Схемы генераторов прямоугольных импульсов с регулируемой частотой

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

5-61.jpg

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

5-62.jpg

5-63.jpg

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-

5-64.jpg

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

5-65.jpg

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

5-66.jpg

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).

5-67.jpg

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.

Генератор на NE555 с регулировкой частоты

К слову, микроконтроллер NE555 был разработан еще в 1971 году и настолько удачно, что его применяют даже в настоящее время. Существует множество аналогов, более функциональных моделей, модификаций и т.п., но оригинальный чип по-прежнему актуален.

Читайте также  Схемы бестопливных генераторов тесла

Микросхема представляет собой интегральный таймер. В настоящее время выпускается преимущественно в DIP-корпусах (ранее были версии в круглых металлических).

Функциональная схема выглядит следующим образом.

Рис. 1. Функциональная схема

Может работать в одном из двух основных режимов:

1. Мультивибратор (моностабильный);

2. Генератор импульсов.

Нас интересует только последний вариант.

Простой генератор на NE555

Наиболее простая схема представлена ниже.

Рис. 2. Схема генератора на NE555

Для наглядности далее представлен график выходного напряжения с сопоставлением заряда конденсатора C.

Рис. 3. График выходного напряжения

Таким образом, расчет частоты колебаний (с периодом t на графике) будет выполняться на основе следующей формулы:

f = 1 / (0,693*С*(R1 + 2*R2)),

соответственно формула полного периода:

t = 0,693*С*(R1 + 2*R2).

Время импульса (t1) считается так:

t1 = 0,693 * (R1 + R2) * C,

тогда промежуток между импульсами (t2) – так:

t2 = 0,693 * R * 2 * C

Изменяя значения резисторов и конденсатора, можно получить требуемую частоту с заданным временем длительности импульсов и паузы между ними.

Регулируемый генератор частоты на NE555

Самый простой вариант – это переработка нерегулируемой схемы генератора.

Рис. 4. Схема генератора

Здесь второй резистор заменяется на два регулируемых включенных со встречно-параллельными диодами.

Другой вариант регулируемого генератора на таймере 555.

Рис. 5. Схема регулируемого генератора на таймере 555

Здесь положением переключателя (за счет включения нужного конденсатора) можно изменить регулируемый диапазон частот:

  • 3-153 Гц;
  • 437-21000 Гц;
  • 1,9-95 кГц.

Включатель перед диодом D1 увеличивает скважность, его можно даже не использовать в схеме (при его работе может незначительно изменяться частотный диапазон).

Транзистор лучше всего смонтировать не теплоотводе (можно даже на небольшом).

Скважность и частоту регулируют переменные резисторы R3 и R2.

Еще одна вариация с регулированием.

Рис. 6. Схема регулируемого генератора

IC1 – это таймер NE555N.

Транзистор – высоковольтный полевой (чтоб свести к минимуму эффект нагрева даже при высоких токах).

Чуть более сложная схема, работающая с большим числом диапазонов регулирования.

Рис. 7. Схема, работающая с большим числом диапазонов регулирования

Все детали уже обозначены на схеме. Регулируется за счет включения одного из диапазонов (на конденсаторах C1-C5) и потенциометрами P1 (отвечает за частоту), P4 (отвечает за амплитуду).

Схема требует двуполярного питания!

Мнения читателей
  • Иван-Иван / 23.07.2021 — 17:13

Микроконтроллер — ? Пиз**** статьи друг у друга, но хоть проверяйте что пи**** . И если у человека имя меньше 5 символов, то что ему уже и комментарий нельзя оставить ? Да .

Ко всему вышесказанному, 555 — микроконтроллер! Крутой МК.

«Транзистор – высоковольтный полевой (чтоб свести к минимуму эффект нагрева даже при высоких токах)».Исправьте этот бред.

Люди,это всё фуфло изобретателей велосипедов

Да уберите же наконец схему на рис 5. При таком включении выходного транзистора, при положении движка потенциометра R4 в крайне верхнем положении он просто сгорит.Да и вообще схема сырая.

Подскажите пожалуйста, откудава взалась константа 0,693? Это не пороговое срабатывание микросхемы случайно?

Покажите человека у которого устройство показаное на Рис.7.работает.Столько ошибок -это даже восхищает!D6,Pin 4,8(555),про точки соединений я промолчу.А уж "земля"-виртуальный блеск!Постыдились-бы ребята.

