жизни » Высоковольтный генератор на NE555

Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня я хотел бы предложить Вам схему простого высоковольтного генератора на микросхеме NE555.

На просторах интернета очень много схем посвящено данной тематике и подобным конструкциям. Как правило они не лишены одного своего серьёзного недостатка, все они не имеют системы защиты от обратного напряжения. В большинстве случаев это приводит к печальным последствиям: выгоранию выходных транзисторов и пробою таймера NE555.

Испытывая одну из подобных конструкций я сам спалил пару микросхем NE555 и несколько выходных ключей. Тогда и возникла идея доработки данной схемы и добавления простейшей, но надежной защиты. После проведённой доработки больше при работе не возникало никаких проблем и не сгорело ни одного элемента. Итак, рассмотрим работу устройства, представленного на фото ниже подробнее.

Основу данной схемы составляет генератор прямоугольных импульсов на интегральном таймере NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Частота генератора задаётся цепочкой R1-R2-C1. При данных номиналах частота генератора составляет приблизительно 30 килогерц. С выхода генератора через токоограничительный резистор R3 выходной сигнал поступает на вход составного транзистора Т1-Т2. В коллектор транзистора Т2 включена первичная обмотка повышающего выходного трансформатора. Диод VD1 служит для защиты устройства от броска обратного напряжения при закрытии транзистора. Супрессорный диод VD2 защищает транзистор Т2 от пробоя и выбирается по максимальному напряжению коллектор-эмиттер Т2. Супрессорный диод VD3 защищает микросхему DD1 от пробоя. Так как максимальное напряжение питания микросхемы составляет 15 вольт, супрессорный диод следует выбрать на напряжение открывания не более этого значения или немного выше. При работе на вторичной обмотке трансформатора напряжение приблизительно 5-6 киловольт. Это напряжение поступает на вход умножителя УН-9/27. С выхода данного умножителя и снимается высокое напряжение.

Таким образом доработка схемы заключается в установке диода VD1 и супрессорных диодов VD2 и VD3. Несмотря на всю простоту защиты, она дала отличные результаты и надёжную защиту схемы от бросков обратного напряжения.

Следует отметить интересный факт, что генератор собранный по данной схеме имеет так называемый электронный ветер — поток отрицательно заряженных электронов у высоковольтного провода. Его можно обнаружить по холодку при приближении руки к высоковольтному проводу. Поэтому данная схема и используется очень часто при построении ионизаторов воздуха. Кроме того замечен ещё один интересный факт: высокое напряжение с данной установки способно растекаться по поверхности диэлектрических материалов (стеклу, дереву, бумаге, фарфору, пластмассе…), по поверхности тела человека (при достаточной частоте не причиняя никакого вреда), электризует вокруг себя лежащую бумагу (до того что при проведении рукой по газете, лежащей рядом с установкой по ней пробегают искры). Ни с одной другой схемой (без умножителя, с переменным напряжением на выходе) таких эффектов не было обнаружено. В подборке фото ниже представлены фото с испытаний данного генератора.

Внимание!!! Любое проведение экспериментов по пропусканию тока по поверхности человеческого тела, а так же все подобные эксперименты, опасны для жизни!!! При неверном расчёте схемы, каких либо неполадках, недостаточности квалификации в этой области, Вам грозит поражение электрическим током, вплоть до летального исхода… Не проводите подобные опыты не имея достаточного опыта!!! Соблюдайте строго технику безопасности! Запомните: Электрический ток — это хороший слуга, но плохой хозяин!!!

Список использованных радиодеталей

• DD1 — NE555 (КР1006ВИ1)
• VD1 — КД213
• VD2 — 1.5КЕ100СА
• VD3 — 1.5КЕ18СА
• C1 — 0.01 мкФ
• C2 — 0.01 мкФ
• R1 — 680 Ом
• R2 — 2К
• R3 — 100 Ом
• Т1 — КТ815А
• Т2 — КТ8101А (С радиатором)

Трансформатор Tr1 — это переделанный строчный трансформатор от старого лампового телевизора. Для его переделки снимаем первичную обмотку и мотаем свою. Первичная обмотка содержит 8 витков провода ПЭЛ-1.5. Вторичная обмотка (высоковольтная, залитая пластмассой) остается штатной, после чего трансформатор собирается. При сборке между половинок сердечника следует сделать зазор около 1 мм из тонкого гетинакса или стеклотекстолита.

На этом на сегодня всё. До новых встреч. С уважением, Андрей Савченко.

P.S. Обновление на 19.03.2020: Данный высоковольтный генератор собирался летом 2012 года т.е. как раз после окончания мной 2-ого курса ОмГТУ. Мне уже тогда были достаточно интересны эксперименты с высоким напряжением (впрочем, сейчас мало что изменилось и к подобным экспериментам я время от времени возвращаюсь). Данная схема является одной из самых простых схем данного класса (проще, наверное, только различные типы блокинг-генераторов…).

Если Вы решите собирать высоковольтный генератор по выше приведённой схеме, то в качестве модернизации рекомендую Вам использовать в выходном каскаде вместо составного транзистора драйвер на комплементарной паре транзисторов, предназначенный для управления mosfet транзисторами в связке с самим mosfet транзистором (эта рекомендация будет мной дана ещё несколько раз в подобных статьях).   При этом все остальные цепи генератора остаются без изменения (хотя защитные цепи транзистора можно выполнить по схеме, описанной в статье Вторая жизнь ионофона на NE555, но при этом, скорее всего, придётся пересчитать параметры гасящей RC-цепи под используемую частоту генератора. В этой же статье описан выходной каскад, выполненный, как раз, по предложенным модернизациям). Mosfet транзистор по току стока, напряжению сток-исток, а так же рассеиваемой мощности должен быть не хуже, чем транзистор Т2 в исходной схеме. Данная замена повысит качество работы предложенного высоковольтного генератора. 

