Меню

Генератор импульсов на к561лн2 таймере с регулировкой частоты



Генераторы импульсов на цифровых КМОП микросхемах.
Онлайн калькулятор расчёта элементов генераторов с симметричной формой выходного сигнала.

На сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара России, поговорим о радиоаппаратах с самовозбуждением, а конкретно — об устройствах, охваченных цепью положительной обратной связи и позволяющих выдавать на выходе периодические сигналы определённой колебательной природы.

А начнём с самого простого — генераторов прямоугольных импульсов с использованием цифровых КМОП микросхем.
Тема наболевшая: «Исследование разнообразных схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП».
О состоянии дел на участке генераторостроительного цеха и изыскании внутренних резервов «доложит нам начальник транспортного цеха».

Опишем несколько схемных решений генераторов прямоугольных импульсов, построенных на различных микросхемах серии К561, или каких-либо им подобным.
Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах 2И—НЕ (ЛА7), 2ИЛИ—НЕ (ЛЕ5), триггерах Шмитта (ТЛ1), или инверторах (ЛН2).

В качестве докладчика выступил и поделился своими знаниями в журнале Радио №1 (2000г) господин С.Елимов — достойный сын столицы славной, города-героя Шупашкар (по-нашему — Чебоксары).

Генератор, изображённый на Рис.1 сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 2В. При изменении значения Uпит от 5 до 15В уход частоты в сторону увеличения составляет примерно 10%.
Скважность импульсов близка к двум при любом напряжении питания.
В результате разогрева корпуса микросхемы частота несколько уменьшается (на 4% при 85°С).
С погрешностью, не превышающей 10%, можно вычислить частоту генерации данной схемы — F = 0,48/(R1×C1) .

Несколько лучшим параметром стабильности обладает генератор, выполненный на трех логических элементах и представленный на Рис.2.
Формула для вычисления частоты генерации данной схемы F = 0,54/(R1×C1) .

Обе схемы обладают весомыми величинами потребления тока, увеличивающимся с повышениями напряжения питания и частоты генерации. Значения эти находятся в диапазоне — от единиц до десятков мА.

Подобные по структуре генераторы можно выполнить и на одном элементе — триггере Шмитта (Рис.3).
При напряжении питания, близком к максимальному, они весьма стабильны по частоте.
Кроме того, они исключительно экономичны — при напряжении питания менее 6 В ток потребления составляет всего несколько десятков микроампер.
Частота генерации приведённой на Рис.3 схемы
F = 0,59/(R1×C1) .

Скважность импульсов приведённых генераторов близка к двум, однако из-за несимметричности входных защитных цепей некоторых типов микросхем возможно некоторое отклонение формы выходных сигналов от меандра.
Если требуется иметь на выходе идеально симметричные импульсы, то после схемы генератора следует поставить триггер — делитель частоты на 2, либо использовать симметричный мультивибратор (Рис.4).
Формула для вычисления частоты генерации данной схемы
F = 0,50/(R1×C1) .

Как не прискорбно, но это факт — стабильность колебаний RC генераторов невысока.

На Рис.5 показана схема простейшего LC-генератора. LC-цепь сдвигает фазу выходного сигнала элемента на 180°, в результате чего происходит самовозбуждение генератора.
Такие генераторы хорошо работают на повышенных значениях частоты, мягко возбуждаются и отличаются высокой температурной стабильностью.
Для устойчивой работы генератора величина волнового сопротивления LC-контура не должна быть менее 2кОм.
Частота генерации практически совпадает с резонансной частотой LC-контура и описывается стандартной формулой F= 1/2π√ LС .


Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С.
Нагрузочная способность генераторов такая же, как у элементов применяемых серий микросхем.
Нижний предел сопротивления резистора R1 соответствует приблизительной величине — не менее 1кОм, верхний — десятки МОм.

«Спасибо начальнику транспортного цеха! У нас есть вопросы к докладчику?»