Под Рис.3 в формуле для длительности паузы между импульсами следует убрать лишнюю звездочку и привести формулу к видуt2=0,693×R2×C

Пожалуйста, помогите вам использовать электронную схему, используя встроенный 555Чтобы отрегулировать ширину импульса и управлять им, чтобы добавить управление в вспышку, тушите и зажигайте лампу в том же кругеЧастота цепи должна составлять до 500 кГцСуществует круг, расположенный на сайте, похожий, но слегка колеблетсяmail shadi_abusalim@yahoo.comThe current and frequency are controlled by the variable resistors R3 and R2.Another variation with regulation.Fig. 6. Scheme of the regulated generator

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Генератор импульсов с регулируемой частотой и скважностью

Принципиальная электрическая схема генератора прямоугольных импульсов показана на рисунке. Используя ШИМ-регулятор KA7500В (TL494 немного хуже, так как нет 100% регулировки ШИМ), можно изготовить неплохой генератор прямоугольных импульсов (20 Гц. 200 кГц) с регулировкой скважности 0. 100%. При этом можно использовать две независимых схемы коммутации с применением схемы с общим эмиттером или общим коллектором (до 250 мА и 32 В), или параллельное включение (до 500 мА). Если вывод 13 переключить с "земляного" на 14-й (стабилизированное 5 В), то выходы будут включаться попеременно.

Согласно документации, КА7500В должна работать при напряжении от 7 до 42 В и токе на каждом выходе до 250 мА. Однако у автора при напряжении выше 35 В микросхемы "стреляли". По току микросхемы на верхних пределах не проверялись из-за боязни сжечь их. Имевшиеся экземпляры микросхем работали и в диапазоне частот от долей герц до 500. 1000 кГц (в верхнем диапазоне ШИМ, естественно, хуже из-за увеличения общей доли времени на переключение компараторов и выходных ключей).

Сопротивление резистора на входе генератора должно быть в пределах от 1 кОм до 100 МОм, но изменение частоты нелинейное. А вот изменение частоты от емкости на входе линейное, по крайней мере, до 10 мкФ большие значения автор не пробовал). Точность установки или больший диапазон (от долей герц до 500. 1000 кГц) можно расширить, применив большее количество диапазонов.

Так, товарищи! Заканчиваем банкет, убираем рыбные закуски.
Не забываем, что на сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара России, мы обсуждаем наболевшее: "Исследование разнообразных схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП".

Развиваем сюжетную линию, плавно переходим к генераторам прямоугольных импульсов с несимметричной формой сигнала, а также генераторам с изменяемой скважностью выходных импульсов.

Для начала определимся — для чего, собственно, когда и с чем потреблять само понятие "скважность импульсного сигнала"?

Тут как нельзя всё просто: Скважность = Т/tи, где
Т-полный период колебаний,
tи — длительность импульса,
tп — длительность паузы.

При величине скважности, равной 2, импульсный сигнал имеет симметричную форму (меандр), во всех остальных случаях — несимметричную (не меандр).
Рис.1

Теперь также плавно, без рывков и резких падений, переходим с схемотехническим изыскам.

Отличие несимметричных генераторов от устройств, описанных на предыдущей странице, как правило, сводится к утяжелению схемы дополнительным резистором и парой диодов для разделения цепей заряда конденсатора разнополярными токами.

На Рис.2 приведена схема генератора импульсов с раздельной установкой длительности импульса и паузы между ними.
Параметры выходных импульсов генератора описываются следующими приблизительными формулами:

F = 0,77/((R1+R2)×C1))
Скважность импульсов = (R1+R2)/R1

Схема обладает весомым параметром потребления тока.
Значения этого параметра находятся в диапазоне от единиц до десятков мА, в зависимости от величин напряжения питания и частоты генерации.

Именно из-за этих соображений, рекомендуется собирать подобные схемы генераторов на цифровых микросхемах, представляющих собой триггер Шмитта (Рис.3).
Мало того, что они просты в реализации, так ещё и исключительно экономичны — при напряжении питания менее 6 В ток потребления составляет всего несколько десятков микроампер.
Частота генерации и скважность для приведённой схемы:

F = 0,86/((R1+R2)×C1))
Скважность импульсов = (R1+R2)/R1

В случае необходимости получить плавную регулировку скважности при неизменной частоте имеет смысл обратить внимание на схему, приведённую на Рис.4.
F = 0,77/((2*R1+R2)×C1))
Макс. скважность импульсов = R2/R1+2
Мин. скважность импульсов = 1+R1/(R1+R2)

Точно таким же образом реализуется плавная регулировка скважности для схем, построенных на триггере Шмитта (Рис.5).