NS047, Генератор прямоугольных импульсов 250Гц-16кГц – набор для пайки

Описание

Наборы для сборки

Генератор предназначен для формирования импульсов прямоугольной формы с частотой 250 – 16000 Гц. Питание схемы осуществляется источником постоянного напряжения 5 – 15 В при максимальном токе потребления 50 мА.

Для Вашей домашней радио лаборатории незаменимым помощником в настройке усилителей звуковых частот и других схем может стать генератор прямоугольных импульсов. Схема генератора очень простая, поэтому собрать его Вы сможете за несколько минут, а использовать на протяжении многих лет.

Технические характеристики.
Частота формируемых импульсов: 250 – 16000 Гц.
Форма импульсов: прямоугольная.
Напряжение питания: 5 – 15 В.
Амплитуда выходного сигнала (определяется напряжением питания): 5 – 15 В.
Максимальный ток потребления: 50 мА.
Размеры печатной платы: 59х37 мм.

Описание работы.
Генератор низкой частоты выполнен на базе таймера NE555 (DA2) с перестраиваемой частотой генерации в указанном диапазоне. Выходной сигнал – прямоугольной формы. Частотозадающие элементы таймера – R3, R4, R5 и C4. Перестройка частоты осуществляется потенциометром R2. На ИМС DA1 выполнен стабилизатор напряжения питания схемы генератора. Емкости С1,С2 и С3 – фильтрующие, по питанию. Уровень выходного сигнала регулируется потенциометром R6. Переключатель SW1 предназначен для включения-выключения устройства. Светодиод HL1 индицирует работу генератора.
Источник питания подключается к контактам X1 (+) и X2 (-).
Сигнал НЧ снимается с контактов X3 (+) и X4 (-).

Конструкция.
Конструктивно устройство выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с размерами 59х37 мм. Конструкция предусматривает установку платы в корпус, для этого имеются монтажные отверстия по краям платы под винты Ø3 мм.

Правильно собранное устройство в настройке не нуждается.

Технические параметры

Техническая документация

Видео

1:42

555-й таймер. Часть 2. Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью на таймере NE555

Итак, в первой статье о 555-м таймере мы разобрались как этот таймер работает и как сделать на нём генератор прямоугольных импульсов. Однако у рассмотренного в той статье генератора есть один минус — у него нельзя менять частоту и скважность импульсов. В сегодняшней статье мы разберёмся как эту проблему можно решить.

Изменим нашу схему так, как на рисунке 1. Сделаем резистор R2 переменным, сопротивление его нижней части обозначим через X (тогда сопротивление верхней части будет R2-X). Кроме того с помощью диодов разделим цепи заряда и разряда.

Теперь наш конденсатор заряжается по цепи R1→(R2-X)→D2, а разряжается по цепи D1→X.

Соответственно, длительность импульса (которая у нас определяется временем зарядки конденсатора) будет определяться формулой:

tи = -ln(1/2)*(R1+R2-Х)*C ≈ 0,693*(R1+R2-X)C

А длительность паузы (которая определяется временем разрядки конденсатора) будет определяться формулой:

tп = -ln(1/2)*X*C ≈ 0,693*X*C

Формула, определяющая период импульсов примет вид:

T = tи + tп = -ln(1/2)*(R1+R2)*C ≈ 0,693*(R1+R2)*C

Как видно из последней формулы, — период импульсов не зависит от положения ползунка переменного резистора R2, но, в тоже время, изменяя положение этого ползунка, мы можем изменять скважность.

Есть у этой схемы один недостаток. Мы не сможем увеличивать скважность до бесконечности, поскольку не сможем сделать минимальную длительность импульса равной нулю. Даже если выкрутить ползунок резистора R2 до упора вверх, то в цепи заряда останется ещё резистор R1, который мы никак не можем убрать или сделать очень маленьким, поскольку при разряде (когда транзистор на 7-й ноге микросхемы открыт на землю) резистор R1 оказывается включен между землёй и питанием.

Однако, увеличить скважность можно не только уменьшая резистор R1, но и увеличивая резистор R2. Тут ограничением является то, что при этом уменьшаются токи через резисторы, которые для нормальной работы схемы должны быть на пару порядков выше входных токов таймера (для клонов на биполярниках входные токи измеряются единицами микроампер) и, кроме того, увеличение резистора R2 ведёт к увеличению общего периода импульсов.

Схема генератора пилообразных волн

с использованием микросхемы NE555

Gadgetronicx> Электроника> Принципиальные и электрические схемы> Схемы осцилляторов> Схема генератора пилообразных волн на микросхеме NE555

Фрэнк Дональд 26 февраля 2014 г.

Цепи осциллятора

Таймер IC 555

Цепи генератора сигналов

весьма удобны, поскольку мы можем использовать их в нескольких сложных схемах в качестве источника питания.Генератор прямоугольных сигналов с IC 555 очень хорошо знаком, и сегодня мы увидим схему, в которой используется IC 555 для генерации пилообразных сигналов. Пилообразная волна имеет несколько применений, и она наиболее известна своим применением в музыке. И прежде чем переходить к работе этой схемы, вы должны понять работу IC 555. Давайте перейдем к работе этой вышеупомянутой схемы генератора с пилообразными зубьями.

ЦЕПЬ ГЕНЕРАТОРА ВОЛНЫ СОУТУТА:

Вся работа этой схемы основана на простой зарядке и разрядке конденсатора, подключенного к IC 555. Конденсатор C, резистор R и стабилитрон образуют постоянный ток для зарядки конденсатора C. Когда конденсатор заряжается, он постепенно достигает 2/3 Vcc напряжения на нем, и в результате внутренний компаратор внутри 555 включается и конденсатор разряжается. Когда во время разрядки напряжение падает ниже 1/3 Vcc, внутренний компаратор отключается, и теперь конденсатор снова начинает заряжаться.