Вопросов к докладчику не имеем, можно переходить к таблице для расчёта номиналов элементов генератора, исходя из заданной частоты генерации.

Схему, приведённую на Рис.5, из калькулятора вычёркиваем по причине существования ранее разработанной таблицы ссылка на страницу, позволяющей рассчитать элементы резонансного LC-контура для высоких и низких частот. Там же высчитывается и величина волнового (оно же — характеристическое) сопротивления получившегося LC-контура.

Для остальных схем, для получения на выходе предсказуемой формы сигнала со скважностью близкой к двум, рекомендую выбирать значение сопротивления резистора R1 от 10к и выше.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ.

Выбор схемы генератора &nbsp

Сопротивление резистора R1 (кОм)

Частота генератора F Ёмкость конденсатора С1 Период повторения импульсов t

Все представленные характеристики генераторов получены в результате экспериментов вышеуказанного уважаемого автора с конкретными образцами микросхем. С другими экземплярами микросхем характеристики могут быть несколько отличными.

Скважность импульсов описанных генераторов близка к двум, ну а генераторы импульсов с раздельной установкой длительности импульсов и паузы между ними рассмотрим на следующей странице.

Источник

Генератор с регулируемой скважностью на К561ЛН2

Нередко при конструировании радиоэлектронных устройств возникает потребность в регулировке мощности того или иного активного элемента. К примеру, фонарь с функцией плавной регулировки яркости был бы очень полезен, но исходя из соображений экономичности, в качестве регулирующего элемента поставить простой резистор нельзя – неоправданно велика бесполезно рассеиваемая на нем мощность. То же самое случится и с транзистором, используемым как переменное сопротивление. Таким образом, даже уменьшая яркость фонаря мы практически не уменьшим количество расходуемой энергии.

Один из выходов из положения – использование того же транзистора в ключевом режиме (открыт/закрыт), но управляемого импульсами переменной скважности (скважность – отношение периода следования к длительности импульса).

Если питать лампу короткими импульсами (верхний график), то она будет светиться слабо и наоборот, скважность, изображенная на графике внизу, заставит светиться лампу едва ли не с максимальной яркостью

Если выбрать частоту управления достаточно высокой, то мерцание лампы накаливания или светодиода будет незаметно, но средняя мощность на той же лампе может изменяться от 0 до практически 100%. При этом падение напряжение на управляющем элементе будет минимально, а значит КПД всей конструкции будет достаточно высок.

Несмотря на кажущуюся сложность задачи, построить генератор с переменной скважностью совсем несложно – понадобится одна микросхема «мелкой логики», к примеру, К561ЛН2.

В качестве частотозадающего элемента здесь используется конденсатор С1, но время его заряда и разряда благодаря диодам VD1 и VD2 может задаваться раздельно. Таким образом, изменяя положение движка переменного резистора R1 скважность можно менять от 2 (в среднем положении) до нескольких тысяч, причем в любую сторону. Значит в одном крайнем положении длительность импульса будет в тысячи раз короче длительности пауз, в другом напротив — паузы будут короче импульсов. Это более чем достаточно для любой конструкции. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, служит простым усилителем мощности, так как нагрузочная способность микросхемы совсем небольшая.

А.Н. Евсеев «Электронные устройства для дома», 1997 г.

Источник

Генератор импульсов на к561лн2 таймере с регулировкой частоты

Вариант простейшего генератора (мультивибратора) показан на рис. 1.30а. Схема имеет два динамических состояния. В первом из них, когда на выходе D1.1 состояние лог. «1» (выход D1.2 лог. «0»), конденсатор С1 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора D1.1 возрастает, и при достижении значения Uпор=0,5Uпит происходит скачкообразный переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах D1.1 лог. «О», D1.2 — «1». В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд) током обратного направления. При достижении напряжения на С1 Unop происходит возврат схемы в первое динамическое состояние. Диаграмма напряжений поясняет работу. Резистор R2 является ограничительным, и его сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора R1 выбираем значительно больше R2 (R2 почти одинаковыми: tи=to=0,7R1C1. Полный период T=1,4R1C1. Резистор R1 и конденсатор С1 могут находиться в диапазоне 20 к0м. 10 МОм; 300 пф. 100 мкФ.

