Главная » Книги и журналы

1 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 38

оритетом при установ-лении состояния треггера. Компаратор А2 может управлять триггером только тогда, когда на вывод 2 подано высокое напряжение. Если необходимо управлять одновиб-ратором с помощью импульсов длительностью Г„> 1,1 RiCt, то их следует подавать через дифференцируемую RtCrHeub (см. рис. 7.6, а, Вх 2). Диод VDI ограничивает напряжение на выводе 2 на уровне f/n+f/A.

Для формирования длительных временных интервалов при работе одновибратора в аппаратуре с высоким уровнем помех необходимо щунтировать вывод 5 конденсатором (если этот зажим не используется для управления работой таймера). Емкость шунтирующего конденсатора Сш 0,01 мкФ. Нецелесообразно устанавливать шунтирующие конденсаторы ёмкостью более 0,1 мкФ, поскольку это увеличивает чувствительность пороговых уровней компараторов таймера к низкочастотным нестабильностям напряжения fy . Одновибратор может переключиться и от воздействия на триггерный вход внешних помех. Источником помехи может, например, стать паразитная часть емкостной связи между сигнальными цепями многослойной печатной платы, на которой таймер установлен. Предотвратить ложное срабатывание одновиб ратора в таких случаях позволяет переход к управлению таймером по /iCi-цепи (см. рис. 7.6, о). Резистор R1 шунтирует большое входное сопротивление (/?bxJ 200 кОм) компаратора в таймере, увеличивая тем самым необходимую для переключения одновибратора мощность помехи.

Рис. 7.7. Зависимость характеристик одновибратора от параметров врешних элементов

Рис. 7.8. Схемы одновибраторов, запускаемых в момент включения напряжения питания

КР1006ВИ1

t ИЛ!,

-BbixZ а)

ч

КРЮОбВШ

е

Bbixl и

t JL Вых 2 5)

Если таймер используется для управления электромагнитным реле, то его необходимо подключить к обмотке через диод VD1 (см. рис. 7.6, о). При положительном выходном напряжении таймера в обмотке накапливается энергия, которая при переключении выходного напряжения вызывает его изменение на величину, большую и„. Вследствие этого на выходе таймера может появиться импульс напряжения отрицательной полярности. Диод VD2 ограничивает амплитуду этого импульса до -0,7 В, а VD1 компенсирует падение напряжения на VD2, и благодаря этому на выходе таймера минимальное напряжение остается равным нулю.

Во многих типах цифровой аппаратуры строят на таймерах одновибраторы, управляемые по цепи питания. Эти одновибра-торы вырабатывают отрицательный (рис. 7.8, а) или положительный (рис. 7.8, б) импульс выходного напряжения через время ts после включения напряжения питания. Используя такие сигналы для запуска или сброса цифровых автоматов, можно исключить влияние на их работу переходного процесса установления ty напряжения питания после его включения. Для этого необходимо, чтобы 4> ty. Тогда через время 4 таймер вырабатывает сигнал запуска или общего сброса для цифрового автомата, т. е. так называемый сигнал исходной готовности.

В приведенных схемах одновибраторов диоды устраняют влияние возможных выбросов напряжения питания таймера в течение ty. В схеме рис. 7.8, а конденсатор Ct поддерживает напряжение триггерного входа на низком уровне в течение нарастания напряжения питания. Благодаря этому выходное напряжение равно и„ в течение времени 4- В схеме рис. 7.8, б, наоборот, напряжение на триггерном входе близко к напряжению U в течение его нарастания. Благодаря этому напряжение на выходе таймера изх0,1 В также при t3=l,lRtCt. При выборе сопротивления Rt и емкости Ct следует учитывать, что фактическое время 4 лежит в пределах от 1,1 RtCt до 1,1 Rid--ty,

В отличие от базовой схемы (см. рис. 7.6, а) в одновибрато-рах, запускаемых в момент включения напряжения питания, вывод 7 свободен. Этот вывод можно использовать в качестве высокоомного выхода {Вых. 2 на рис. 7.8), образуемого цепью открытого коллектора внутреннего транзистора VT1. В отличие от ТТЛ схем вывод 7 таймера может быть подключен через резистор к источнику питания О ... 16,5 В независимо от напряжения питания таймера. В этом случае полярность выходных импульсов на выводах 5 и 7 совпадает.