Конденсатор переключается между 1/3 Vcc и 2/3 Vcc, чтобы сделать возможной генерацию пилообразной формы волны.В результате будет генерироваться пилообразная форма волны из-за действия заряда и разряда конденсатора, подключенного к IC 555. Диод будет обнулять выходное напряжение во время фазы разряда конденсатора. Частоту формы волны можно изменять, используя POT вместо R в приведенной выше схеме, а выходная частота задается формулой

.

F = (Vcc-2.7) / (R * C * Vpp)

555 Генератор прямоугольных сигналов с переменной частотой

Этот простой генератор прямоугольных сигналов с переменной частотой 555 выдает выходной сигнал переменной частоты от 2800 Гц до 120 кГц с этими значениями.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ
R1	2,2 кОм
R2	4,7 кОм
VR1	250 кОм
C1	0,001 мкФ (102) майларовый конденсатор
C2	Майларовый конденсатор 0,01 мкФ (103)
IC1	NE555

Устройство 555 подключено для нестабильной работы. Здесь синхронизирующий резистор теперь разделен на две секции, R1 и R2 + VR1, с разрядным контактом 7, подключенным к соединению R1 и R2 + VR1.Когда источник питания подключен, синхронизирующий конденсатор C1 заряжается до 2/3 В _куб.см через R1 и R2 + VR1. Когда напряжение конденсатора достигает 2/3 В _cc , верхний компаратор запускает триггер, и конденсатор начинает разряжаться по направлению к земле R2 + VR1. Когда разряд достигает 1/3 В _cc , срабатывает нижний компаратор и запускается новый цикл.

Затем конденсатор периодически заряжается и разряжается между 2/3 В _{см 3} и 1/3 В _{см 3} соответственно.Состояние выхода высокое во время цикла зарядки в течение периода времени t1, так что

t1 = 0,693 (R1 + R2 + VR1) C1

Низкое состояние выхода во время цикла разряда в течение периода времени t2, задаваемого

t2 = 0,693 (R2 + VR1) C1

Таким образом, общий период заряда и разряда составляет

Т = t1 + t2

= 0,693 [R1 + 2 (R2 + VR1)] C1 (секунды)

, так что выходная частота задается как

f = 1 / T

= 1.443/ {[R1 + 2 (R2 + VR1)] C1} (Вы можете получить частоту в кГц, когда R1, R2, VR1 в кОм и C в мкФ)

Пример:

R1 = 2,2 кОм

R2 + VR1 = 100 кОм

C1 = 0,001 мкФ

F = 1,443 / {[2,2 + 2 (100)] × 0,001}

= 7,136 кГц

Частота регулируется потенциометром VR1.

Чтобы получить точную частоту, вы можете использовать регулируемый источник питания.

Генератор прямоугольных сигналов 555

Присылайте, пожалуйста, свои идеи, которые очень важны для нашего успеха…

Генератор прямоугольных сигналов

с использованием операционного усилителя

Схема генератора прямоугольных импульсов

Прямоугольные волны можно определить как несинусоидальные периодические волны, которые можно представить как бесконечное суммирование синусоидальных волн.Он имеет амплитуду, чередующуюся с постоянной частотой между фиксированным минимальным и максимальным значением с одинаковой продолжительностью. Генераторы прямоугольных импульсов обычно используются в электронике и при обработке сигналов. Прямоугольная волна – это частный случай прямоугольной волны. Генератор прямоугольной волны точно так же как схемы триггера Шмит, в котором опорное напряжение для компаратора зависит от выходного напряжения. Также говорят, что это нестабильный мультивибратор.

Объяснение принципиальной схемы генератора прямоугольных импульсов с формами сигналов

Генератор прямоугольных сигналов можно сконструировать с использованием триггерных инверторов Шмитта, таких как TTL.Это простой способ сделать базовый генератор нестабильной формы сигнала. Этот нестабильный мультивибратор, вырабатывая тактовые или временные сигналы, генерирует сигнал генератора прямоугольных импульсов, который переключается между HIGH и LOW.

Как мы знаем, выход инвертора Шмитта противоположен или обратен выходному сигналу его входа. Задавая гистерезис, он может изменять состояние на разных уровнях напряжения. Он использует действие триггера Шмитта, которое меняет состояние между верхним и нижним пороговым уровнем по мере того, как сигнал входного напряжения увеличивается и уменьшается относительно входного контакта.Здесь верхний пороговый уровень устанавливает выход, а нижний пороговый уровень сбрасывает выход.

Эта простая схема генератора прямоугольных импульсов состоит из одного логического элемента инвертора Шмитта TTL 74LS14 с конденсатором, подключенным между его входным выводом и землей, и положительной обратной связью, необходимой для колебания схемы, обеспечиваемой резистором обратной связи.

Предположим, что заряд на пластинах конденсатора ниже нижнего порогового уровня Шмитта. Следовательно, вводит инвертор на уровне логического НУЛЯ, что приводит к выходному уровню логической ЕДИНИЦЫ.

Схема генератора прямоугольных сигналов с использованием операционного усилителя

Работа генератора прямоугольных импульсов

Резистор теперь подключен к выходу уровня логической ЕДИНИЦЫ, а другая сторона резистора подключена к конденсатору, который находится на уровне логического НУЛЯ. . Конденсатор теперь начинает заряжаться в положительном направлении через резистор со скоростью, определяемой постоянной времени RC комбинации.

Пока заряд на конденсаторе достигает верхнего порогового уровня триггера Шмитта, выходной сигнал инвертора Шмитта быстро меняется с логического уровня ЕДИНИЦА на логический уровень НУЛЬ, и ток, протекающий через резистор, меняет направление.

Интеграл от константы, скажем, C, будет кратен t, где t – время, в течение которого происходит интегрирование, означает, что положительная константа даст положительный градиент, а отрицательная константа будет интегрироваться в отрицательную. рампа. Сложив их вместе, мы получим треугольную волну, а затем мы получили наш генератор прямоугольных волн для создания прямоугольной волны из треугольной волны.

