При формировании импульсных сигналов большой длительности на логических элементах возникает ряд проблем связанных как с ограничением величины сопротивлений в цепи отрицательной обратной связи (сравнительно низкое входное сопротивление логического элемента), так и величины времязадающей конденсатора из-за больших токов перезаряда емкости. Все это снижает стабильность временных параметров генерируемого сигнала.
Для формирования импульсов с большой длительностью часто применяют генератора выполненные на специализированных ИС.
Микросхема таймера 555, по-видимому, является одной из наиболее универсальных микросхем. Она не только сочетает в себе комбинацию аналоговых и цифровых схем, но и широко применяется в области цифровых генераторов импульсов. Чтобы разобраться в работе микросхемы, остановимся на ее внутреннем устройстве.
Упрощенная схема таймера 555 приведена на рисунке 8. По существу, таймер состоит из двух операционных усилителей, используемых в качестве компараторов, и RS-триггера. Кроме того, предусмотрен инвертирующий выходной буфер, обеспечивающий достаточно высокую нагрузочную способность. Для быстрого разряда внешнего времязадающего конденсатора имеется транзисторный ключ TR1.
Рисунок 8. Упрощенное внутреннее устройство таймера 555
(Числа в скобках показывают номера контактов)
На рисунке 9 показано включение стандартного таймера 555 в качестве астабильного генератора импульсов .
Предположим, что на Выходе (контакт 3) первоначально действует напряжение высокого уровня и транзистор выключен. Тогда конденсатор С начнет заряжаться от источника питания через резисторы R1 и R2 .
Когда напряжение на входе Порог (контакт 6) превысит две трети напряжения питания, состояние на входе верхнего компаратора изменится, RС-триггер сбросится (о) и на выходе Q появится напряжение высокого уровня, которое включает транзистор TR1. Из-за наличия инвертирующего буфера на Выходе (контакт 3) формируется напряжение низкого уровня. Теперь конденсатор С будет разряжаться током который протекает через резистор R2 и транзистор TR. Через некоторое время напряжение на входе Запуск (контакт 2) уменьшится до одной трети напряжения источника питания и нижний компаратор изменит свое состояние, возвратив триггер в исходное состояние (1). На выходе Q появится напряжение низкого уровня, транзистор TR1 выключится, и на Выходе (контакт 3) появится напряжение высокого уровня. Таким образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.
Рисунок 9 Астабильная (мультивибратор) конфигурация таймера 555
Форма выходного сигнала схемы, показанной на рис 4.3, аналогична сигналу на рис. 4.1.
Основные параметры генератора рассчитываются следующим образом: tвкл=0.693(R1+R2)C;
tвыкл=0,693К2хС; t= tвкл+ tвыкл=0.693(R1+2R2)C;
1.44
f
= 
(R1+ 2R2)C
tввк (R1+ R2)
КЗ = = x100% tввк+ tввык (R1+ 2R2)
tввк R1+ R2
КФ = = tввык R2
Для получения симметричного прямоугольного сигнала следует выбрать резистор R2 намного больше R1.
Мультивибраторы на ОУ классифицируются как устройства с заземлённым (рисунок 10,а) и незаземленным (рисунок 10,в) хронирующим конденсатором. Процесс формирования выходного сигнала в мультивибратора первого типа можно проследить по осциллограммам на рисунке 10,б, из которых видно, что заряд и разряд конденсатора С (осциллограмма А) происходит в моменты времени, когда выходное напряжение (осциллограмма В) достигает значений U+(1 - βп) или U-(1 - βп), где U+ , U- - напряжение насыщения ОУ для положительной и отрицательной полуволны (в данном случае по абсолютному значению они равны VA1); βп = R3/(R3+R4) = 10/(10+10) = 0,5 – коэффициент положительной обратной связи (ПОС). Следовательно, U + (1 - βп) = |U-(1 - βп)| = 0,5|VA1| = 0,5 VA2 ≈ 4,54 В, что и подтверждается полученными при моделировании значениями VB1, VB2. Исходя из рассмотренного процесса, в работе получена следующая формула для расчёта периода колебаний мультивибратора на рисунке 10,а:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.