Для получения одиночной серии из импульсов, задержанных относительно сигнала запуска и друг друга, можно включить последовательно одновибраторов. Тогда каждый последующий одновибратор будет запускаться отрицательным фронтом предыдущего. Такую цепочку одновибраторов на однотактных таймерах

можно заменить одним программируемым таймером, если Л/8. Включение программируемого таймера XR2240 по схеме одновибратора показано на рис. 7.9. При заданных параметрах RtCriienn требуемая задержка импульса в диапазоне з = (1 ... 255) R,Ct устанавливается соединением соответствующих выходов таймера с общим выходом одновибратора. Одновибратор запускается положительным импульсом, подаваемым на вывод , в результате чего на выходе устанавливается, напряжение около 0,1 В на время 1з, а по истечении этого времени - напряжение, равное 5 В. Поскольку это же напряжение появляется и в цепи сброса таймера, то сформированное выходное напряжение сохранится на выходе до тех пор, пока в цепь запуска не поступит следующий импульс.

Одновибраторы на программируемых таймерах можно соединять последовательно, если необходимо получать время задержки длительностью до года. В этом случае выводы запуска и сброса таймеров соединяют попарно, а счетчик второго таймера блокируют, соединяя с выходом первого. Времязадающую цепь содержит только первый таймер. Сигнал сброса поступает на первый таймер с выхода второго, благодаря чему задержка сигнала, формируемого двумя таймерами, может быть увеличена до 65536, Г„,- где Г„ - период импульсов запуска.

Отклонение емкости времязадающего конденсатора Ct от расчетного значения вызывает ошибку в формировании временных интервалов. Для компенсации этой ршибки можно использовать регулировку напряжения вывода 5 внутреннего резисторного делителя таймера (рис. 7.10). Как было показано в предыдущем параграфе, длительность формируемого одновибратором временного интервала равна времена 4, в течение которого конденсатор Ct зарядится до напряжения 2 U /3=U3 на выводе 5. В общем случае 1= -RtCt\n{\ - Ub/U )=KRtCt. Отношение U/Un, определяемое делителем напряжения, образованным из резисторов R1, R2 и внутреннего резисторного делителя таймера, равно

	II 2
	0,01м К

Рис. 7.9. Схема программируемого одновибратора

бых

Рис. 7.10. Схема одновибратора с регулируемой задержкой

RJiRn+b), где ;?п=10 {Ri+R2)/{l0-\-Ri + R2y, R , Ri и - сопротивления в килоомах.

При минимальном сопротивлении резистора R1 отношение Ub/U = 0,5Q. Поэтому минимальная длительность формируемого временного интервала /зт1п~0,83 RtCt. При максимальном сопротивлении резистора R1 отношение и5/и„я2/3 и длительность импульса Uminl,07RtCt. Таким образом, регулируя сопротивление резистора R1, можно изменять длительность выходного импульса в диапазоне ±12,5% относительно номинального значения-времени 4. = 0,95. Этот диапазон регулировки 4 рассчитан исходя из заданного на схеме суммарного сопротивления Rj=Ri-\-R2. Если использовать другие сопротивления, то и интервал регулировки изменится. При уменьшении сопротивления R2 увеличивается интервал регулировки длительности формируемого временного интервала. Интервал регулировки коэффициента К определяется допустимымдиапазоном изменения напряжения f/s- Для приведенной схемы это напряжение может изменяться от О до 2 и„/3. Если же цепь соединения R1R2 разорвать в точке А и подключить R1 к шине U , то напряжение Us можно будет регулировать в диапазоне О - U , расширив, таким образом, диапазон регулировки коэффициента К. Следует, однако, учитывать, что при установлении напряжения U вблизи потенциала земли и и„ точность формирования временных интервалов будет сильно зависеть как от параметров конкретного образца таймера, так и от флуктуации напряжения U и общей шины.