Здесь изменение приводит к тому, что конденсатор, который изначально был заряжен через резистор, начинает разряжаться обратно через тот же резистор, пока заряд на пластинах конденсатора не достигнет нижнего порогового уровня.Выход инвертора снова переключает состояния, цикл повторяется снова и снова, пока присутствует напряжение питания.

Схема генератора прямоугольных сигналов с использованием таймера 555

Конденсатор постоянно заряжается и разряжается в течение каждого цикла между входами, верхним и нижним пороговыми уровнями инвертора Шмитта, создавая логический уровень ЕДИНИЦА или логический уровень НУЛЬ на выходе инвертора. Форма сигнала не является симметричной, что дает рабочий цикл около одной трети, поскольку отношение метки к промежутку между HIGH и LOW составляет 1-2, соответственно, из-за характеристик входного затвора инвертора TTL.

Схема генератора прямоугольных сигналов с использованием LM IC

Резистор обратной связи также должен иметь низкий уровень, ниже 1 кОм, чтобы схема могла колебаться, около 300 кОм – это хорошо, а также путем изменения емкости конденсатора для изменения частоты. На высоких частотах форма выходного сигнала меняет форму с прямоугольной на трапециевидную, поскольку на входные характеристики затвора TTL влияет быстрая зарядка и разрядка. Частота колебаний для генераторов сигналов прямоугольной формы указана на рисунке.

Формы сигналов и диапазон частот

Со значением резистора от 100 до 1 кОм и емкостью конденсатора от 1 до 1000 мкФ. Это даст частотный диапазон от 1 Гц до 1 МГц, высокие частоты будут вызывать искажения прямоугольных генераторов. Стандартные логические элементы TTL не работают так хорошо, как генераторы прямоугольных сигналов из-за их средних входных и выходных характеристик, искажения формы выходного сигнала и низкого сопротивления резистора обратной связи. В результате получается конденсатор большой емкости для работы на низких частотах.Генераторы могут не колебаться, если емкость конденсатора обратной связи слишком мала. Нестабильные мультивибраторы могут быть изготовлены с использованием улучшенной логической технологии CMOS, которая работает от минимального до максимального напряжения, например, инвертора Шмитта. Этот CMOS 40106 представляет собой инвертор с одним входом с тем же действием триггера Шмитта, что и TTL 74LS14, но с очень хорошей помехоустойчивостью, высоким коэффициентом усиления и превосходными характеристиками входа / выхода для получения более «квадратной» формы выходного сигнала, как показано ниже.

Прямоугольная форма волны

Принципиальная схема функционального генератора

Функциональный генератор обычно представляет собой часть электронного оборудования, используемого для генерации различных типов электрических волн в широком диапазоне частот.Они могут быть как повторяющимися, так и одиночными, для чего требуется внутренний или внешний источник запуска. Он используется для генерации сигналов, также может быть описан как ИС генератора функций. Хотя генераторы прямоугольных сигналов охватывают как звуковые, так и радиочастотные частоты и обычно не подходят для приложений, требующих низких искажений или стабильных частотных сигналов. Когда эти черты необходимы, другой генератор сигналов будет более подходящим. Этот генератор функций – одно из необходимых устройств инженера-электронщика.Это очень полезно при создании аудиосигналов и даже в схемах инвертора.

Схема функционального генератора

Это доступно для инженеров, мы можем выбрать различные способы генерации сигналов различной формы. Для построения всей схемы нужна лишь связка резисторов и конденсаторов. Мы можем генерировать квадратные, синусоидальные и треугольные волны с помощью генератора функций.

После всех этих обсуждений мы можем сказать, что прямоугольная волна является обратной по отношению к треугольной волне. Мы можем использовать генератор функций для создания сигналов различной формы.Вот вам вопрос, каковы применения генератора прямоугольных сигналов?

Фото:

Генератор сигналов и инвертор с использованием таймеров NE555

Часто нам требуется генератор прямоугольных сигналов с регулируемой частотой, почти равными высокими и низкими импульсами на выходе и регулируемыми амплитудами. Здесь мы представляем простой, полезный и недорогой генератор сигналов, построенный на таймерах NE555. Используя внешние переключатели, вы можете контролировать или выбирать частотные диапазоны в соответствии с вашими требованиями.Однако рекомендуется использовать частоты ниже 30 кГц.

Схема и рабочая

Этот проект разделен на две части: блок питания и генератор сигналов.

Блок питания

Схема регулируемого источника питания для генератора сигналов представлена ​​на рис. 1. Он построен на понижающем трансформаторе (X1), мостовом выпрямителе (BR1), регулируемом стабилизаторе напряжения LM317 (IC1), двух диодах 1N4007. (D1 и D2), два светодиода (LED1 и LED2) и несколько других компонентов.

Рис. 1: Схема источника питания

Выходная мощность источника питания, доступная на разъеме CON2, может изменяться. Вы можете изменять выходное напряжение от 1,25 В до 15 В с помощью потенциометра VR1. Регулируемый источник питания может использоваться для дополнительной настройки амплитуды таймеров.

Генератор сигналов

Принципиальная схема генератора сигналов показана на рис. 2. Он состоит из двух таймеров NE555 (IC2 и IC3), светодиода (LED3), семи диодов Шоттки BAT42 (с D3 по D9) и нескольких других компонентов.

Рис. 2: Принципиальная схема генератора сигналов

Генератор сигналов выдает прямые и инвертированные сигналы через IC2 и IC3 соответственно. В таблице ниже показаны рассчитанные частотные диапазоны прямоугольных сигналов.
IC2 работает как генератор частоты. Частота (F) определяется компонентами, подключенными к контактам 2, 6 и 7 IC2 следующим образом:

F = 1 / {0,7 (R7 + R8 + 2xVR2) Cx}

, где Cx может быть 1 нФ, 10 нФ, 100 нФ, 1 мкФ или 10 мкФ.