F = 0,86/((2*R1+R2)×C1))
Макс. скважность импульсов = R2/R1+2
Мин. скважность импульсов = 1+R1/(R1+R2)

Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С.

Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах И—НЕ, ИЛИ—НЕ, триггерах Шмитта, или инверторах.

Идём дальше к таблице для расчёта номиналов элементов генераторов, исходя из заданной частоты генерации и скважности выходных импульсов.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ БЕЗ ПЛАВНОЙ РЕГУЛИРОВКИ СКВАЖНОСТИ.

Бросив беглый взгляд на Рис.1, легко заметить, что значение скважности импульсов должно быть больше 1.
Теоретически величины сопротивлений резисторов R1 и R2 должны быть не менее 1кОм, однако на практике, для минимизации влияния выходного сопротивления микросхемы на частоту сигнала, рекомендуется выбирать значения сопротивления этих резисторов — не менее 10кОм. Поэтому послеживайте за рассчитанным значением R2, если оно не вписывается в нужный диапазон — повышайте номинал R1.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ C ПЛАВНОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ СКВАЖНОСТИ.

R1 — не менее 1кОм, желательно — не менее 10кОм.
Пределы изменения длительности импульса — больше 1.

•D1,2,3 – диоды 1N4007. Как достаточно распространенные.
•C1,3,4 – конденсаторы керамические 50В. С4 можно поставить электролитический 2,2мкФх25В. Необходимо соблюсти полярность. Конденсаторы можно ставить и с бОльшим напряжением.
•С2 — конденсатор электролитический. При маленькой его емкости питание микросхемы может быть нестабильным, а отсюда и сбои в работе.
•Постоянные резисторы все 0,25 Вт. R1 не менее 1k. Для остальных можно взять и ближайшее значение. R5 просто 20 Ом, а не кОм.
•R3,4 — переменные резисторы. Желательно с линейной характеристикой. На схеме показаны 16К1-В10К и 16К1-В500К.
С платы резисторы вынес специально, потому что это дает возможность подобрать их в других корпусах, да и расположить в какой-нибудь коробке будет проще.
Если не оказалось с номиналом 10к, то можно ставить 5к или 20к. В первом случае время открытого состояния форсунки уменьшится примерно в два раза и, если его окажется мало для полного открытия форсунки, то надо будет увеличить номинал резистора R1. Во втором случае время открытого состояния форсунки увеличится примерно в два раза, и здесь мы выходим из рабочего диапазона форсунки. Это надо будет помнить и не выводить R3 больше чем наполовину.
Если не оказалось с номиналом 500к, то можно ставить 200к или 1М. В первом случае минимальная частота будет примерно 3 Гц и будет зря повышенный расход промывающей жидкости. Во втором случае на минимальной частоте схема может работать неустойчиво, но это не страшно, потому что достаточно R4 не выводить больше чем наполовину.
•Транзистор IRF3710 или IRF3710Z в корпусе ТО220. N-канал, Uси 100В, Iси max 57A. Можно попробовать и с другим Iси. При сильном нагреве установить радиатор. У транзисторов других производителей назначения выводов могут не совпадать.
•NE555 – микросхема-таймер в корпусе DIP-8. Можно попробовать отечественную КР1006ВИ1.
•Панелька SCS-8 под микросхему.

Читайте также  Трансмиссия рено сандеро схема

Для режима "Кавитация" необходимо частоту увеличить до 400Гц. Для этого С4 ставим 0,22 мкФ, а R4 скручиваем по часовой в крайнее положение.

Регулировка скважности – регулировка времени открытого состояния форсунок. При данных значениях R1,R3 и С4 время будет лежать в рабочем диапазоне форсунок и будет примерно 1,5-20 млСек. При изменении скважности частота будет оставаться неизменной.

Регулировка частоты при данных значениях С4,R4,R2,R3 будет примерно 1-50Гц, что соответствует 120-6000 об/мин двигателя. Форсунка срабатывает 1 раз/сек (1Гц), если коленвал вращается со скоростью 2об/сек, что соответствует 120об/мин. При изменении частоты время открытого состояния форсунок будет оставаться неизменным.