При использовании в схеме (рис. 1.30б) двух инверторов микросхемы К561ЛН2 (они имеют на входе только один защитный диод) перезаряд конденсатора будет происходить от уровня Uпит+Unop. В результате чего симметрич-
ность импульсов нарушается tи=1,1R1C1, to=0,5R1C1, период T=1,6R1C1.

Рис. 1.30. Генератор импульсов на двух инверторах


Рис 1.31. Генератор импульсов с раздельной установкой длительности
импульса и паузы между ними

Рис. 1.32. Генератор импульсов на трех инверторах

Так как порог переключения логических элементов не соответствует точно половине напряжения питания, чтобы получить симметричность импульсов, в традиционную схему генератора можно добавить цепь из R2 и VD1, рис. 1.-Ов. Резистор R2 позволяет подстройкой получить меандр (tи=to) на выходе генератора.

Схема на рис. 1.31 дает возможность раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами: tи=0,8C1R1, to=0,8C1R2. При номиналах элементов, указанных на схеме, длительность импульсов около 0,1 с, период повторения 1 с.

Более стабильна частота у генераторов, выполненных на трех инверторах (Рис. 1.32). Процесс перезаряда С1 в сторону уменьшения напряжения на левой обкладке начинается от напряжения Uпит+Unop, в результате чего на это уходит больше времени tи=1,1C1R2. Полный период колебаний составит

На рис. 1.33 приведены схемы аналогичных генераторов, которые позволяют раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами или при неизменной частоте регулировать скважность импульсов. Мультивибратор на основе триггера Шмитта показан на рис. 1.34.

Если требуется получить на выходе приведенных выше схем генераторов симметричные импульсы без подстройки, то после схемы необходимо ставить триггер или же воспользоваться схемой на трех инверторах, рис. 1.35. Элемент
D1.1 используется для создания второй цепи отрицательной обратной связи, охватывающей инвертор D1.2 (главную цепь обратной связи для сигнала образует резистор R5) Элемент микросхемы D1 1 работает в режиме с низким
коэффициентом усиления при замкнутой обратной связи подобно операционному усилителю работающему в линейной части характеристики В результате этого инвертированное пороговое напряжение инвертора D1 1 может быть просуммировано с напряжением отрицательной обратной связи и подано на вход

Рис 133 Генератор пмпульсов с раздельнои регулировкой
а) длительности импульсов и паузы между ними б) скважности импульсов


Рис 1 34 Генератор перекрывающихся импульсов


Рис 1 35 Генератор с симметричными импульсами на выходе

элемента D1. 2. Если соотношение R2/R1 равно отношению R3/R5 может быть получена полная компенсация ошибок обусловленных изменением пороговых напряжении элементов D1.1 и D1. 2 При этом предполагается, что все элементы схемы расположены в одном корпусе и их пороговые напряжения фактически равны Частота импульсов такой схемы определяется из соотношения F=1/R5C1 (она будет примерно в два раза выше по сравнению со схемой, показанной на рис. 1.30)

Симметричный мультивибратор можно выполнить на основе RS-триггере, рис 1.36. Вариант схемы на рис 1.31в позволяет резисторы R1 и R2 выби

Рис1.36 Симметричные мультивибраторы
а) на RS триггере с двумя конденсаторами, б) с одним конденсатором ,
в) с резисторами соединенными с источником питания , г) на двух RS триггерах

рать более низкоомными, потому что диоды разделяют цепь заряда от выходов триггера. Вторым преимуществом этой схемы является то, что она позволяет легко и независимо регулировать в определенных границах период и скважность генерируемых импульсов. Скважность можно регулировать линейно, если R1 и R2 объединить в один потенциометр, а период — если общий конец R1 и R2 соединить с источником питания через потенциометр.

