Схемы генераторов на 555 таймере: Генератор на NE555 с регулировкой частоты

+28
+58

555 Таймер как осциллятор — Инженерные знания

Привет, читатели приветствуют еще один интересный пост. В этом посте мы подробно рассмотрим таймер 555 как осциллятор. Таймер 555 относится к категории интегральных схем, используемых в различных электронных проектах. В этом посте мы обсудим использование этого модуля в качестве нестабильного или автономного мультивибратора, который также называется прямоугольным генератором

. В предыдущем уроке мы обсуждали использование этих модулей в качестве генераторов, управляемых напряжением. Итак, начнем с  555 Таймер как осциллятор.

555 Таймер в качестве генератора

• Таймер 555 состоит из 2 компараторов триггерного разрядного транзистора и схемы делителя напряжения, построенной из сопротивлений. Такое расположение можно увидеть на рисунке ниже.

• Триггер или бистабильный мультивибратор — это цифровой инструмент, новый для вас в этом месте.
• Короче говоря, это 2 стабильных модуля, которые имеют выход на двух уровнях: первый уровень высокого напряжения обозначается как s, а уровень низкого напряжения обозначается как сброс или R.
• Состояние выхода можно изменить с помощью подходящего значения входного напряжения.
• Схема делителя напряжения, состоящая из сопротивления, используется для регулировки уровня компаратора напряжения.
• Используемое сопротивление имеет аналогичное значение, так как верхний компаратор имеет эталонное значение напряжения 2/3 В, а нижний конденсатор имеет 1/3 В.
• Выход компаратора регулирует состояние триггера. Если значение триггерного напряжения меньше единицы
• Выходы компараторов управляют
  состоянием триггера. Когда напряжение триггера падает ниже 1/3 В пост. тока, триггер настраивается, и выходной сигнал становится больше.
• Пороговый вход обычно связан с внешней схемой синхронизации RC. Когда внешнее напряжение конденсатора превышает 2/3 В пост. тока, верхний компаратор настраивает триггер, который возвращает на выходе его меньшее значение.

• Когда выход имеет меньшее значение, включается разрядный транзистор, чтобы обеспечить путь для быстрой разрядки внешнего времязадающего конденсатора.
• Эта нормальная работа позволяет использовать таймер на внешних элементах как осциллятор.

Нестабильная функция

• 555 таймеров, связанных с функцией нестабильной функции в качестве автономного релаксационного генератора, можно увидеть на рисунке ниже.

• Обратите внимание, что пороговый вход связан с триггерным входом. Внешние элементы R1, R2 и Cext составляют схему синхронизации, которая регулирует частоту колебаний.
• Конденсатор емкостью 0,01 мкФ, связанный с управляющим входом, используется для развязки и не влияет на работу.
• При запуске, когда питание включено, конденсатор не заряжен, поэтому напряжение триггера или контакт 2 имеет нулевое значение.
• Это приводит к тому, что нижний компаратор становится высоким, а выход верхнего компаратора — низким, вызывает низкий уровень на выходе триггера и, следовательно, базу и переводит транзистор в выключенное состояние.
• Теперь начинается зарядка, как показано на рисунке ниже.

• Когда напряжение на конденсаторе становится равным 1/3 В пост. тока, нижний компаратор переходит в состояние низкого выходного сигнала, а когда напряжение конденсатора становится равным 2/3 В пост. тока, верхний компаратор переходит в состояние высокого выходного сигнала.
• Этот процесс сбрасывает триггер и приводит к тому, что база Qd становится высокой, а она на транзисторе.
• Эта серия предназначена для разрядки конденсаторного транзистора.
• Теперь конденсатор начинает разряжаться, что приводит к тому, что верхний компаратор становится высоким, регулируя триггер, который создает базу меньшего и выключенного транзистора.

• Значение частоты колебаний показано на рисунке ниже и может быть рассчитано с использованием приведенного ниже графика.

Работа таймера 555 как генератора, управляемого напряжением (VCO) ввода можно увидеть на рисунке ниже.

• Как видно на рисунке ниже, управляющее напряжение изменяет пороговые значения 1/3 В постоянного тока и 2/3 В постоянного тока для внутреннего компаратора.
• При значении управляющего напряжения, верхнем значении Vcont и нижнем 1/2Vcont мы можем наблюдать внутреннюю цепь 555 таймеров.
• При изменении управляющего напряжения изменяется и выходная частота.
• Увеличение Vcont приводит к увеличению времени зарядки и разрядки внешнего конденсатора и снижению частоты.
• Уменьшение Vcont уменьшает время зарядки и разрядки конденсатора и вызывает повышение частоты.
• Обычное применение ГУН с фазовым обзором, которое используется во многих категориях приемников связи для обнаружения изменений частоты подаваемого сигнала.

Это подробный пост о таймере 555 в качестве осциллятора, если у вас есть дополнительные вопросы, задавайте их в комментариях. Спасибо за чтение. Хорошего дня.

Новое поступление алюминиевых плит всего за 2 9 долларов США.

Автор: Генри выпускник известного инженерного университета, также имеет опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также являюсь автором технического контента, мое хобби — исследовать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Проектирование 555 Нестабильные объекты

• Изучив этот раздел, вы сможете:
•   • Рассчитайте значения R и C, чтобы получить нестабильность требуемой частоты.
•   • Понимать методы изменения рабочего цикла.
•   • Понимать методы снижения воздействия шума.

Рис.

4.4.1 Проектирование нестабильного генератора 555 для создания этой волны

Проектирование нестабильного осциллятора 555

Если требуется генератор с определенной частотой и отношением метки к пространству (см. рис. 4.4.1), метод будет заключаться в расчете периодического времени на основе требуемой частоты и времени разрядки и времени заряда с использованием формул для t _D и t _C , описанные в модуле генераторов 4.3. Для этого понадобятся некоторые детали компонента.

Начиная с C1, подходящее значение можно принять по диаграмме на рис. 4.4.2, которая показывает, что для нестабильности с частотой 1 кГц и, таким образом, для периодического времени 1 мс достаточно конденсаторов емкостью от 1 нФ до 1 мкФ. , в зависимости от того, какое из полных сопротивлений (обозначено красными линиями) было выбрано.

Рис. 4.4.2 Поиск подходящих значений для C1

Производители указывают максимальное общее сопротивление, которое можно использовать с их конкретным вариантом 555, и эти максимальные значения обычно составляют от 10 до 20 МОм, однако использование таких высоких значений может увеличить ошибка между рассчитанной и фактической частотами, поэтому для многих применений можно рекомендовать максимум 1 МОм. Минимальное значение полного сопротивления для комбинации R1 и R2 во многом зависит от значения R1. Соединение R1/R2 подключено к контакту 6 и к контакту 2 триггерного входа. Если значение R1 меньше примерно 1 кОм, существует опасность того, что триггерный вход не сможет достичь достаточно низкого напряжения для запуска компаратора. 1, поэтому колебаний быть не может.

Из этого можно сделать вывод, что если сопротивление R1 должно быть 1 кОм или выше, а сопротивление R1 + R2 должно быть ниже 1 МОм; конденсатор емкостью 10 нФ позволит рассчитать подходящее общее сопротивление около 100 кОм.

Пример

Рис. 4.4.3 Схема 555 для 1 кГц

Отношение меток к пробелам 2:1

Рис. 4.4.4 Выход 1 кГц

Отношение меток к пробелам 2:1 1 кГц и отношение метки к пробелу 2:1

Периодическое время T = 1/f = 1/1000 = 1 мс

Время заряда t _C = 2/3T = 667 мкс

Время разряда t _D = 1/3T = 333 мкс

Предположим (из рис. 4.4.1), что будет использоваться конденсатор емкостью 10 нФ, который разряжается через резистор R2. только:

t _D = 0,7 x R2 x C1

Изменение формулы для нахождения R2 дает:

Во время заряда C1 заряжается через R1 + R2, следовательно:

t _C = 0,7 x (R1+R2)x C1

Преобразование формулы для нахождения (R1+R2) дает:

Поскольку R1 = (R1+R2) — R2, тогда:

R1= 95,3 кОм – 47,6 кОм = 47,7 кОм

Выбор ближайших предпочтительных значений для R1 и R2 дает значение 47 кОм для обоих резисторов.

