|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 38 Однотактные таймеры Offmeao ПриМЕНЕНиЯ Одиночные Ж 555 LN 322 XR S20 СдВоЕн-ные Счет Be ~ репные Ж556 XR 2556 Многотактные таймеры Специализис^ роданные Микро-мои^ные НЕ 558 НЕ 559 ЮМ 7556 КН7555 Виполяр-ные устойчивые
Специализи-роВанныЕ Xf!2242 ИСи541 XRL555 XRL55e Рис. 7.1. Классификация полупроводниковых таймеров.  Однотак- тный таймер Двоичный счетчик Упрадля--1 ющий элемент N \вых (К Сброс Запуск 6) Рис. 7.2. Структурные схемы однотактного (а) и многотактного (б) таймеров жения на С/ в пределах некоторого диапазона, установленного внутренним резисторным делителем таймера. Однотактный таймер (рис. 7.2, а) работает следующим образом. В исходном состоянии, когда переключатель S1 замкнут, напряжение на конденсаторе уменьшается до нуля и на выходе таймера устанавливается низкое напряжение, равное 0,1 В. При подаче импульса на вход триггера в нем формируется сигнал, размыкающий переключатель S1, и на выходе таймера устанавливается высокое напряжение. Если входное сопротивление компаратора Л7 значительно больше сопротивления Rt, конденсато!? С, будет заряжаться только через Rt, а напряжение на С, будет экспоненциально нарастать с постоянной времени RtCt, стремясь к своему максимальному значению U. Как только напряжение на конденсаторе достигнет некоторой величины f/on i, компаратор начнет вырабатывать сигнал, устанавливающий триггер (а следовательно, и весь таймер) в исходное состояние (f/вых ~0). Временной интервал Т„ должен быть значительно больше, чем длительность запускаюшего импульса. Опорное напряжение Uon i формируется в таймере внутренним резисторный делителем. Описанный цикл работы таймера имеет место при включении его по схеме одновибратора, когда формируется один выходной импульс после подачи внешнего сигнала запуска на вход триггера. Для того чтобы таймер мог работать в режиме асинхронного мультивибратора, управляющий выходной сигнал от времязадающей RiCt-пеии подается на RS-триггер через компаратор А2 с опорным напряжением f/on 2- Чтобы иметь возможность прервать выполнение таймером заданной функции независимо от завершенности временного цикла, введем переключатель S2. При подаче сигнала сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю до тех пор, пока сигнал сброса не будет снят. Обычно при подаче сигнала сброса на выходе таймера устанавливается низкое напряжение. Многотактные таймеры разработаны для аппаратуры, требуюшей использования генераторов сигналов сверхнизкой частоты с про- должительностью импульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две основные группы (см. рис. 7.1). К первой группе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый временной интервал задается программно, установкой соответствующих перемычек на выходах счетчика. В завивимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени 7?,СгЦепи в п раз {п определяет диапазон программирования или коэффициент умножения счетчиков). Программируемые таймеры содержат таймеры общего применения, выполненные по биполярной технологии, и микромощные. Ко второй группе относятся специализированные таймеры со встроенными счетчиками, у которых однозначно задан коэффициент умножения п. Программируемые таймеры работают следующим образом (рис. 7.2, б). При подаче на вход запуска импульса включается внутренний мультивибратор на однотактном таймере, генерирующий импульсы длительностью Tw = R,Ct. Подключенный к выходу таймера Л/-разрядный двоичный счетчик подсчитывает входные импульсы и формирует на N выходах счетчика временные интервалы, длительность которых может устанавливаться от 7и до (2 - 1)7и. На первом выходе формируется импульс длительностью 7и, на втором - длительностью 2Ги, на Л/-м - длительностью (2 -1)7 . Счетчик допускает объединение выходов, причем длительность формируемого в этом случае временного интервала определяется суммой длительности импульсов на объединенных выходах. Например, объединены выходы, формирующие отдельно импульсы длительностью Т^. 5к ПороаоВыйЛ. вход i Опорное напряжение Tpu8sepHbiu j вход г\ Разряд J 5Н ч Общий 5к Запуск Сброс  