Предполагая, что переключатель S1 замкнут, а Cx = 1 нФ и VR2 = 22 кОм, минимальная частота (Fmin) приведена ниже:

F _мин. = 1 / {0.7 (2k + 2k + 2x22k) 1nF}
= 1 / (0,7x48kx1nF)
= 29762 Гц
= 29,7 кГц прибл.

Когда Cx = 1 нФ и VR2 = 0 Ом, максимальная частота (Fmax) составляет:

F _макс. = 1 / (0,7x4kx1nF)
= 1 / (2800x1nF)
= 1000000 / 2,8
= 357142 Гц
= 357 кГц прибл.

Здесь пренебрегают прямым сопротивлением и падением напряжения диодов D3 и D4, а обратное сопротивление диодов принимается равным бесконечности.

Выходной частотный сигнал, создаваемый IC2, доступен на разъеме CON4.Амплитуду сигналов можно регулировать с помощью потенциометра VR3. Резистивные делители с R11 по R14 обеспечивают еще три амплитуды. То есть выходная частота IC2 делится на 10, 100 и 1000. Эти частоты также доступны через CON4 на выводах 3, 4 и 5 соответственно.

IC3 работает как инвертор. Амплитуду инвертированного выхода IC3, доступного на CON5, можно отрегулировать с помощью потенциометра VR4. Резистивные делители с R17 по R20 обеспечивают еще три амплитуды за счет деления инвертированного выходного сигнала на 10, 100 и 1000.Эти инвертированные выходы доступны через CON5. Диоды D6 – D9 защищают выходы таймера от перенапряжения и пониженного напряжения.

Строительство и испытания

Схема печатной платы для источника питания в натуральную величину показана на рис. 3, а расположение ее компонентов – на рис. 4. После сборки схемы на печатной плате подключите линию (L) и нейтраль (N) к сети 230 В переменного тока. . Переменный источник питания для секции генератора сигналов доступен на CON2. Подключите LED1 и LED2 на передней панели для индикации состояния питания.Схема может питаться либо от сети 230 В переменного тока, 50 Гц с трансформатором X1, либо от источника питания 15 В постоянного тока, подключенного к CON1.

Рис. 3: Схема печатной платы регулируемого блока питания Рис. 4: Расположение компонентов платы питания

Схема печатной платы схемы генератора сигналов (рис. 2) в натуральную величину показана на рис. 5, а расположение ее компонентов – на рис. 6. После сборки схемы на печатной плате подключите регулируемый источник питания с помощью двухжильного кабеля. с CON2 на CON3. Подключите LED3, переключатели с S1 по S5 и потенциометры VR2 по VR4 на передней панели для индикации состояния питания, выбора частоты и управления амплитудой сигнала соответственно.

Рис. 5: Фактический размер печатной платы генератора сигналов Рис. 6: Компоновка компонентов печатной платы генератора сигналов

Скачать компоновку печатной платы и компонентов PDF:

Нажмите здесь

Примечание. Для тестирования вы также можете использовать источник постоянного тока 6 В, 9 В или 12 В на CON3.

---

555 Astable | Клуб электроники

555 Astable | Клуб электроники

Период времени и частота | Отметка / время пространства | Рабочий цикл | Операция

Микросхема таймера 555 может использоваться с несколькими простыми компонентами для сборки нестабильная схема, генерирующая «прямоугольную волну».Это цифровой сигнал с резкими переходами. между низким (0 В) и высоким (+ Vs) длительность низкого и высокого состояний может быть разной. Схема называется и стабильной, потому что она нестабильна ни в каком состоянии: выходной сигнал постоянно меняется между «низким» и «высоким».

Рекомендуемая книга: IC 555 Projects

---

Период времени и частота

Период времени (T) прямоугольной волны – это время одного полного цикла, но он часто лучше рассматривать частоту (f), которая представляет собой количество циклов в секунду.

T = 0,7 × (R1 + 2R2) × C1

f =	1,4
	(R1 + 2R2) × C1

T = период времени в секундах (с)
f = частота в герцах (Гц)
R1 = сопротивление в Ом ()
R2 = сопротивление в Ом ()
C1 = емкость в фарадах (Ф)

555 нестабильный выход, прямоугольная волна
(Tm и Ts могут быть разными)

555 нестабильная цепь

---

Метка и время

Период времени можно разделить на две части:

Период времени, T = Tm + Ts

Отметить время (выходной высокий) Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1

Пространственное время (низкий выход) Ts = 0,7 × R2 × C1

Важно отметить, что Tm должно быть больше, чем Ц поскольку R1 не может быть 0 (минимум 1к).

Многие схемы требуют, чтобы Tm и Ts были примерно равны. Это достигается, если R2 намного больше, чем R1.

Для стандартной нестабильной схемы обратите внимание, что Tm всегда будет больше Ts поскольку Ts пропорционален R2, но Tm пропорционален R2 + R1 , и R1 не может быть нулевым.

Это не слишком ограничивает, потому что выход может как потреблять, так и истекать ток. Например, светодиод можно заставить кратковременно мигать с длинными промежутками, подключив его (с его резистором). между + Vs и выходом. Таким образом, светодиод будет гореть во время Ts, поэтому кратковременные вспышки будут достигнуты при R1 больше, чем R2, делая Ts коротким и Tm длинным.

Если R1 намного меньше R2, Tm и Ts будут очень похожи, и этого обычно достаточно для схем. для которых необходимо, чтобы Tm и Ts были (примерно) равны.

Если Tm должно быть меньше Ts, в схему можно добавить диод, как описано ниже. рабочий цикл ниже.

Выбор R1, R2 и C1

R1 и R2 должны быть в диапазоне 1k до 1М. Лучше всего сначала выбрать C1, потому что конденсаторы доступны всего в нескольких номиналах.

Выберите C1 в соответствии с требуемым частотным диапазоном (используйте таблицу в качестве руководства).