Можно сделать и без регулировок, но тогда автолюбитель лишится возможности что-нибудь покрутить и будет ему постоянно казаться, что быстро или медленно. Интересно было наблюдать, как взрослый дядька 1м 90 ростом, сидя на корточках, в одной руке держал переноску и подсвечивал с обратной стороны колбы, а другой постоянно менял регулировки. И так полчаса.

псевдо-Бистабильные реле RM-02, RM-04, RM-05

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.

Профессиональный цифровой осциллограф

Количество каналов: 1, размер экрана: 2,4 дюйма, разрешен…

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.

Принципиальная схема генератора импульсов на микросхеме NE555 тестовый генератор импульсов на микросхеме таймере ГЕНЕРАТОР НА NE555 ГЕНЕРАТОР НА ТАЙМЕРЕ - плата ГЕНЕРАТОР НА ТАЙМЕРЕ - плата печатная тестовый генератор импульсов на таймере 555

ШИМ регулятор на микросхеме NE555

ШИМ регулятор на микросхеме NE555

Аббревиатура «ШИМ» довольно часто встречается в технической среде, расшифровывается она как «широтно-импульсная модуляция». Шим-сигнал представляет собой непрерывную последовательность из прямоугольных импульсов, ключевыми параметрами такого сигнала будут являться длительность самого импульса (широта), и частота сигнала. Отношение длительности импульса и длительности паузы между импульсами называется скважностью, она может варьироваться от 0 до 100%, если скважность равна 0 %, сигнал будет полностью отсутствовать. Если начать понемногу увеличивать длительность, то импульсы будут выглядеть как тонкие иголки, если увеличить ещё — один станут похожи на прямоугольники. В случае, когда скважность равна 50%, длительность паузы становится равно длительности самого импульса, если же увеличить скважность до 100%, то сигнал просто превратится в некое постоянное напряжение — паузы между импульсами просто будут отсутствовать. Если же проинтегрировать такую непрерывную последовательность импульсов, то получится некое постоянное напряжение, амплитуда которого будет меньше размаха самих импульсов, причём будет строго зависеть от скважности.

Чем больше процент скважности — тем соответственно будет амплитуда постоянного напряжения после интегрирования. Именно это интересное свойство используется в ШИМ-регуляторах — устройство, мощность которого нужно регулировать, питают не постоянным напряжением, а вот таким сигналом из прямоугольных импульсов, то есть регулируя скважность меняется и напряжение на нагрузке. Интегрирование происходит «автоматически» за счёт присутствия на выходе конденсатора, а также паразитных сопротивлений и индуктивностей. Кроме того, некоторым устройствам, например, нагревателям, совершенно неважно, какая форма у питающего напряжения, импульсы это или постоянный ток. Огромным преимуществом ШИМ-регуляторов является большой КПД — именно по этой причине они и получили такое широкое распространение в электронике. Дело в том, что для создания прямоугольных импульсов на нагрузке управляющий транзистор работает в ключевом режиме — то есть находится всегда в одном из двух состояний, либо полностью закрыт, либо полностью открыт. В первом случае ток через него не протекает вообще, соответственно не выделяется никакого тепла, во втором же случае он представляет из себя перемычку с очень малым падением напряжения — тепло также практически не выделяется, особенно если применять транзисторы с максимально низким сопротивлением открытого канала. Тепловыделение на транзисторе обусловлено, в первую очередь, потерями при переключении транзистора, ведь переключает своё состояние он несколько тысяч раз в секунду. Таким образом, при коммутировании маломощной нагрузки радиатор не потребуется вообще, а для мощной же (при токе от 5-7А) небольшой радиатор может потребоваться. Схем различных ШИМ-регуляторов в интернете представлено достаточно много, в том числе и на микроконтроллерах с различными дополнительными опциями и наворотами. Представленная же ниже схема является самой типовой и простейшей — она имеет всего один орган управления (переменный резистор), которым будет регулироваться мощность на нагрузке, контакты для подключения самой нагрузки и питающего напряжения, ничего лишнего.