С целью уменьшения количества дискретных элементов предложена схема мультивибратора на двух RS-триггерах, рис. 1.36г.

Рис. 1.37 Автогенератор на основе двух логических элементов


Рис. 1 38. Автогенератор на двух одновибраторах

Симметричный мультивибратор можно выполнить на двух ЛЭ, рис. 1 37 или одновибраторах, рис. 1.38. Это также позволяет иметь раздельную регулировку длительности импульсов и интервала между ними.

Простейшие схемы симметричных мультивибраторов приведены на рис. 1.39. При этом, если R1=R2, R3=R4, С1=С2, полный период определяется из соотношения Т=1,4RC.

Генератор с малым потреблением энергии можно выполнить на двух ключах микросхемы К561КТ-, рис. 1.40. После включения напряжения питания оба ключа разомкнуты. Конденсатор С1 разряжен, поэтому напряжения на нем нет

Рис 1 39 Симметричные мультивибраторы

-арядный ток от источника питания протекает через последовательно включенные резисторы R1 и R2. Так как R1>R2, напряжение на резисторе R2 не достигнет порога срабатывания ключа D1.2, а в дальнейшем, по мере уменьшения зарядного тока, это напряжение стремится к 0. В то же время по мере накопления заряда на конденсаторе напряжение на выводе D1/12 экспоненциально возрастает. Когда оно достигнет порога срабатывания ключа D1.1, соединится цепь между выводами 11 и 10, что приведет к срабатыванию ключа D1.2. Сразу пос-
ле замыкания обоих ключей нижняя обкладка конденсатора С1 подключается к шине «+» питания. -аряд, накопленный ранее на конденсаторе, не может измениться мгновенно, поэтому напряжение на D1/12 скачком возрастает до уровня, превышающего Uпит на величину, равную порогу срабатывания ключа D1.1. После этого напряжение на С1 начинает уменьшаться с постоянной времени, равной C1R1R3/(R1+R3), и стремится достичь уровня, задаваемого делителем напряжения на резисторах R1, R3. В процессе перезаряда конденсатора напря-
жение на С1 уменьшится до порога размыкания ключа D1.1. В результате развивается лавинообразный процесс размыкания обоих ключей. Для защиты

Рис. 1.40. Генератор импульсов с повышенной нагрузочной способностью

Рис. 1.41. Простейшие схемы мультивибраторов с кварцевой
стабилизацией частоты

ключа D1.2 от отрицательного выброса напряжения в схему вводится диод. После размыкания ключей конденсатор начинает заряжаться через последовательно включенные резисторы R1 и R2 — описанные выше процессы повторяются.

При заданной емкости конденсатора длительность паузы t2 между импульсами регулируется резистором R1, однако изменение длительности паузы подбором резистора R1 приводит и к изменению длительности импульса t1. По-
этому, чтобы установить нужную длительность импульса, не меняя паузу, необходимо воспользоваться резистором R3. Регулирование параметров импульсов осуществляется в широких пределах, при этом отношение t1/t2 может быть как меньше, так и больше 1.

Относительно всех автогенераторов на МОП микросхемах можно отметить, что если схема мультивибратора не симметрична, то возрастает ее чувствительность к изменению питающего напряжения (для микросхем 561-ой
серии период может меняться на 35% при изменении Uпит от 3 до 15 В), поэтому расчетные соотношения справедливы для максимального напряжения питания.

Рис. 1.42. Схемы обеспечивающие повышенную стабильность частоты при
изменении окружающей температуры в широком диапазоне

При стабилизированном питании, изменение длительности импульсов мультивибраторов и частоты в генераторах на RC-цепях обычно не лучше 1% на 15 ° С (в случае применения термостабильных конденсаторов). Большую стабиль-
ность частоты можно получить, используя кварцевую стабилизацию. На рис. 1.41 и 1.42 приведены типовые схемы построения таких генераторов. Для небольшой подстройки частоты иногда последовательно с кварцевым резонато-
ром устанавливают конденсатор 10. 100 пФ. Частота импульсов и их стабильность в этом случае у генератора задается параметрами кварцевого резонатора.