Выберите R2 , чтобы задать требуемую частоту (f). Предположим, что R1 намного меньше R2. (так что Tm и Ts почти равны), тогда вы можете использовать:

Если R1 << R2 используйте
R2 =	0.7
	f × C1

Выберите R1 примерно на одну десятую R2 (минимум 1k) если только вы не хотите, чтобы время метки Tm было значительно больше пространственного времени Ts.

Если вам нужен переменный резистор , лучше всего сделать его R2.

Помните, что если R1 переменный, он должен иметь постоянный резистор не менее 1к в серии (для R2 это не требуется).

---

---

Рабочий цикл

Рабочий цикл нестабильной цепи – это доля полного цикла, для которой выходной высокий (время отметки).Обычно указывается в процентах.

Для стандартной нестабильной схемы 555 время отметки (Tm) должно быть больше, чем пространство-время (Ts), поэтому рабочий цикл должен быть не менее 50%:

Рабочий цикл =	ТМ	=	R1 + R2
	Tm + Ts		R1 + 2R2

Рабочий цикл менее 50%

Для достижения рабочего цикла менее 50% сигнальный диод (например, 1N4148) можно добавить параллельно с R2, как показано на схеме.Это обходит R2 во время зарядки (отметки) части цикла, так что Tm зависит только от R1 и C1:

555 нестабильный с диодом (для рабочего цикла <50%)

Tm = 0,7 × R1 × C1 (без учета 0,7 В на диоде)

Ts = 0,7 × R2 × C1 (без изменений)

T = Tm + Ts = 0,7 × (R1 + R2) × C1

Рабочий цикл с диодом	=	ТМ	=	R1
		Tm + Ts		R1 + R2

555 нестабильная цепь с диодом на R2
Tm может быть меньше Ts, поэтому рабочий цикл
может быть меньше 50%

---

---

Нестабильная работа

При высоком уровне на выходе (+ Vs) конденсатор C1 заряжается током, протекающим через R1 и R2.

Пороговые и триггерные входы контролируют напряжение конденсатора, и когда оно достигает ² / ₃ Вс (пороговое напряжение) выход становится низким, и разрядный вывод подключается к 0 В.

Конденсатор теперь разряжается с током, протекающим через R2 в разрядный штырь. Когда напряжение падает до ¹ / ₃ В (триггерное напряжение), выходной сигнал становится высоким. снова, и разрядный штырь отключается, позволяя конденсатору снова начать заряжаться.

Этот цикл повторяется непрерывно, если вход сброса не подключен к 0 В, что вызывает низкий уровень на выходе. при сбросе 0 В.

Нестабильное устройство может использоваться для обеспечения тактового сигнала для таких схем, как счетчики.

Низкочастотный нестабильный (<10 Гц) может использоваться для включения и выключения светодиода, более частые вспышки слишком часты, чтобы их можно было отчетливо увидеть. Вождение динамика или пьезо преобразователь с низкой частотой менее 20 Гц будет производить серию «щелчков» (по одному для каждого перехода от низкого к высокому уровню), и его можно использовать для создания простого метронома.

Звуковая частота нестабильная (от 20 Гц до 20 кГц) может использоваться для воспроизведения звука от громкоговоритель или пьезоэлектрический преобразователь. Звук подходит для гудков и гудков. Собственная (резонансная) частота большинства пьезопреобразователей составляет около 3 кГц, и это будет заставить их издавать особенно громкий звук.

---

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно никому не будет передано.На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Проектирование 555 Astables

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• • Рассчитайте значения R и C, чтобы получить нестабильную требуемую частоту.
• • Изучите методы изменения рабочего цикла.
• • Узнайте о методах уменьшения воздействия шума.

Рис. 4.4.1 Разработка нестабильного устройства 555 для создания этой волны

Разработка 555 нестабильных генераторов

Если требуется осциллятор определенной частоты и отношения метки к пространству (см. Рис. 4.4.1), метод будет заключаться в вычислении периодического времени на основе требуемой частоты и времени разряда и времени заряда с использованием формул для t _D и t _C , описанные в модуле «Осцилляторы» 4.3. Для этого потребуются некоторые детали компонентов.

Начиная с C1, подходящее значение можно принять из диаграммы на рис. 4.4.2, которая показывает, что для нестабильного устройства с частотой 1 кГц и, следовательно, для периода времени 1 мс будет достаточно конденсаторов от 1 нФ до 1 мкФ, в зависимости от того, какое из общих сопротивлений (обозначенных красными линиями) было выбрано.

Рис. 4.4.2 Поиск подходящих значений для C1

Производители указывают максимальное общее сопротивление, которое может использоваться с их конкретным вариантом 555, и эти максимальные значения обычно составляют от 10 до 20 МОм, однако использование таких высоких значений может увеличить ошибку между расчетными и фактическими частотами, поэтому для многих применений Можно рекомендовать максимум 1 МОм.Минимальное значение общего сопротивления для комбинации R1 и R2 в значительной степени зависит от значения R1. Соединение R1 / R2 подключено к контакту 6 и контакту 2 входа триггера. Если значение R1 меньше примерно 1 кОм, существует опасность того, что вход триггера не сможет достичь достаточно низкого напряжения для запуска компаратора. 1, и поэтому колебания не могут быть.

Из этого можно предположить, что если R1 должно быть 1 кОм или выше, а R1 + R2 должно оставаться ниже 1 МОм; Конденсатор 10 нФ позволит рассчитать подходящее общее сопротивление около 100 кОм.

