Таймеры и их применение

Наиболее распространенной микросхемой является интегральный таймер типа КР1006ВИ1 (зарубежные аналоги SE555, NE555). Функциональная схема таймера показана на рисунке:

В нее входят два компаратора, RS -триггер, резистивный делитель, выходные транзисторные каскады. Напряжение питания может изменяться в пределах 5-15В. Резистивный делитель подает на нижний по схеме компаратор напряжение , а на верхний – напряжение .

при

при

Если на входы триггера поступают одновременно сигналы установки в различные состояния, то триггер T срабатывает в соответствии со следующими приоритетами сигналов.

Наивысший приоритет имеет сигнал подаваемый на вывод 4. Поэтому этот сигнал является сигналом разрешения E (enable).

Если E=0, то триггер таймера находится в состоянии “ нуль ”, т.е. работа таймера блокируется.

Если E=1, то работа таймера разрешена.

Если в процессе работы таймера не требуется осуществлять блокировку, то вывод 4 соединяется с источником питания.

Вторым по старшинству является непрерывный сигнал , подаваемый на вывод 2. Этот сигнал соответствует инверсному входу установки триггера в единицу “ 1 ”. Если E=1; , то с выхода триггера будет сниматься сигнал “ единица ” (вне зависимости от напряжения на выводе 6).

Самый младший приоритет принадлежит непрерывному сигналу , подаваемому на вывод 6. Этот сигнал при , , E=1 обеспечивает установку триггера в ноль.

Выходной каскад триггера, выполненный на транзисторах VT1 и VT2, обеспечивает выходной ток до 100 мА, т.е. непосредственное управление электромагнитным реле.

Вывод 3 – служит для снятия формируемых таймером прямоугольных импульсов.

Вывод 5 – служит для подачи управляющего напряжения от внешнего источника. Регулировкой этого напряжения осуществляется одновременное изменение порогов срабатывания компараторов K1 и K2. Для уменьшения влияния помех на порог срабатывания и длительность формируемых импульсов этот вывод желательно соединить через блокирующий конденсатор (С=0,01мкФ) с общей шиной. Этот вывод можно использовать для подсоединения к нему навесных резисторов (регулировочных).

Вывод 7 – соединен с коллектором разрядного транзистора VT3 и служит для подключения времязадающей цепи RC или других устройств.

Основной схемой включения таймера является режим одновибратора.

.

Исходно на входе поддерживается напряжение , триггер находится в нуле, транзистор VT3 открыт и на выходе RC -цепи поддерживается нулевое напряжение. Если теперь на вход подать отрицательный импульс (так, что в течение некоторого времени будет обеспечено ), то T₂ таймера перейдёт в единичное состояние, VT3 закроется и конденсатор C₁ начнёт заряжаться током, проходящем от источника через резистор R₄.

Когда конденсатор С₁ зарядится до напряжения , триггер возвратится в нулевое состояние, и, т.о. T окажется снова в исходном положении. Для этого ОВ длительность положительного импульса, снимаемого с вывода таймера Q (вывод 3) равна .

- остаточное напряжение на коллекторе насыщенного транзистора VT3.

Запуск одновибратора может осуществляться как дискретным сигналом “ нуль ”, непосредственно подаваемым на вход , так и перепадом 1/0 (Z) цепи С₂, R₅, VD1. Вход “разрешение таймера” (вывод 4) может использоваться для прерывания процесса формирования импульса.

Рекомендуется сопротивление выбирать из диапазона: R₅: 1 кОм 10 Мом.

Наименьшая возможная длительность формируемого импульса ограничена быстродействием таймера и составляет .

Наибольшая длительность практически ограничена только допустимыми габаритами времязадающего конденсатора С₁.

Режим работы мультивибратора.

Таймер может работать в режиме мультивибратора. Простейшая схема содержит всего два дополнительных навесных элемента – конденсатор С и резистор R времязадающей цепи.

Для получения автоколебательного режима работы МВ входы компараторов таймера (выводы 2 () и 6 (R)) объединены между собой и соединены через резистор R с выходом таймера (вывод 3), а через конденсатор С – с общей шиной.