Как можно увидеть, ключевым звеном схемы является микросхема-таймер NE555, которая работает в роли генератора прямоугольных импульсов. Подобный генератор также можно собрать и на паре отдельных транзисторов, но микросхема же обеспечивает большую надёжность работы и стабильность в зависимости от температуры. Резистор R1 — потенциометр, который и будет регулировать мощность. В одном его положении напряжение на нагрузке будет практически равно нуля, а во втором — напряжению питания, так, как будто нагрузка просто подключена напрямую. Этот орган управления можно установить на плате в виде подстроечного резистора, либо вывести на проводах и установить на корпусе с ручкой. Использовать здесь можно практически любой переменный резистор с сопротивлением от 10 до 50 кОм, характеристика должна быть линейной. Резистор R2 задаёт крайнее положение регулировки, установленный на схеме номинал в 1 кОм практически не влияет на границу регулировки. Диоды D1 и D2 — любые кремниевые диоды, например, подойдут дешёвые 1N4148, либо 1N4007. Особое внимание стоит обратить на конденсатор С1, ведь именно от его ёмкости будет зависеть частота работы ШИМ-регулятора. Эта частота может лежать в звуковом диапазоне, то есть быть менее 20 кГц — в этом случае возможно появление высокочастотного свиста от нагрузки. Если после запуска схемы слышен свист — можно уменьшить ёмкость этого конденсатора, в этом случае частота работы схемы просто выйдет за пределы слышимости человеческого уха. Также в этом случае не мешает поставить параллельно выходу схемы конденсатор, ёмкостью 100 нФ, а параллельно с ним электролитический на 100-220 мкФ для подавления пульсаций, то есть интегрирования прямоугольых импульсов. Конденсатор С1 можно использовать керамический, но более предпочтительным вариантом будет плёночный, так как здесь важна термостабильность и изменение ёмкости от температуры может стать критичным. С2 — керамический на 1 нФ.


Q1 на схеме — транзистор, который коммутирует нагрузку, особое внимание стоит уделить выбору этого транзистора, особенно если планирует использование регулятора с мощной нагрузкой. Стандартными вариантами будут распространённые и довольно дешёвые полевые транзисторы IRF740, IRF640, а также более низковольтные IRF3205, IRFZ55. Ключевыми параметрами транзисторов являются максимальный ток, максимальное напряжение (оно должно быть раза в два выше напряжения питания), а также сопротивление открытого канала. Резистор R4 на схеме ограничивает зарядный ток затвора транзистора, а R3 подтягивает затвор к плюсу питания. В данном регуляторе можно применить и биполярный транзистор, хоть он и будет обладать большими потерями и большим нагревом, по сравнению с полевым. Хорошим вариантом будет составной транзистор КТ827, схема с его использованием показана ниже.


А также печатная плата для данной схемы.


Обозначением N в кружке на схеме показана нагрузка, мощность на которой нужно регулировать, это может быть, например, лампочка накаливания, мощные светодиоды, какой-либо нагреватель, электродвигатель, зарядное устройство аккумулятора — практически любая нагрузка постоянного тока. Диод D3 служит для защиты транзистора от выбросов самоиндукции, которые могут возникать при коммутировании нагрузки индуктивного типа. Сюда подойдёт диод 1N4007.

Вся схема выполняется на довольно миниатюрной печатной плате, которая имеет по два контакта с каждой стороны — для подключения нагрузки и питающего напряжения. Также плата имеет посадочное место для установки подстроечного резистора — если используемый вами тип не совпадает с посадочным местом на плате, то можно открыть печатную плату в программе Sprint Layout и подредактировать, файл приложен в архиве в конце статьи. Транзистор можно оставить на плате, если на него не крепится радиатор, в противном же случае его также можно вывести на проводах и посадить на радиатор. Обратите внимание, что все провода для подключения мощной нагрузки нужно брать соответствующего сечения. Ниже показан собранный вариант платы с биполярным транзистором.

Напряжения питания регулятора составляет 9 — 15В, сама схема питается от того же источника, что и коммутируемая нагрузка. Удачной сборки!

shim-reguljator-2-1.rar [6,9 Kb] (скачиваний: 11)
Источник (Source)



Генератор прямоугольных импульсов на NE555

Потребовалось мне сделать регулятор скорости для пропеллера. Чтобы дым от паяльника сдувать, да морду лица вентилировать. Ну и, для прикола, уложить все в минимальную стоимость. Проще всего маломощный двигатель постоянного тока, конечно, регулировать переменным резистором, но найти резюк на такой малый номинал, да еще нужной мощности это надо сильно постараться, да и стоить он будет явно не десять рублей. Поэтому наш выбор ШИМ + MOSFET.