Пример

Рис. 4.4.3 Цепь 555 для 1 кГц

Отношение метки к пространству 2: 1

Рис. 4.4.4 Выход 1 кГц

Отношение метки к пространству 2: 1

Разработать нестабильный датчик 555 с частотой 1 кГц и отношением метки к пространству 2: 1

Периодическое время T = 1 / f = 1/1000 = 1 мс

Время зарядки t _C = 2 / 3T = 667 мкс

Время разряда t _D = 1 / 3T = 333 мкс

Предполагая (из Рис. 4.4.1), будет использоваться конденсатор 10 нФ, который разряжается только через R2:

т _D = 0.7 х R2 х C1

Перестановка формулы для нахождения R2 дает:

Во время зарядки C1 заряжается через R1 + R2, следовательно:

т _C = 0,7 x (R1 + R2) x C1

Преобразование формулы для нахождения (R1 + R2) дает:

Поскольку R1 = (R1 + R2) – R2, то:

R1 = 95,3 кОм – 47,6 кОм = 47,7 кОм

Выбор ближайшего предпочтительного значения для R1 и R2 дает значение 47 кОм для обоих резисторов.

Чтобы проверить, что два 47кОм дадут требуемую частоту 1 кГц, просто примените формулу частоты для нестабильного 555, используя рассчитанные значения:

Отношение метки к пространству

Базовая нестабильная конструкция 555, описанная выше, использует два синхронизирующих резистора при генерации прямоугольных импульсов.Во время периода высокого уровня (зарядки) синхронизирующий конденсатор (C1 на рис. 4.4.3) заряжается через R1 и R2, но при разрядке C1 используется только R2.

В этой базовой конфигурации сопротивление, используемое для отсчета времени высокого периода, всегда должно быть больше, чем сопротивление, используемое в течение низкого периода. Следовательно, высокий период волны всегда должен быть длиннее, чем период минимума. Отсюда следует, что базовая версия 555 astable производит прямоугольные волны, которые могут быть почти, но никогда не могут быть прямоугольными с соотношением пространства меток 1: 1.

Рабочий цикл

Рис. 4.4.5 Влияние рабочего цикла на уровень постоянного тока

Отношение метки к пространству прямоугольного или импульсного генератора часто называют рабочим циклом. Это более полезный термин, когда цель выходной волны – управлять каким-либо устройством, например двигателем. Это дает более полезное сравнение с мощностью, подаваемой на двигатель, чем описание отношения метки к пространству на выходе. При изменении рабочего цикла изменяется среднее напряжение постоянного тока или уровень постоянного тока на выходе, как показано на рис.4.4.5 и, следовательно, мощность, подаваемая для управления скоростью двигателя. Это также важно для управления устройствами вывода, такими как лампы, обогреватели и многие другие.

Рабочий цикл – это термин, который описывает процентную долю каждого цикла, занятую активным или высоким периодом. Например, прямоугольная волна с отношением метки к пространству 1: 1 имеет рабочий цикл 50%, поэтому высокий период занимает 50% от общего периода. В форме волны, иллюстрирующей отрицательные импульсы на рис. 4.4.5, рабочий цикл может составлять около 80%, в то время как в форме волны положительного импульса рабочий цикл может составлять около 20%.

Нестабильный рабочий цикл 50%

Хотя основная форма нестабильного генератора 555 ограничена производством выходного сигнала с рабочим циклом, который всегда превышает 50%, одним из больших преимуществ использования таймера 555 в качестве нестабильного генератора является легкость, с которой схема может быть модифицирован для увеличения рабочего цикла.

Рис. 4.4.6 Один к одному нестабильному соотношению метки к пространству

Если требуется полностью симметричная выходная волна (коэффициент заполнения 50%), альтернативным методом является использование схемы, показанной на рис.4.4.6. В этой конфигурации, показанной с использованием распиновки реальной микросхемы 555, конденсатор синхронизации по-прежнему подключен к контактам 2 и 6, как в базовой нестабильной схеме, но теперь к выходу, контакту 3 подключен единственный резистор синхронизации.

Эксплуатация

Во время высокого периода формы сигнала C1 заряжается от высокого выхода через R1 до тех пор, пока напряжение на выводе 6 не достигнет 2 / 3Vcc и не запустит компаратор 1. Теперь выход становится низким, и C1 разряжается через R1, пока напряжение на выводе 2 не упадет до 1. / 3Vcc, когда компаратор 2 срабатывает и начинает новый период зарядки.Поскольку на рис. 4.4.6 для заряда и разряда используется только один резистор, время заряда и разряда теперь равно 0,7CR, что дает упрощенную формулу для приблизительной частоты колебаний.

Однако у этого решения есть некоторые недостатки для достижения 50% рабочего цикла. Удивительно, но схема не всегда может обеспечивать рабочий цикл 50%. Одна из причин этого заключается в том, что конструкция предполагает, что выход 555 изменяется между 0 В и Vcc, но на практике фактическое выходное напряжение в некоторой степени зависит от нагрузки, размещенной на выходе.Это обычное дело, например, что в модели 555 с питанием 9 В выходной сигнал может изменяться от 0 В до чуть более 8 В, а при разных сопротивлениях нагрузки эта разница между Vcc и выходным напряжением может снова меняться.

Точки запуска, в которых микросхема 555 переключает свой выход, составляют фиксированную пропорцию Vcc, потому что они питаются от трех внутренних резисторов между + Vcc и 0 В, но скорость, с которой заряжается конденсатор синхронизации в этой конструкции, теперь зависит, а не от Vcc как в базовой конструкции, но от выходного напряжения.Следовательно, различия во времени могут возникать из-за того, что напряжения на выходном выводе 3 и на Vcc не одинаковы, это может повлиять как на частоту, так и на отношение метки к пространству. Однако производительность можно улучшить несколькими способами, чтобы получить ряд полезных схем.

Управляющий вход 555

Вывод 5 из 555 – это вывод управления (Ctrl), который во многих приложениях служит только для развязки инвертирующего входа компаратора 1 внутри ИС, чтобы предотвратить шум, вызывающий неправильное срабатывание схемы.Однако этот вывод также может функционировать как полезный вход, позволяя контролировать частоту и рабочий цикл, когда 555 используется в нестабильном режиме.