Для увеличения времени 4 и диапазона его регулирования обычно в одновибраторах на таймерах используют либо таймер с внутренним программируемым счетчиком (рис. 7.9), либо ОУ с полевыми транзисторами на входе для умножения действующего значения постоянной времени RtCt-nenu. Оба способа позволяют расширить диапазон формируемых временных интервалов в десятки раз, не используя Rt и Ct с номиналами, большими рекомендуемых для однотактных таймеров.

В показанной на рис. 7.11 схеме одновибратора ОУ К544УД2 играет роль буферного каскада для таймера. Этот каскад увеличивает действующее значение постоянной времени RiCi-neim в (/?i + -\-R2)/R2 раз введением положительной ОС. В момент поступления среза импульса на триггерный вход таймера выходПое напряжение последнего устанавливается равным U , транзистор VT2 открывается, VT1 закрывается и конденсатор Ct начинает заряжаться через резисторы Rt, R1. Благодаря большому входному сопротивлению ОУ К544УД2 сопротивления. Rt может быть выбрано значительно большим, чем в обычном одновибраторе. Дополнительно увеличивает действующее значение сопротивления Rt цепь положительной ОС, образованная резисторами R1, R2 Чтобы исключить возможность самовозбуждения ОУ, коэффици-

Рис 7)1. Схема одновибратора, обеспечивающего время задержки больше

Рис. 7.12. Схемы одновибраторов с высокоомным выходом, запускаемые по срезу (а) и фронту (б) положительного импульса

12,0

R1 180 к ЛКРт06ВИ1 R2

2к

tin-

VB1 КРЮОбВШ 1 к г-

R1 4,7к

к

КР1006ВИ1

Вых1 -Вых 2

0,1 МК

0,1мк-

В)

ент передачи по цепи ОС, равный R\l(R\-\-R2), должен быть меньше 1.

Когда напряжение на выходе ОУ и выводе 6 таймера, достигает 21]п1Ъ, выходное напряжение таймера падает до нуля, транзистор УТ2 закрывается, VT1 открывается и устройство возвращается в исходное состояние.

Формируемый интервал времени для приведенных на схеме параметров элементов может быть увеличен до \OORiCi по сравнению с обычным одновибратором на однотактном таймере. Перед применением устройства целесообразно отрегулировать напряжение смещения нуля ОУ, чтобы уменьшить погрешность формирования 4. Транзисторы VTt и VT2 в реальной схеме одновибратора можно заменить полевыми транзисторами.

Во многих применениях одновибраторов на однотактных таймерах кроме низкоомного выхода необходимо иметь высокоомный, представляющий собой открытый коллектор транзистора (рис. 7.12). Высокоомный выход образует цепь коллектора внутреннего разрядного транзистора VTt таймера, отключенную в этих схемах от времязадающей /?(С/-цепи. Подключив вывод 7 через нагрузочный резистор сопротивлением более 150 Ом к источнику питания с напряжением 0...16,5 В (независимо от напряжения питания таймера), можно получить выходной сигнал необходимой амплитуды, полярность которого равна полярности сигнала на выводе 3.