4к  < блок упраВле- 6к Общий Рис. 7.3. Структурные схемы типового (а) и прецизионного (б) однотактных таймеров , 8Ги и 128Г„, тогда длительность формируемого временного интервала 7и + 8Г„+128Ги= ISTTb. Таким образом, объединив соответствующие выходы, получим любую длительность импульса или задержку его фронта в диапазоне ... (2* - 1) Ги. Выполнение таким таймером предварительно заданной программы можно прервать, подав на специальный вход импульс сброса. Для синхронной работы внутреннего однотактного таймера и счетчика используется управляющая цифровая микросхема. В полупроводниковых таймерах наибольшее распространение получили структуры, использованные в однотактных таймерах NE555, LM322 и программируемом XR2240. Структура таймера КР1006ВИ1, аналогичного NE555, показана на рис. 7.3, а. Эти таймеры состоят из четырех функциональных узлов: двух компараторов напряжения на входе, RS-триггера и инвертируюшего усилителя мощности на выходе. Внутренний резисторный делитель задает пороговые напряжения, равные 2t/n/3 для компаратора А1 и f/n/3 для компаратора А2. Длительность генерируемых выходных импульсов устанавливается внешней времязадающей цепью RtCt. Аналогичен NE555 по структуре и параметрам таймер XR320, разработанный фирмой EXAR. Этот таймер в отличие от NE555 может управляться не только спадом, но и фронтом импульса. Кроме того, таймер XR320 в дополнение к низкоомному выходу имеет инверсный выход с открытым коллектором. Существенным преимуществом XR320 является то, что времязадающий конденсатор С/ заряжается внутренним генератором постоянного тока, величину которого определяет внешний резистор Rt. Благодаря этому напряжение на Ct увеличивается линейно, что важно для некоторых применений однотактных таймеров. Тем не менее этот таймер используется сравнительно редко, не имеет такого схемотехнического обеспечения, как NE555, и обладает незначительными преимуществами по сравнению с последним. Наиболее удачной структурой таймера является использованная в LM322 (рис. 7.3, б). Этот таймер, второй по массовости применения среди однотактных, существенно превосходит NE555 по сочетанию параметров точности, быстродействия и потребления. Таймер LM322 часто относят к прецизионным, подразумевая под этим не столько его высокие точностные характеристики, сколько специфичность применения в аппаратуре. Таймер содержит источник опорного напряжения 3,15 В, в которому подключается внешний времязадаю-щий. резистор. Применен только один компаратор, быстродействие которого можно увеличить, подключив дополнительный вывод N к источнику питания f/n- Запускается таймер положительным фронтом импульса. Таймер LM322 существенно отличается от NE555 конструкцией выходного каскада. Хотя использованное в схеме включение транзистора VT2 и делает более универсальным выход таймера, для большинства применений предпочтительнее мощный выходной каскад как в NE555. Наиболее распространенным в современной микроэлектронной аппаратуре среди многотактных программируемых таймеров является XR2240, полная функциональная схема которого приведена на рис. 7.4. Таймер состоит из трех основных узлов, выделенных щтрихпунктирными линиями: однотактного таймера, подобного NE555; 8-разрядного двоичного счетчика й управляющего триггера. Двоичный счетчик и управляющий триггер питаются от внутреннего источника стабилизированного напряжения 6,3 В, образованного цепью VD1R1VT3. Внутренний резисторный делитель устанавливает на входах компараторов А1 к А2 пороговые напряжения переключения, равные Зи /4 и f/n/4 соответственно. Выходами двоичного пап> Однотипный двоичный счетчик праВляЦ 5к
5к Общий RI I   Ш VT3 VT4 7 триггер 15 ! US -i 010. I Сброс T 14 1-йр 1 Z-йр VTI2 I 2 8-up \3апуск 11 I Рис. 7.4. Функциональная схема программируемого таймера счетчика являются открытые коллекторы транзисторов VT4-VTI2. Триггер DIO управляет работой счетчика D2 - D9 и триггера D1 в однотактном таймере, который, в свою очередь, управляет работой первого каскада D2 счетчика. 7.2. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТАЙМЕРОВ Для полного и правильного использования различных возможностей таймера КР1006ВИ1 необходимо знать назначение его выводов, характеристики и требования к выбору параметров времязадающих элементов. Назначение выводов таймера КР1006ВИ1 (см. рис. 7.3, а) незначительно отличается от рассмотренного ранее для обобщенной структуры на рис. 7.2, а. Напряжение питания U п, подаваемое на вывод 8 и измеряемое относительно вывода /, равно 5 ... 