Управляющий вход также подключен к цепи резисторов в ИС, которая управляет точками срабатывания 2/3 и 1/3 В постоянного тока схемы. Поэтому, подавая внешнее напряжение постоянного тока на контакт 5, внутренние точки запуска могут быть изменены, чтобы удлинить или сократить периоды заряда и разряда генерируемой волны. Измерение напряжения на выводе 5 обычно показывает напряжение 2/3 В постоянного тока, а приложение более высокого напряжения, чем это, увеличивает время периода заряда, поскольку конденсатор синхронизации должен теперь достичь этого более высокого напряжения, прежде чем компаратор 1 сработает.Следовательно, чем выше напряжение на выводе 5, тем дольше период заряда и ниже частота волны. Уменьшение напряжения на выводе 5 ниже его нормальных 2 / 3Vcc приведет к сокращению периода заряда и увеличению частоты.

Контакт 5, таким образом, обеспечивает метод изменения частоты колебаний путем подачи постоянного напряжения, и, поскольку контакт 5 все еще может быть эффективно развязан довольно большим конденсатором развязки, потенциометр для управления частотой может быть расположен на некотором расстоянии от осциллятор без проблемы внесения шума в схему.

Изменение рабочего цикла

Рис. 4.4.7 Контроль рабочего цикла с помощью Ctrl (вывод 5)

Рис. 4.4.8 Улучшенный контроль рабочего цикла

На рис. 4.4.7 показано, как простое управление рабочим циклом может быть реализовано в базовой нестабильной схеме 555 с помощью управляющего входа. Потенциометр VR1 используется для подачи переменного напряжения на контакт 5. Пределы изменения устанавливаются R1 и R2, так что управляющему напряжению не разрешается колебаться до + Vcc или до 0 В, что позволяет регулировать рабочий цикл в течение диапазон выше и ниже 50%.Одна из проблем с использованием управляющего штифта таким образом заключается в том, что он влияет как на рабочий цикл, так и на частоту одновременно.

Улучшенный контроль рабочего цикла

Схема, обеспечивающая регулируемый рабочий цикл с минимальным влиянием на частоту, показана на рис. 4.4.8. Это модифицированная версия схемы с коэффициентом заполнения 50%, показанной на рис. 4.4.6.

VR1, линейный потенциометр, обеспечивает непрерывно регулируемый рабочий цикл от примерно 35% до 75%, избегая использования управляющего входа, что позволяет регулировать рабочий цикл с незначительным влиянием на частоту колебаний или без него.

Две секции VR1 по обе стороны от ползунка, добавленные к R1 и R2, фактически обеспечивают два отдельных (и регулируемых) значения временного резистора. D1 проводит заряд в течение периода заряда C4, когда на выходе 3 высокий уровень, обеспечивая временное сопротивление, состоящее из R3, левой части VR1 и R1. Во время периода разряда вывод 3 находится в низком состоянии, поэтому D1 смещен в обратном направлении; D2 теперь обеспечивает путь разряда через R2, правую часть VR1 и R3.

Частота рассчитывается по той же формуле, что и для схемы с коэффициентом заполнения 50%, показанной на рис.4.4.6, хотя на это немного повлияет прямое сопротивление диодов:

Кроме того, в этой схеме R теперь состоит из R3 + половина VR1 + R2 (или R1, что имеет то же значение). Частоты от долей 1 Гц до многих десятков кГц могут быть получены из рисунка 4.4.8 путем использования различных комбинаций значений конденсатора синхронизации C4 и резисторов синхронизации R1, R2 и R3. Чтобы получить соотношение пространства меток 1: 1 с VR1 в его центральном положении, значения R1 и R2 должны оставаться равными.

На рис. 4.4.9 показана схема на рис. 4.4.8, построенная на макетной плате.

Рис. 4.4.9 Астабильный 555 с контролем рабочего цикла

Генератор пилообразных волн на NE555 и операционном усилителе. NE555 подключен как генератор прямоугольных импульсов

Генератор пилообразных волн.

Многие люди часто путают пилообразную волну и треугольную волну. Пилообразный сигнал – это тип линейного несинусоидального сигнала треугольной формы, в котором время нарастания и время спада различаются.Чистый треугольный сигнал также является линейным, несинусоидальным и имеет треугольную форму, но имеет одинаковое время нарастания и спада. Пилообразный сигнал также можно назвать асимметричным треугольным сигналом. Графическое представление треугольной и пилообразной формы сигнала показано на рисунке ниже. Предполагается, что T1 – это время нарастания, а T2 – время спада.

Подобно треугольным сигналам, пилообразные сигналы также используются в таких приложениях, как переключение тиристоров (тиристор, симистор и т. Д.), Дискретизация, генерация тона / частоты, модуляция и т. Д.

Генератор пилообразных волн с использованием таймера NE555 и операционного усилителя uA741.

Пилообразные волны могут быть сгенерированы путем интегрирования прямоугольных волн с неравным временем нарастания и спада (асимметричные прямоугольные волны). Схема, показанная ниже, показывает установку для генерации пилообразной волны. Здесь микросхема таймера NE555 используется для генерации асимметричной прямоугольной волны, а интегратор операционного усилителя на основе uA741 используется для интеграции асимметричной прямоугольной волны. Принципиальная схема показана ниже.
Здесь IC NE555 подключен как нестабильный мультивибратор с неравным временем включения и выключения.Резистор R1, R2 и конденсатор C2 устанавливают периоды времени включения и выключения. Значения этих компонентов выбраны таким образом, чтобы время выключения составляло менее 10% от времени включения. Асимметричный прямоугольный сигнал доступен на выводе 3 ИС. Ниже приводится описание работы нестабильного мультивибратора.

При включении питания конденсатор C1 начинает заряжаться через резисторы R1 и R2. Когда напряжение на C1 превышает 2 / 3Vcc, верхний компаратор внутри NE555 переходит в положительное насыщение, и это запускает внутренний триггер.Это устанавливает низкий уровень на выходе (вывод 3) таймера. Теперь конденсатор C1 начинает разряжаться через резистор R2 на выводе 7 ИС.