Читайте также  Ауди а4 схема трансмиссии

Ключ я взял IRF630. Почему именно этот MOSFET? Да просто у меня их откуда то завелось штук десять. Вот и применяю, так то можно поставить что либо менее габаритное и маломощное. Т.к. ток тут вряд ли будет больше ампера, а IRF630 способен протащить через себя под 9А. Зато можно будет сделать целый каскад из вентиляторов, подсоединив их к одной крутилке — мощи хватит Теперь пришло время подумать о том, чем мы будем делать ШИМ. Сразу напрашивается мысль — микроконтроллером. Взять какой-нибудь Tiny12 и сделать на нем. Мысль я эту отбросил мгновенно.

  1. Тратить такую ценную и дорогую деталь на какой то вентилятор мне западло. Я для микроконтроллера поинтересней задачу найду
  2. Еще софт под это писать, вдвойне западло.
  3. Напряжение питания там 12 вольт, понижать его для питания МК до 5 вольт это вообще уже лениво
  4. IRF630 не откроется от 5 вольт, поэтому тут пришлось бы еще и транзистор ставить, чтобы он подавал высокий потенциал на затвор полевика. Нафиг нафиг.

Остается аналоговая схема. А что, тоже неплохо. Наладки не требует, мы же не высокоточный девайс делаем. Детали тоже минимальные. Надо только прикинуть на чем делать.
Операционные усилители можно отбросить сразу. Дело в том, что у ОУ общего назначения уже после 8-10кГц, как правило, предельное выходное напряжение начинает резко заваливаться, а нам надо полевик дрыгать. Да еще на сверхзвуковой частоте, чтобы не пищало.

ОУ лишенные такого недостатка стоят столько, что на эти деньги можно с десяток крутейших микроконтроллеров купить. В топку!
Остаются компараторы, они не обладают способностью операционника плавно менять выходное напряжение, могут только сравнивать две напруги и замыкать выходной транзистор по итогам сравнения, но зато делают это быстро и без завала характеристики. Пошарил по сусекам и компараторов не нашел. Засада! Точнее был LM339, но он был в большом корпусе, а впаивать микросхему больше чем на 8 ног на такую простую задачу мне религия не позволяет. В лабаз тащиться тоже было влом. Что делать?

И тут я вспомнил про такую замечательную вещь как аналоговый таймер — NE555. Представляет собой своеобразный генератор, где можно комбинацией резисторов и конденсатором задавать частоту, а также длительность импульса и паузы. Сколько на этом таймере разной хрени сделали, за его более чем тридцатилетнюю историю… До сих пор эта микросхема, несмотря на почтенный возраст, штампуется миллионными тиражами и есть практически в каждом лабазе по цене в считанные рубли. У нас, например, он стоит около 5 рублей. Порылся по сусекам и нашел пару штук. О! Щас и замутим.

Как это работает Если не вникать глубоко в структуру таймера 555, то несложно. Грубо говоря, таймер следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR (THRESHOLD — порог). Как только оно достигнет максимума (кондер заряжен), так открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS (DISCHARGE — разряд) на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю (полный разряд) система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь. Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R4->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда мы крутим переменный резистор R1 то у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Диоды можно ставить любые совершенно, кондеры примерно такого номинала, отклонения в пределах одного порядка не влияют особо на качество работы. На 4.7нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно, видать слух у меня уже не идеальный

Покопался в закромах, нашел программку, которая сама расчитывает параметры работы таймера NE555 и собрал схему оттуда, для астабильного режима со коэффициентом заполнения меньше 50%, да вкрутил там вместо R1 и R2 переменный резистор, которым у меня менялась скважность выходного сигнала. Надо только обратить внимание на то, что выход DIS (DISCHARGE) через внутренний ключ таймера подключен на землю, поэтому нельзя было его сажать напрямую к потенциометру, т.к. при закручивании регулятора в крайнее положение этот вывод бы сажался на Vcc. А когда транзистор откроется, то будет натуральное КЗ и таймер с красивым пшиком испустит волшебный дым, на котором, как известно, работает вся электроника. Как только дым покидает микросхему — она перестает работать. Вот так то. Посему берем и добавляем еще один резистор на один килоом. Погоды в регулировании он не сделает, а от перегорания защитит.