16,5 В. Приращение потребляемого таймера тока на 1 В изменения f/n равно 0,7 мА. Таймер способен отдать в нагрузку или принять из нее ток не более 200 мА, что позволяет управлять непосредственно лампочками и даже электромагнитны511и реле. Выходное сопротивление около 10 Ом как для низкого ( 0,1 В), так и для высокого (f/f/n -0,5 В) уровней выходного напряжения. Запуск таймера осуществляется подачей на вывод 2 напряжения менее f/п/З (эту цепь обычно называют триггерным входом). По отношению к выходу этот вход является инвертирующим. При высоком напряжении на выводе 2 состоянием выхода таймера можно управлять с помощью компаратора А1 по выводу 6, называемому обычно пороговым входом (см. рис. 7.3, с). Относительно изменений выходного напряжения этот вывод является неинвертирующим входом таймера. Входной ток, втекающий для компаратора А1 (вывод 6) и вытекающий для компаратора А2 (вывод 2), не превышает 0,5 мкА. Для сброса таймера, т. е. установления на его выходе низкого напряжения независимо от напряжения на выводах 2 и 6, используется вывод 4. Если напряжение на этом выводе 00,4 В, напряжение на выходе равно 0,1 ... 0,2 В. При напряжении Utl В цепь сброса выключена и не влияет на работу таймера. Кроме низко-омного выхода (вывод 3) таймер имеет и вспомогательный высоко-омный выход (вывод 7), представляющий собой открытый коллектор транзистора VT1 (см. рис. 7.3, а). Этот вывод обычно используется для организации обратной связи с выхода на входы (выводы 2 и 6) таймера. Допустимое изменение напряжения на выводах 2, 4, 6 и 7 лежит в пределах О ... 16,5 В. В таймере имеется доступ через вывод 5 к входам внутренних компараторов, на которые поданы пороговые напряжения. Этот вывод от резисторного делителя позволяет дополнительно управлять работой таймера, изменяя пороговые напряжения компараторов при постоянном напряжении питания. Чтобы избежать влияния внешних помех и пульсаций напряжения питания на точность работы таймера, рекомендуется шунтировать вывод 5 конденсатором емкостью около 0,01 мкФ. в режиме прямой трансляции сигнала со входа на выход таймер может работать в диапазоне частоты до 10 МГц. Однако приводимое в справочных данных значение погрешности формирования временного интервала, равное 0,5%, измеряется обычно при формировании импульсов длительностью более 10 мкс. Время нарастания выходного напряжения таймера не превышает 100 не. Временные параметры этого однотактного таймера слабо зависят от изменений Un и температуры и полностью определяются схемотехникой внутренних компараторов и качеством биполярной технологии их изготовления. В таймерах, изготовленных по КМОП технологии, отличающейся худшим согласованием параметров парных транзисторов, зависимость характеристик от t/n и температуры значительно выше, чем у таймеров, изготовленных по биполярной технологии. Особенности применения таймера КР1006ВИ1 связаны с неидеальностью его параметров и схемотехникой узлов. Чтобы параметры времязадающей цепи RtCt не влияли на точность формирования временных интервалов, необходимо ограничить диапазон изменения сопротивления Rt и емкости С,. Максимальное сопротивление Rt определяется входным током /вх компараторов, протекающим по выводам 2 к 6. Для формирования устойчивых временных интервалов достаточно выбрать максимальное сопротивление Rt из условия Rtmax<Un/lBxRtmaxX20 МОм ПрИ Un = = 10 В и /вх~0,5 мкА. При включении таймера по схеме мультивибратора, когда выводы 2 и 6 объединены, входные токи (втекающий по выводу 6 и вытекающий по выводу 2) частично взаимокомпенсируются и таймер может сохранить работоспособность при Rt> Rimax- При включении таймера по схеме одновибратора для .R(j5s20 МОм отдельные типы таймеров не будут выполнять требуемую функцию. Поэтому не рекомендуется использовать времязадающие резисторы сопротивлением Rt> 10 МОм. Минимальное сопротивление Rt определяется максимально допустимым током, протекающим через внутренний транзистор VT1 таймера при его насыщении. Хотя допустимый выходной ток по выводу 7 устанавливают обычно на уровне 100 мА, не рекомен- дуется использовать малые сопротивления Rt в сочетании с большими емкостями Ct. Объясняется это тем, что при разряде конденсаторов Ct большой емкости транзистор VT1 не мгновенно переходит в режим насыщения, а через время 4- В течение этого времени транзистор работает в активном режиме при напряжении коллектор-эмиттер f/к.э да t/n/2 и, если /?/t/n/100 мА, транзистор VT1 может выйти из строя из-за чрезмерной рассеиваемой на нем мощности. Поэтому при формировании малых временных интервалов рекомендуется ограничиться значением Rtmin-\ кОм и выбрать исходя из этого емкость Ct. Если же таймер применяется в схеме, где GlOO пФ, то сопротивление Rt может быть уменьшено до 150 Ом, что для аппаратуры сне циального назначения должно подтверждаться соответствующими техническими условиями. Минимальная емкость времязадающего конденсатора С, должна быть значительно больше изменений собственной входной емкости таймера на выводе 2, 6 и 7 в зависимости от напряжения на них. Поскольку изменение входной емкости при перезарядке Ct не превышает нескольких пикофарад, не рекомендуется при формировании точных временных интервалов использовать С/< <100 пФ. Можно применять конденсаторы Ct сколь угодно большой емкости, если их ток утечки пренебрежимо мал. Фактиче ски же чем больше емкость конденсатора, тем больше его ток утечки. Для нормальной работы таймера необходимо, чтобы ток утечки Ct не превышал зарядный ток через Rt. Для формирования точных (Д :;1%) временных интервалов ток утечки через Ci должен быть более чем на два порядка меньше зарядного тока. Выходной инвертирующий усилитель таймера (см. рис. 7.3, с) работает в режиме АБ, вследствие чего на переходной характеристике возникает полка длительностью 10...20 не при напряжении 1,5 В. Если таймер нагружен на быстродействующие ТТЛ схемы (например, серий 130 или 533), то наличие такой полки недопустимо, так как она находится в их пороговой области и может вызвать ложное срабатывание логического элемента. Чтобы выровнять линию переходного процесса, необходимо выход таймера защунтировать конденсатором емкостью около 100 пФ. Программируемые таймеры со встроенными -счетчиками обеспечивают такую же точность формирования временных интервалов, как и однотактные. Однако диапазон, в котором достигается эта точность, значительно расширен (от единиц микросекунд до нескольких суток). Назначение выводов программируемого таймера следует из его функциональной схемы (см. рис. 7.4). Основное напряжение питания, подаваемое на вывод 16 и измеряемое относительно вывода 9 равно 4...15 В. Приращение потребляемого таймером тока на 1 В увеличения напряжения Uni равно 1 мА. При напряжении питания 4,5 внутренний источник стабилизированного напряжения U 2 перестает работать, поэтому выводы 15 и 16 следует объединить, чтобы обеспечить нормальную работу счетчика. Максимальный ток, который выходы счетчика (выводы 1-8) могут принимать от нагрузки, не должен превышать 5 мА. Допустимое изменение напряжения на выводах 1-8 лежит в пределах 0...15 В. Запуск таймера осуществляется положительным фронтом импульса, подаваемого на вывод управляющего триггера (рис. 7.5, с). В момент запуска напряжения на выводах 1-8 начинают изменяться в соответствии с временной диаграммой (рис. 7.5, б). Соединением выводов 1-8 обеспечивается  Л ППППГ liuZUZUILrUl-I 11 Q Рис. 7.5. Основная схема включения (а) и временные диаграммы работы (б) программируемого таймера выполнение на выходе логической функции Проводное ИЛИ. Таймер не воспринимает следующий импульс запуска, поступивший в течение формирования установленного заранее временного интервала. Сброс таймера осуществляется положительным фронтом импульса, подаваемого на вывод 10. В момент подачи импульса сброса транзисторы VT4 - VT12 (см. рис. 7.4) закрываются. Для управления таймером по выводам 10, 11 необходимы импульсы с логическими уровнями, соответствующими ТТЛ схемам, и с длительностью более 1,5 мкс. Выход внутреннего однотактного таймера (вывод 14) необходимо подключать через резистор сопротивлением более 20 кОм к шине стабилизированного внутреннего источника напряжения питания. Вывод 14 можно использовать и в качестве автономного входа счетчика, работающего от внешних импульсов. Для этого необходимо закрыть транзистор VT2, заземлив, например, вывод 13 через резистор сопротивлением 1 кОм. В этом случае счетчик срабатывает по срезу положительных импульсов, подаваемых на вывод 14. Этот вывод может использоваться и в качестве дополнительной цепи управления работой счетчика. Счет прекращается независимо от состояний транзистора VT2, если вывод 14 заземлить. Для управления по выводу 14 необходимы ТТЛ уровни напряжений. Внутренний однотактный таймер генерирует импульсы длительностью около 0,35 мкс с частотой, равной l/RtCi. Времязадаю-щая цепь включается между выводами 9 и 16, а ее средняя точка соединяется с выводом 13. Максимальная частота генери- эуемых импульсов равна 130 кГц (при Rt=l кОм, С( = 0,007 мкФ). рекомендуется устанавливать