В исходном, состоянии выходное напряжение одновибратора (рис. 7.12, а) сохраняется на уровне О В, поддерживая низким и

напряжение на пороговом входе таймера. При поступлении среза входного импульса на триггерном входе таймера устанавливается высокое выходное напряжение. В течение времени 45= \.,\.RtCt конденсатор Ct заряжается до порогового напряжения U52U /3. После этого выходное напряжение падает до нуля, т. е. возвращается в исходное состояние, а конденсатор Ct разряжается через диод VD1. В отличие от схемы на рис. 7.6, где конденсатор Ct разряжается через внутренний транзистор VT1, в рассматриваемом одновибраторе напряжение на Ct в первый момент падает не до нуля,. а до UcOJ В. После этого разряд Ct до UcO происходит через Rt. Последнее является существенным недостатком схемы, поскольку она не может' использоваться для формирования точных временных интервалов, если частота входных импульсов запуска больше 1 /2RtCt. Это объясняется тем, что неполный разряд Ct дает начальную ошибку в формировании расчетного времени 4л?1,1/?/С(, зависящую от типа и образца диода VD1, а точнее, от падения напряжения на нем в открытом состоянии. Резистор R1 включен в схему для увеличения размаха выходного напряжения до уровня Ип- Сопротивление R1 должно выбираться из условия R\<Rt.

Если необходим аналогичный описанному одновибратор, но формирующий более точные временные интервалы и управляемый фронтом положительного импульса, то целесообразно, заменив диод полевым транзистором, включить таймер по схеме рис. 7.12, б. В исходном состоянии транзистор VT1 открыт, так как выходное напряжение равно f/n и конденсатор Ct заряжен до напряжения U. При подаче на пороговый вход таймера положительного напряжения выходное напряжение таймера падает до нуля, транзистор VT1 закрывается и конденсатор Ct начинает разряжаться через резистор Rt. В момент, когда напряжение на конденсаторе Ct уменьшится до и„/3, выходное напряжение установится в исходное состояние, транзистор VT1 вновь откроется и зарядит конденсатор Ct до напряжения [) . Длительность формируемого одновибратором импульса равна \,\RtCt. Недостаток схемы в том, что при малых напряжениях питания ({Уп<10В) увеличивается сопротивление между стоком и истоком транзистора VT1 в открытом состоянии, а при напряжении питания 5...7 В транзистор вообще может не открыться. Поэтому нецелесообразно уменьшать напряжение питания одновибратора на рис. 7.12, б ниже 10 В. Кроме этого на работу транзистора может повлиять низко'омная нагрузка, подключенная к выводу 3, уменьшающая низкий уровень выходного напряжения таймера.., В этом случае для управления транзистором VT1 можно использовать выход с отрытым коллектором, подключая вывод 7 через нагрузочный резистор сопротивлением 1 кОм к шине питания У„.

В цифровых приборах бывает недостаточно точно установить длительность импульса управления. Часто необходимо, чтобы и импульс управления сформировался после заданного интервала време-

КР1006ВИ1

-Вых 2

R2 а)

Рис. 7,13. Схема регулируемого одновибратора (а) и временные диаграммы его работы (б)

НИ С не менее высокой точностью. Решить эту задачу можно на основе двух одновибраторов совместно с цифровой схемой совпадения, обеспечивающейтребуемый выходной импульс. Необходимость во втором одновибраторе отпадет, если воспользоваться схемой одновибратора с транзистором в цепи ОС (рис. 7.13, а). Временные диаграммы работы одновибратора приведены на рис. 7.13, б. В исходном состоянии на входе управления напряжение равно 0,1 В, а в точке А напряжение около 0,8 В. Выводы 2, 4, 6 таймера объединены и заземлены через резистор Rt\. Однако напряжение на этих выводах не меньше 0,8 В при /?/> 50 кОм. Поэтому цепь сброса не влияет на выходное напряжение таймера и оно удерживается равным U . Внутренний р-п-р транзистор таймера, осуществляющий сброс его выходного напряжения, работает в активном режиме, поэтому втекает ток в базу внутреннего выходного п-р-п транзистора, подключенного к выводу 7. Если ЯцЯн, то напряжение на выводе 7 близко к 0,1 В и транзистор VTJ закрыт. Таким образом, в исходном состоянии напряжение на обоих выводах времязадающего конденсатора равно 0,8 В и, следовательно, Ct полностью разряжен.