Эти входы (R и S) служат для контроля напряжения конденсатора С. Когда это U достигает уровня , то T_Г переходит в состояние “ 0 ”, вследствие чего входное напряжение уменьшается и С начинает разряжаться. Но как только напряжение на С снизится до , T_Г снова переходит в “ 1 ” и снова начинается заряд этого конденсатора. Частота генерируемых импульсов ; .

; .

Период генерируемых колебаний .

При , ; длительность импульсов и и период колебаний можно регулировать, изменим пороговые уровни и , для чего между выводами 5 и 8 и 5 и 1 включается регулировочный резистор. Для обеспечения симметрии генерируемых импульсов необходимо выполнение условия

.

Другая схема включения мультивибратора.

Путем подачи на вход 5 некоторого напряжения можно изменить пороги срабатывания компараторов. При этом изменится время заряда конденсатора , а вместе с ним и частота генерации. Если потенциал изменить на величину , то относительное изменение частоты будет равно: .

При небольших изменениях напряжения на входе 5 можно т.о. осуществлять частотную модуляцию выходного напряжения с приемлемой линейностью.

При включении , и заряжается со скоростью, определяемой сопротивлениями и . , компаратор K1 устанавливает “ 1 ” уровень на выходе T₂, , и открывается VT3. Конденсатор разряжается через и VT3. Когда , компаратор T₂ устанавливает T₂ в нулевое состояние. и запирает VT1. Затем процесс повторяется.

Длительность импульсов:

;

; .

Относительная длительность импульса:

.

Работа таймера в режиме триггера Шмита.

Если на объединенные выводы R и таймера подать входное напряжение произвольной формы, то T будет работать в режиме триггера Шмита – на выходе будет формироваться напряжение прямоугольной формы. Уровни срабатывания такого T₂ будут равны и , ширина петли гистерезиса .

Для уменьшения ширины петли гистерезиса можно:

1 – Понизить уровни и , соединив вход (вывод 5) внешним резистором с общим проводом (ОВ).

2 – С помощью внешнего делителя исходно задать на входах R и постоянные напряжения, близкие к уровням срабатывания.

Резисторы R₁, R₂, R₃ выбираются таким образом, чтобы на входе R (6) напряжение было намного меньшее, чем , а на входе (2) – немного большее, . Тогда входное напряжение относительно небольшой амплитуды окажется достаточным для формирования на выходе T прямоугольного напряжения.

P.S. можно обойтись и одним конденсатором С₁ или С₂. Это приведет лишь к небольшому увеличению ширины петли гистерезиса.

Входное переменное напряжение в данном формирователе может быть подано и без , если источник этого напряжения включать между правым по схеме выводом резистора R₃ и землей.

Работа таймера в режиме ОВ с перезапуском.

Суть перезапуска состоит в том, что если на вход уже возбужденной схемы поступает новый пусковой импульс, то длительность выходного импульса становится больше на время , равное интервалу времени между первым и поступающими запусками.

После повторных многократных запусков схема возвращается в исходное состояние через время после последнего импульса.

ОВ с перезапуском можно представить как реле времени, в котором отсчет времени производится не по первому импульсу из серии, а по последнему. Схемы, построенные по такому принципу, называются реле времени с перезапуском.

В исходном состоянии при , транзистор VT1 закрыт и конденсатор С заряжен до и , т.к. . Входной импульс прямоугольной формы и достаточной длительности разряжает С₁ до нуля.

При этом нижний по схеме компаратор K2 устанавливает T₂ в единичное состояние и С₁ заряжается, т.е. начинается отсчет времени. Если в этот период на вход схемы поступит еще один запускающий импульс, то С₁ окажется опять разряженным, а на выходе Q сохранится единичное состояние и т.д. Схема переключится только спустя время после прихода последнего импульса. Благодаря такому свойству рассмотренная схема также называется детектором подавления импульсов.

Интервал времени следования импульсов должен быть не более .

;

; .