частоту меньше 10~* Гц {Ri = = 10 МОм, С'(=10 мкФ). В то же время счетчик может работать от внешних сигналов с частотойдо 1,5 МГц. Как и в однотактном таймере, в программируемом имеется вывод от внутреннего резисторного делителя. Это позволяет управлять работой счетчика с помошью аналогового сигнала, подаваемого на вывод J2. Таймер спроектирован таким образом, что в момент включения его напряжения питания U производится автоматический самосбррс счетчика, если на выводах J0 и J J напряжения около О В. Цепи сброса и запуска не равносильны при управлении триггером DW. Если одновременно поданы положительные импульсы на выводы 10 и , то управляющий триггер D10 отреагирует только на импульс запуска. При разомкнутой цепи ОС с выходов счетчика на вывод 10 таймер работает в режиме мультивибратора, генерирующего непрерывные последовательности выходных импульсов после подачи на вывод положительного импульса. Если цепь ОС замкнута, то после подачи положительного импульса на вывод таймер генеририет последовательности выходных импульсов до прихода первого положительного импульса на вывод 10. 7.3. ОДНОВИБРАТОРЫ НА ТАЙМЕРАХ Применение таймеров в одновибраторах позволило решить одну из наиболее распространенных задач цифровой аппаратуры - формирование одиночного управляющего сигнала с произвольными временными характеристиками, устанавливаемыми внешней RC-цепъю. Схема одновибратора на однотактном таймере КР1006ВИ1 приведена на рис. 7.6, а. Работает такой одновиб-  0,001 мк Вх1 0,01 мк
Рис. 7.6. Схема одновибратора на однотактном таймере (а) и временные диаграммы ее работы (б) ратор следующим образом. При положительном входном напряжении, большем и„/%, /?5-триггер таймера удерживает внутренний транзистор VTt насыщенным и напряжение на времязада-ющем конденсаторе Ct близко к нулю. Поэтому и выходное напряжение близко к нулю ({Уз 0,1 В). При подаче на триггерный вход (вывод 2) напряжение менее 11 /3 компаратор А1 в таймере переключает /?5-триггер, транзистор VT1 закрывается, напряжение на . Ct экспоненциально нарастает, стремясь к своему максимальному значению, равному Ип (рис. 7.6,6), и на выходе устанавливается напряжение UzVn- Скорость нарастания напряжения Vc на времязадающем конденсаторе Ct определяется постоянной времени цепи RtCt. Значение UsVn сохраняется в течение времени увеличения Uc до напряжения 2U /3. В момент, когда выполняется равенство Uc{t) = 2U /3, RS-триггер в таймере переключается в исходное состояние, транзистор VT1 на сыщается, разряжая конденсатор Ct, и UciO,l В. Низкий уро вень выходного напряжения таймера сохранится до тех пор, пока на триггерный вход вновь не поступит импульс, изменяющий напряжение на выводе 2 от U до величины, меньшей U /3. Одновибратор запускается срезом положительного импульса амплитудой, равной U . Однако если срез импульса поступит на триггерный вход таймера в период увеличения f/c от О до 2U /3, то таймер на этот срез не отреагирует. В то же время, конденсатор d будет мгновенно (за время менее 50 не) разряжен независимо от величины Uc, если подать напряжение менее 0,4 В в цепь сброса таймера (вывод 4). Эта цепь не влияет на работу одновибратора, если напряжение на выходе 4 больше 1 В. Когда цепь сброса не используется для управления работой одновибратора, то для уменьшения влияния внешних помех вывод 4 следует подключить к шине питания. Время задержки 4, в течение которого на выходе таймера сохраняется высокий уровень напряжения, равного Un, можно рассчитать из уравнения Uc{t)= U [l-exp{~t/RtCt)]=2U /3, предполагая, что Uc=0 при насыщенном транзисторе VTL Это время t3=l,lRtCt. Зависимости, позволяющие при заданном времени ta определить возможные сочетания Rt и Ct, приведены на рис. 7.7. Время 4 практически не зависит от U при его изменении в диапазоне 5 ... 16 В, поскольку пороговые напряжения внутренних компараторов таймера пропорциональны U . При расчете RtCt-пепи одновибратора следует учитывать, что низкий уровень напряжения запуска не должен сохраняться дольше времени l,lRtCt. Нарушение этого условия приводит к тому, что через время 4 таймер начинает генерировать импульсы произвольной формы. Это объясняется тем, что внутренние компараторы таймера не равносильны по своему воздействию на RS-триггер. Компаратор А1, управляемый по выводу 2, обладает при- 1 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 38 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||