При подаче на вход управления положительного напряжения амплитудой около U диод VDJ закрывается и напряжение в точке А увеличивается до U за время, равное l,5RtCt. При RiRti положительный импульс напряжения, равного U - 0,8 В, передается на выводы 2, 4, 6; как только напряжение на них увеличится до 2U /3, изменится выходное напряжение таймера. Затем конденсатор Ct разряжается и напряжение на нем уменьшается от (/ до 0,8 В. В процессе разряда Ct и формируется требуемый выходной импульс. На участке уменьшения напряжения на Ct от U до f/n/3 конденсатор разряжается только через Rti в течение времени tsl.lRtCt- Затем изменяется выходное напряжение таймера и открывается транзистор VT1. Вследствие этого параллельно Rt[ подключается дополнительный резистор R2 и напряжение на конденсаторе С/ уменьшается от и„/3 до 0,8 В из-за его разряда через цепь резисторов с общим сопротивлением Rt2=R2 Rii/{R2-Rn)- Время разряда Ct от U /3 до

0,8 В и определяет длительность Т„ формируемого импульса. Она зависит от напряжения U :T {U /75 В) Rt2Ct. В момент, когда напряжение на конденсаторе Ct достигнет значения 0,8 В (т. е. через время Н-\-Тн после запуска), выходное напряжение таймера станет равным исходному. В течение времени 1з-\-Тк управляющее напряжение должно оставаться равным IJ . Диод VD2 ограничивает амплитуду отрицательного напряжения, формируемого на выводах 2, 4, 6 при срезе управляющего срьгнала.

В некоторых устройствах генерирование точных временных интервалов по внешней команде требуется крайне редко, и поэтому большую часть времени таймер потребляет мощность не на выполнение основной функции, а на ожидание. Чтобы избежать таких непроизводительных затрат мощности источником питания, применяют схему одновибратора, показанную на рис. 7.14. В режиме ожидания потребляемый устройством ток не превышает 1 мкА. При подаче на вход среза положительного импульса на выходе бистабильной ячейки, собранной на цифровой микросхеме К176ЛА9, устанавливается напряжение IJ и на таймер подается напряжение питания. Одновременно с этим на вывод 2 таймера через конденсатор С2 поступает срез положительного импульса и на выходе таймера устанавливается напряжение f/n на время, равное \,\RtCt. В течение этого времени транзистор VT1 обеспечивает ток около 6 мА в цепи питания таймера. Через время \,\RtCt напряжение на выходе таймера уменьшается до нуля, бистабильная ячейка возвращается в исходное состояние, напряжение на базе транзистора падает до нуля и вновь таймер практически не потребляет мощность от источника питания до подачи очередного запускающего импульса. Таким образом можно формировать временные интервалы длительностью до 10 с. Цепь R1C1 необходима для установки бистабильной ячейки в требуемое устойчивое исходное состояние при включении общего питания IJ устройства.

Одновибратор на таймере положен в основу асинхронного генератора пилообразного напряжения с регулируемыми значениями верхнего и нижнего экстремальных напряжений (рис. 7.15). В схеме предусмотрена плавная регулировка длительности интервала линейного нарастания выходного напряжения. При подаче на триггерный вход таймера среза положительного импульса ток Iq от транзисторного генератора постоянного тока начинает поступать в конденсатор Ct. Напряжение на конденсаторе линейно увеличивается со скоростью /с/С, либо от нуля до напряжения 2U /3, либо до напряжения, при котором переключается компаратор К521САЗ. Напряжение переключения компаратора устанавливается резистором R3. Выбором емкости конденсатора Ct и сопротивлений резисторов R1, R4, R5 можно изменять длительность Т„ нарастающего напряжения от десятков микросекунд до минут T = AUR\Ci/{[U R4/{R4-\-R5)] - - э.бЬ где At/-амплитуда выходного напряжения. При макси-