Сказано — сделано. Вытравил плату, впаял компоненты:

Сам таймер скрыт массивной тушей транзистора. Пришлось его так загнуть, чтобы не торчал.

Защитный диод, ограждающий полевик от пробоя при обрыве нагрузки я напаял на сам двигатель.

Снизу все просто. Вот и печатку прилагаю, в родимом Sprint Layout — PWM.lay

Включаю… Тычу осциллографом и вижу такие картинки:

Это на выходе с конденсатора. Тут у нас пила. Изначально я хотел вообще поставить таймер 555 просто как генератор пилы, а ШИМ делать на компараторе, но потом понял, что можно и без компаратора обойтись.

А это напряжение на выходе самого таймера. При разных положениях крутилки

А это напряжение на движке. Видно небольшой переходный процесс. Надо кондерчик поставить в параллель на пол микрофарады и его сгладит.

Как видно, частота плывет — оно и понятно, у нас ведь частота работы зависит от резисторов и конденсатора, а раз они меняются, то и частота уплывает, но это не беда. Во всем диапазоне регулирования она ни разу не влазит в слышимый диапазон. А вся конструкция обошлась в 35 рублей, не считая корпуса. Так что — Profit!

ГЕНЕРАТОР НА ТАЙМЕРЕ 555

В широком доступе в магазинах имеется таймер 555, продаётся за сущие копейки – микросхема в SMD исполнении, как правило, стоит порядка 5 рублей, в дипе — 7-10 рублей. Радиолюбителю, как в частности и мне, рано или поздно требуется относительно точный регулируемый и простой генератор для различных конструкций. Мне понадобился таковой для ознакомления с работой осциллографа. Нашел интересную схему в статье, которая описана как тестер для таймера, дабы проверить его исправность.

Блок-схема микросхемы 555

Блок-схема микросхемы 555

Принципиальная схема генератора импульсов на таймере

Принципиальная схема генератора импульсов на микросхеме NE555

Генератор вырабатывает прямоугольные импульсы. Период колебаний связан с номиналами резисторов R1, R2 и конденсатора С1. Чуть доработал схему, нарисовал свою печатку, правда рисовал под SMD, но решил в конечном итоге поставить Dip.

ГЕНЕРАТОР НА ТАЙМЕРЕ - плата печатная

Вместо постоянных резисторов установлено два регулирующих резистора на 100 кОм для подстройки, новеньких, с хорошей регулировкой.

тестовый генератор импульсов на микросхеме таймере

Выход таймера (вывод 3) разделен конденсатором на 100 нанофарад, обычным керамическим, чтобы исключить замыкание выхода или слишком завышенный уровень сигнала. По входу питания микросхемы установлен стеклянный диод который защищает схему от переполюсовки батареи – чтобы не сгорела, если подключишь полярность неправильно. Для индикации установлен светодиод с токоограничительным резистором – так видно когда устройство включено и работает. Большинство резисторов в схеме применены в планарном исполнении, чтоб снизить размеры и упростить монтаж без сверловки, типоразмер применен 1206.

ГЕНЕРАТОР НА NE555

Схема генератора хорошо регулируется в широких пределах, подстройка, благодаря большим номиналам регуляторов, хорошая. Питается устройство во время тестов от аккумулятора в 6 вольт, ток потребления 15-25 мА, в зависимости от режима роботы которые выводятся движками регуляторов. Крайнее положение ставить не рекомендую, желательно последовательно с резисторами регулировки в схему поставить еще и дополнительно по несколько килоОм резисторы для надежности, но эта несложная платка сделанная на скорую руку для простейших тестов, поэтому устраивает и так.

тестовый генератор импульсов на таймере 555

На таймере 555 можно построить также генератор пилообразных колебаний.

Схема генератора пилообразного сигнала

Когда на выходе таймера присутствует напряжение высокого уровня, конденсатор С1 заряжается медленно от источника тока на полевом транзисторе. Как только напряжение на конденсаторе достигнет уровня 2Uпит / 3, высокий уровень напряжения на выходе таймера сменится на низкий и конденсатор быстро разрядится через открытый внутренний транзистор микросхемы.

Видео работы схемы

Частоту генерации определяют уровень источника постоянного тока на полевом транзисторе и емкость конденсатора С1. Период колебаний генератора равен Т=C1.Uпит/(3I). Схему собрал и проверил redmoon.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: