Таймеры

.

В цифровых схемах часто требуется источник импульсов с точно определенной длительностью. Обычно необходимы и одиночный импульс с заданной длительностью, и непрерывная последовательность импульсов с заданными частотой и коэффициентом заполнения. Первому требованию удовлетворяет моностабильная схема (см. гл. 3), а второму — астабильная схема. (Термин «астабильный» означает, что выход схемы не находится в стабильном или устойчивом состоянии, а непрерывно изменяется между низким и высоким уровнями, т. е. схему можно считать разновидностью генератора.)
Вместо проектирования схемы из традиционных логических элементов проще и экономичнее использовать одну из выпускаемых микросхем таймеров. Таймер может работать в обоих режимах, а для задания его рабочих параметров требуется очень мало внешних элементов.
До рассмотрения схемы типичного таймера уточним некоторые относящиеся к нему термины.
Частота повторения импульсов f импульсного сигнала характеризует число импульсов, приходящихся на заданный временной интервал, обычно на 1 с. Сигнал с частотой 1 кГц соответствует 1000 импульсам в секунду.
Период импульсов t импульсного сигнала — это время одного полного цикла импульса:
t = 1/f.
Период указанного выше импульсного сигнала составляет 1/1000 c, или 1 мс.
Коэффициент заполнения (КЗ), %, импульсного сигнала равен отношению tвкл (высокий уровень) к сумме tвкл и tвыкл (низкий уровень), т. е.

taymeri

Сигнал, у которого tвкл = 1 мс и выкл = 1 мс, имеет коэффициент заполнения 50 %, т. е. собственно импульс действует в течение половины периода.
Коэффициент формы (КФ) импульсного сигнала равен отношению tвкл (высокий уровень) и tвыкл (низкий уровень).
Ширина импульса прямоугольной формы равна временному интервалу, измеренному на уровне 50 % амплитуды, в течение которого сигнал имеет высокий уровень (включен).
Время нарастания (фронта) импульса равно временному интервалу между точками 10 и 90 % его амплитуды. Время нарастания «идеального» импульса равно нулю.
Время спада (среза) tc импульса равно временному интервалу между точками 90 и 10 % его амплитуды. Время спада «идеального» импульса равно нулю.
На рис. 4.1 представлен типичный импульсный сигнал и показаны рассмотренные параметры.

taymeri2
Рис. 4.1. Типичные параметры импульсного сигнала.

4.1. Таймер 555

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 рис. 4.2.

taymeri3

Рис. 4.2. Упрощенное внутреннее устройство таймера 555.

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.
На рис. 4.3 показано включение стандартного таймера 555 в качестве астабильного генератора импульсов.

taymeri4

Рис. 4.3. Астабильная конфигурация таймера 555.

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, RC-триггер сбросится (0) 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 TR1.
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¯ образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.
Форма выходного сигнала схемы, показанной на рис. 4.3, аналогична сигналу на рис. 4.1. Основные параметры генератора рассчитываются следующим образом:

taymeri5

Для получения симметричного прямоугольного сигнала следует выбрать резистор R2 намного больше R1.
На рис. 4.4 показан стандартный таймер 555, работающий в моностабильном режиме. Для получения выходного импульса на входного импульса на вход Запуск подается спадающий

taymeri6

Рис. 4.4. Моностабильная конфигурация таймера 555.

Запуск подается спадающий фронт, т. е. осуществляется переход от 1 к 0. Когда действует этот сигнал и запускающее входное напряжение уменьшается ниже одной трети напряжения питания, на выходе нижнего компаратора появляется напряжение высокого уровня и триггер переводится в состояние 1. На выходе Q¯ триггера формируется напряжение низкого уровня, транзистор TR1 выключается, и на выходе схемы (контакт 3) появляется напряжение высокого уровня.
После этого конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R до тех пор, пока напряжение Порога не достигнет двух третей напряжения питания. В этот момент напряжение на выходе верхнего компаратора изменяется и триггер сбрасывается. На его выходе Q¯ оказывается напряжение высокого уровня, транзистор TR1 включается, а на выходе (контакт 3) формируется напряжение низкого уровня. Следовательно, схема переводится в пассивное состояние и ожидает следующего запускающего импульса.
Для этого режима справедливы следующие расчетные соотношения:
временной интервал, в течение которого на выходе действует напряжение высокого уровня, t = 1,1 x RС;
рекомендуемая ширина запускающего импульса tзап < tвкл/4.

4.2. Семейство таймеров 555

Стандартный таймер 555 выпускается в 8-контактном корпусе типа DIP (рис. 4.5).

taymeri7
Рис. 4.5. Разводка контактов одиночного таймера 555

Диапазон рабочего напряжения питания составляет от 4,5 до 15 В. Он перекрывает обычный диапазон TTЛ-схем, поэтому таймер может работать вместе с ними. Выпускаются также и другие разновидности стандартного таймера 555.
Маломощный КМОП-таймер 555 (например, ICM7555IPA). Эта микросхема является аналогом стандартного таймера, но изготавливается по КМОП-технологии. Благодаря этому расширяется диапазон напряжения питания (от 2 до 18 В) и уменьшается потребляемый ток (120 мкА при питании 18 В). Несмотря на то что выходная нагрузочная способность микросхемы уменьшается, все же допускается подключать к схеме до двух стандартных ТТЛ-нагрузок.
Сдвоенный таймер 555 (например, NE556A). Это просто сдвоенный вариант стандартной микросхемы 555, выпускаемый в 14-контактном корпусе (рис. 4.6).

taymeri8

Рис. 4.6. Разводка контактов сдвоенного таймера 555

Оба таймера можно использовать независимо друг от друга; они обладают такими же электрическими характеристиками, как и стандартный таймер 555.
Маломощный сдвоенный таймер (например, ICM7556IPA). Микросхема представляет собой сдвоенный вариант КМОП-таймера 555 и оформлена в 14-контактном корпусе, так же как и приведенная на рис. 4.6. Оба таймера автономны и обладают электрическими характеристиками, аналогичными КМОП-таймеру 555.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.