10 к i

ЮОк

дхХ

176ЛАа

КР1006ВИ1

R1 Юк

0,001 мк

Рис 7 14. Схема микромощного одновибратора

0,1мк

Вых

10к

/Р4 R1 47к 300к

R5

2,7к

10 к 10 к

М40УД7

2

Вых

2к Si

5к

2] 3

20к

10кГ<=

R2 10 к

К521САЗ

Рис. 7.15. Схема генератора пилообразного напряжения

мальном сопротивлении резистора R1 и амплитуде выходного напряжения А()=10 В получим 7и 1,5 мин.

Операционный усилитель А1 работает как неинвертирующий повторитель, согласующий выход таймера со входом цепей регулировки уровней выходного сигнала. Потенциометром R2 регулируется нижний уровень напряжения, генерируемого устройством, потенциометром R3 - верхний уровень этого напряжения. Конденсатор С/ уменьшает возможные высокочастотные помехи, поступающие с выхода таймера. Светодиод может быть использован для индикации наличия состояния нарастания линейного выходного напряжения устройства. Скорость нарастания выходного напряжения, т. е. угол наклона пилообразного сигнала, регулируется резистором R1. Чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток заряда Ct и, следовательно, угол наклона. Тип ОУ необходимо выбирать в зависимости от скорости заряда С, таким образом, чтобы собственная скорость нарастания выходного напряжения ОУ, измеряемая в В/мкс, v> Ic/Ct-

7.4. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ТАЙМЕРАХ

Базовая схема мультивибратора на КР1006ВИ1 и изменения напряжений на выводах таймера в этом включении приведены на рис. 7.16. Времязадающий конденсатор Ct заряжается через сопротивление R\-\-Rt, а разряжается через R1. Поэтому временные параметры рабочего цикла мультивибратора могут быть точно установлены соответствующим выбором соотношений между сопротивлениями Ri+R,nRl.

После включения питания 1! конденсатор С, заряжается от О до 2t/n/3 за время to=\,\{Rx +Rt)Ci. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно U . В момент to, когда напряжение

бых

крюобвт a)

2UJ3

Рис. 7.16. Базовая схема мультивибратора на таймере КР1006ВИ1 (а) и временные диаграммы его работы (б)

на Ct достигает величины 2U /S, потенциал выводов 5 и 7 уменьшается до нуля и конденсатор Ct начинает разряжаться от 2Un/S до и„/3. Время to определяет продолжительность выхода таймера на периодический режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся сигналы. Рабочий цикл таймера в режиме мультивибратора складывается из времени заряда Ct от Оп/З до 2t/n/3 и времени разряда Ct от 2U /3 до U /3. Время заряда /i=(i + + R,)Ct In [{U -2U /3)/(U -U /3)]0,693{Rx + Rt)Ct, время разряда t2 = 0,693RiCi, длительность рабочего цикла мультивибратора Tu = ti-\t2, а частота генерируемых выходных сигналов /p=l/7 = = lM3/(2Ri + Rt)Ct.

Коэффициент заполнения выходных импульсов мультивибратора обычно определяют как отношение длительности импульса t\ к сумме длительностей импульса и паузы Д = tl/(ti + ts) = (Ri+Rt)/(2R\-\--\-Rt). Возможные комбинации соотношений между Rt, R1 и С необходимые для получения требуемых частоты /г и коэффициента заполнения Ц выходных импульсов мультивибратора (рис. 7.16, а), можно определить из графиков на рис. 7.17. Как видно из рисунка, этот мультивибратор позволяет регулировать значение Д выходных

Р^;,кОм Д=99% S5 90 80 70 ,60 .55

10 1г,Ги,

10 10 Р^,кОм ff)

UJ и/

Рис. 7.17. Зависимости параметров базовой схемы мультивибратора от параметров внешних элементов

1 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 38