Источник

Генератор импульсов на к561лн2 таймере с регулировкой частоты

Внутри микросхемы К561ЛН2 (рис. 1) есть шесть логических элементов «НЕ» (инверторов). Логика работы предельно проста, — если на входе единица, то на выходе ноль, и наоборот.


Микросхема К561ЛН2 логики «МОП, это значит, что её элементы сделаны на полевых транзисторах, поэтому входное сопротивление К561ЛН2 очень велико, а потребление тока от источника питания очень мало.

На рисунке 2 показана схема сигнализатора необходимости полива комнатных цветов. Когда почва в цветочном горшке высыхает её сопротивление увеличивается и становится значительно больше сопротивления резистора R1. Напряжение на входе элемента увеличивается, и в определенный момент достигает порогового значения уровня логической единицы. На выходе элемента появляется ноль. Что и приводит к зажиганию светодиода. После полива цветка сопротивление почвы уменьшится и этот светодиод погаснет.
Используя все шесть инверторов микросхемы (согласно рис. 1) можно сделать схему для контроля за влажностью земли в шести цветочных горшках.
Н1 и Н2 — это два гвоздя (желательно из нержавеющей стали). К их шляпкам припаяны (или прикручены) провода, которые идут к схеме. Гвозди нужно воткнуть в землю в цветочном горшке на расстоянии в несколько сантиметров друг от друга (можно подобрать это расстояние экспериментально). Степень высыхания почвы, при котором должен загораться светодиод можно установить подбором сопротивления резистора R1 (чем больше его сопротивление, тем при более сухой почве будет зажигаться светодиод). Выбирать это сопротивление более указанного на схеме не рекомендуется. Свечения светодиодов может быть недостаточным сигналом для напоминания о необходимости полива. Чтобы привлечь внимание и напомнить о надобности поливки растений, можно дополнить схему звуковым сигнализатором (рис. 3).

Катоды диодов VD1-VD6 нужно подключить к выходам инверторов (один из которых показан на рисунке 2). Когда светодиод зажигается (рис. 2) на выходе элемента D1 возникает логический ноль. Если к этому выходу, не отключая светодиод с резистором, подключить катод одного из диодов VD1-VD6 (рис. 3), то этот диод откроется. На входе элемента D2.1 возникнет логический ноль, а на его выходе единица. Это приведет к закрыванию диода VD7 и разблокированию мультивибратора D2.2-D2.3. Из микродинамика В1 раздастся звук высокого тона.
Теперь одновременно с зажиганием светодиода будет включаться и звуковой сигнал.
Когда цветок с высохшей почвой будет полит, светодиод погаснет и звучание прекратится.
Количество подконтрольных горшков может быть и меньше шести. Например, если их будет всего три, то схему звукосветового контроля можно сделать на одной микросхеме К561ЛН2, три элемента которой использовать в звуковом сигнализаторе (рис. 3), а три других — в индикаторах влажности (рис. 2). Диодов VD1-VD6, соответственно, будет три. Такую схему (рис. 2, рис. 3) можно применить и с другими целями, например, для контроля наполнения водой какого-то резервуара. В этом случае светодиод (рис. 2) будет загораться при опустошении резервуара.
Если нужно, чтобы светодиод (рис. 2) загорался не при опустошении резервуара, а при его заполнении, нужно точки подключения Н2 и верхнего вывода резистора R1 поменять местами. То есть, R1 будет включен между входом элемента и минусом питания, а Н2 будет подключен к плюсу питания. Теперь светодиод будет загораться при погружении Н1 и Н2 в воду, а гаснуть, когда уровень воды ниже их.

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Источник

Читайте также:  Как регулировать давление в котле отопления

Регулировка и синхронизация © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.

Adblock
detector