Чтобы убедиться, что два сопротивления 47 кОм дадут требуемую частоту 1 кГц, просто примените формулу частоты для нестабильного 555, используя рассчитанные значения: квадратные волны. Во время периода высокого уровня (зарядки) времязадающий конденсатор (C1 на рис. 4.4.3) заряжается через резисторы R1 и R2, но при разрядке конденсатора C1 используется только резистор R2.

В этой базовой конфигурации сопротивление, используемое для определения времени высокого периода, всегда должно быть больше сопротивления, используемого в течение низкого периода. Таким образом, высокий период волны всегда должен быть длиннее, чем низкий период. Из этого следует, что базовая версия 555 нестабильна и производит прямоугольные волны, которые могут быть почти, но никогда не равны 1:1 квадратным волнам.

Рабочий цикл

Рис. 4.4.5 Влияние рабочего цикла на уровень постоянного тока

Отношение метки к пространству прямоугольного или импульсного генератора часто называют рабочим циклом. Это более удобный термин, когда целью выходной волны является приведение в действие какого-либо устройства, например двигателя. Это дает более полезное сравнение с мощностью, подаваемой на двигатель, чем описание отношения метки к пространству на выходе. Изменение рабочего цикла изменяет среднее напряжение постоянного тока или уровень постоянного тока на выходе, как показано на рис. 4.4.5, и, следовательно, мощность, подаваемую на управление скоростью двигателя. Это также важно для управления выходными устройствами, такими как лампы, обогреватели и многие другие.

Рабочий цикл — это термин, описывающий процент каждого цикла, занимаемый активным или высоким периодом. Например, прямоугольная волна с отношением метки к пробелу 1:1 имеет рабочий цикл 50 %, поэтому высокий период занимает 50 % от общего периода. В форме волны, иллюстрирующей отрицательные импульсы на рис. 4.4.5, рабочий цикл может составлять около 80 %, в то время как в положительной форме импульса рабочий цикл может составлять около 20 %.

Нестабильный рабочий цикл 50 %

Хотя базовая форма нестабильного генератора 555 ограничена созданием выходного сигнала с рабочим циклом, который всегда превышает 50 %, одним из больших преимуществ использования таймера 555 в качестве нестабильного генератора является легкость, с которой схема может быть изменена для получения гораздо более широкого диапазона рабочего цикла.

Рис. 4.4.6 Нестабильное отношение меток к пространству один к одному

Если требуется полностью симметричная выходная волна (скважность 50 %), альтернативным методом является использование схемы, показанной на рис. 4.4.6. В этой конфигурации, показанной с использованием фактической схемы 555 IC, времязадающий конденсатор по-прежнему подключен к контактам 2 и 6, как и в базовой нестабильной схеме, но один времязадающий резистор теперь подключен к выходу, контакту 3.

Операция

Во время высокого периода сигнала C1 заряжается от высокого выхода через R1 до тех пор, пока напряжение на контакте 6 не достигнет 2/3 В пост. тока и не сработает компаратор 1. Теперь выход становится низким, и C1 разряжается через R1 до тех пор, пока напряжение на контакте 2 не достигнет уровня 2. падает до 1/3 В пост. тока, когда срабатывает компаратор 2 и начинается новый период зарядки. Поскольку на рис. 4.4.6 для заряда и разряда используется только один резистор, время заряда и разряда теперь одинаково и равно 0,7CR, что дает упрощенную формулу для приблизительной частоты колебаний.

Однако у этого решения есть некоторые недостатки для получения рабочего цикла 50%. Удивительно, но схема не всегда может обеспечивать 50% рабочий цикл. Одна из причин этого заключается в том, что конструкция предполагает, что выходной сигнал 555 изменяется между 0 В и Vcc, но на практике фактическое выходное напряжение в некоторой степени зависит от нагрузки на выходе. Обычно, например, в 555 с питанием 9 В выходное напряжение может изменяться от 0 В до немногим более 8 В, а при различных сопротивлениях нагрузки эта разница между Vcc и выходным напряжением может снова изменяться.

Точки срабатывания, при которых микросхема 555 переключает свой выход, представляют собой фиксированную пропорцию Vcc, поскольку они питаются от трех внутренних резисторов между +Vcc и 0V, но скорость, с которой заряжается времязадающий конденсатор в этой конструкции, теперь зависит, не на Vcc как в базовой конструкции, но на выходном напряжении. Следовательно, могут возникать различия во времени, поскольку напряжения на выходном контакте 3 и на Vcc не совпадают, это может повлиять как на частоту, так и на отношение метки к пространству. Однако производительность можно улучшить несколькими способами, чтобы создать ряд полезных схем.

Вход управления 555

Контакт 5 555 — это контакт управления (Ctrl), который во многих приложениях служит только для развязки инвертирующего входа компаратора 1 внутри ИС, чтобы предотвратить шум, вызывающий неправильное срабатывание схемы. Однако этот вывод может также функционировать как полезный вход, позволяя управлять частотой и рабочим циклом, когда 555 используется в нестабильном режиме.

Вход управления также подключен к цепочке резисторов в ИС, которая управляет триггерными точками 2/3 и 1/3 В постоянного тока схемы. Таким образом, при внешней подаче постоянного напряжения на контакт 5 внутренние установленные точки срабатывания могут быть изменены, чтобы удлинить или сократить периоды заряда и разряда генерируемой волны. Измерение напряжения на контакте 5 обычно показывает напряжение 2/3 В пост. тока, а подача более высокого напряжения увеличивает время периода заряда, поскольку времязадающий конденсатор должен достичь этого более высокого напряжения, прежде чем сработает компаратор 1. Следовательно, чем выше напряжение на контакте 5, тем дольше период заряда и ниже частота волны. Уменьшение напряжения на контакте 5 ниже его нормального значения 2/3 В пост. тока приведет к сокращению периода заряда и увеличению частоты.

Таким образом, контакт 5 обеспечивает метод изменения частоты колебаний путем подачи напряжения постоянного тока, и, поскольку контакт 5 все еще может быть эффективно развязан с помощью довольно большого значения развязывающего конденсатора, потенциометр для управления частотой может быть расположен на некотором расстоянии от генератор без проблемы внесения шума в схему.

Изменение рабочего цикла

Рис. 4.4.7 Управление рабочим циклом с помощью Ctrl (контакт 5)

Рис. 4.4.8 Улучшенное управление рабочим циклом

На рис. 4.4.7 показано, как можно реализовать простое управление рабочим циклом в базовой нестабильной схеме 555 с помощью управляющего входа. Потенциометр VR1 используется для подачи переменного напряжения на контакт 5. Пределы изменения устанавливаются резисторами R1 и R2, так что управляющее напряжение не может колебаться до +Vcc или до 0 В, что позволяет регулировать рабочий цикл в течение диапазон выше и ниже 50%. Одна из проблем с использованием вывода управления таким образом заключается в том, что он одновременно влияет как на рабочий цикл, так и на частоту.

Улучшенное управление рабочим циклом

Схема, обеспечивающая регулируемый рабочий цикл с минимальным влиянием на частоту, показана на рис. 4.4.8. Это модифицированная версия схемы с рабочим циклом 50%, показанной на рис. 4.4.6.

VR1, линейный потенциометр, обеспечивает непрерывную регулировку рабочего цикла в пределах примерно от 35 % до 75 % без использования управляющего входа, что позволяет регулировать рабочий цикл практически без влияния на частоту колебаний.

Две секции VR1 по обе стороны от ползунка, добавленные к R1 и R2, эффективно обеспечивают два отдельных (и регулируемых) значения времязадающих резисторов. D1 работает в течение периода заряда C4, когда выход на контакте 3 имеет высокий уровень, обеспечивая синхронизирующее сопротивление, состоящее из R3, левой части VR1 и R1. В течение периода разряда на выводе 3 низкий уровень, поэтому D1 смещен в обратном направлении; D2 теперь обеспечивает путь разряда через R2, правую часть VR1 и R3.

Частота рассчитывается по той же формуле, что и для схемы с коэффициентом заполнения 50 %, показанной на рис. 4.4.6, хотя на нее немного влияет прямое сопротивление диодов:

Кроме того, в этой схеме R теперь состоит из R3 + половина VR1 + R2 (или R1, что является тем же самым значением). Частоты от долей 1 Гц до многих десятков кГц можно получить из рис. 4.4.8, используя различные комбинации значений для времязадающего конденсатора С4 и времязадающих резисторов R1, R2 и R3. Чтобы получить соотношение пространства меток 1:1 с VR1 в его центральной позиции, значения R1 и R2 должны быть одинаковыми.

На рис. 4.4.9 показана схема на рис.