Генератор прямокутних імпульсів із регульованою частотою на uA741. Генератор імпульсів власноруч. Генератор високовольтних імпульсів Як зробити генератор прямокутних імпульсів
5.6 Генератори імпульсів
Генератори імпульсів використовують у багатьох радіотехнічних пристроях (електронних лічильниках, реле часу), застосовують при налаштуванні цифрової техніки. Діапазон частот таких генераторів може бути від одиниць герц до багатьох мегагерц.
На рис. 116 наведено схему генератора, який формує одиночні імпульси прямокутної форми при натисканні кнопки SB1. На логічних елементах DD1.1 і DD1.2 зібраний RS-тригер, що запобігає проникненню імпульсів брязкальця контактів кнопки на перерахунковий пристрій. У положенні контактів кнопки SB1, показаному на схемі, на виході 1 буде напруга високого рівня, на виході 2 - напруга низького рівня;
при натиснутій кнопці – навпаки. Цей генератор зручно використовувати під час перевірки працездатності різних лічильників.
На рис. 117 показано схему найпростішого генератора імпульсів на електромагнітному реле. При подачі живлення конденсатор С1 заряджається через резистор R1 і спрацьовує реле, відключаючи джерело живлення контактами До 1.1. Але реле відпускає не відразу, оскільки деякий час через його обмотку протікатиме струм за рахунок енергії, накопиченої конденсатором С1. Коли контакти 1.1 знову замкнуться, знову почне заряджатися конденсатор - цикл повторюється.
Частота перемикання електромагнітного реле залежить від його параметрів, а також номіналів конденсатора С1 та резистора R1. При використанні реле РЕМ-15 (паспорт РС4.591.004) перемикання відбувається приблизно раз на секунду.
Такий генератор можна використовувати, наприклад, для комутації гірлянд на новорічній ялинці, для отримання інших світлових
На рис. 118 наведено схему ще одного генератора на електромагнітному реле, принцип роботи якого аналогічний попередньому генератору, але забезпечує частоту імпульсів 1 Гц при ємності конденсатора в 10 разів меншою. Під час подачі живлення конденсатор С1 заряджається через резистор R1. Через деякий час відкриється стабілітрон VD1 і спрацює реле К1. Конденсатор почне розряджатися через резистор R2 та вхідний опір складеного транзистора VT1VT2. Незабаром реле відпустить і розпочнеться новий цикл роботи генератора. Включення транзисторів VT1 та VT2 за схемою складеного транзистора підвищує вхідний опір каскаду.
Реле К 1 може бути таким самим, як і в попередньому пристрої. Але можна використовувати РЕМ-9 (паспорт РС4.524.201) або будь-яке інше реле, що спрацьовує при напрузі 15...17 і струмі 20...50 мА.
У генераторі імпульсів схема якого наведена на рис. 119, використані логічні елементи мікросхеми DD1 та польовий транзистор VT1. При зміні номіналів конденсатора С1 та резисторів R2 та R3 генеруються імпульси частотою від 0,1 Гц до 1 МГц. Такий широкий діапазон отримано завдяки використанню польового транзистора, що дозволило застосувати резистори R2 і R3 опором у кілька мегаом. За допомогою цих резисторів можна змінювати шпаруватість імпульсів: резистор R2 задає тривалість напруги високого рівня на виході генератора, а резистор R3 - тривалість напруги низького рівня. Максимальна ємність конденсатора С1 залежить від власного струму витоку. У разі вона становить 1...2 мкФ. Опір резисторів R2, R3 - 10...15 МОм. Транзистор VT1 може бути будь-яким із серій КП302, КП303
За наявності мікросхеми КМОП (серія К176 К561) можна зібрати широкодіапазонний генератор імпульсів без застосування польового транзистора.
Схема наведено на рис.
120. Для зручності встановлення частоти ємність конденсатора часзадающей ланцюга змінюють галетним перемикачем SA1. Діапазон частот, що формуються генератором, становить 1...10000 Гц.
Генератор, схема якого наведена на рис. 122, виробляє імпульси як прямокутної, так і пилкоподібної форми. Задає генератор виконаний на логічних елементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторі С2 і резисторі R2 зібрана ланцюг, що диференціює, завдяки якій на виході логічного елемента DD1.5 форми-
ються короткі позитивні імпульси (тривалістю близько 1 мкс). На польовому транзисторі VT2 та змінному резисторі R4 виконаний регульований стабілізатор струму. Цей струм заряджає конденсатор С3,і напруга у ньому лінійно зростає. У момент надходження на базу транзистора VT1 короткого позитивного імпульсу транзистор VT1 відкривається розряджаючи конденсатор СЗ. На його обкладках таким чином формується пилкоподібна напруга.
Резистором R4 регулюють струм зарядки конденсатора і, отже, крутизну наростання пилкоподібної напруги та його амплітуду. Конденсатори С1 та СЗ підбирають виходячи з необхідної частоти імпульсів.
Іноді виникає потреба у побудові генератора, який формує число імпульсів, що відповідає номеру натиснутої кнопки.
Принципова схема пристрою (перший варіант), що реалізує таку можливість, наведено на рис. 123. Функціонально воно включає генератор імпульсів, лічильник та дешифратор. Генератор прямокутних імпульсів зібраний на логічних елементах DD1.3 та DD1.4. Частота проходження імпульсів близько 10 Гц. З виходу генератора імпульси надходять на вхід десяткового лічильника, виконаного на мікросхемі DD2. Чотири виходи лічильника з'єднані з входами мікросхеми DD3, що є дешифратором на 4 входи і 16 виходів.
При подачі напруги живлення на правих (за схемою) контактах всіх п'ятнадцяти кнопок SB I-SB 15 буде напруга низького рівня, що забезпечується наявністю низькоомного резистора R5. Ця напруга подається на вхід мультивібратора, що чекає, виконаного на елементах DD1.1, DD1.2 і конденсаторі С1, і
гасить імпульси брязкальця контактів кнопок. На виході мультивібратора, що чекає, - напруга низького рівня, тому генератор імпульсів не працює. При натисканні однієї з кнопок конденсатор С3 миттєво заряджається через діод VD1 до напруги високого рівня, в результаті чого на висновках 2 і 3 лічильника DD2 з'являється напруга низького рівня, що встановлює його робочий стан. Одночасно через замкнутий контакт натиснутої кнопки напруга високого рівня подається на вхід мультивібратора, що чекає, і імпульси генератора надходять на вхід лічильника. При цьому на виходах дешифратора з'являється послідовно напруга низького рівня. Як тільки воно з'явиться на виході, з яким з'єднаний контакт кнопки, подача імпульсів на вхід лічильника припиниться.
З виведення 11 елемента DD1.4 буде знято число імпульсів, що відповідає номеру кнопки. Якщо продовжувати утримувати кнопку натиснутою, через деякий час конденсатор СЗ розрядиться через резистор R2, лічильник DD2 встановиться в нульовий стан і генератор видасть нову серію імпульсів. До закінчення серії імпульсів кнопку відпускати не можна.
У пристрої використані резистори МЛТ-0,25; оксидні конденсатори – К50-6. Транзистори VT1, VT2 можуть бути серій КТ312, КТ315, КТ503, КТ201, діод VD1 – серій Д7, Д9, Д311. Кнопки SB 1 -SB 15 - типів П2К, KM 1-1 та ін.
Налаштування числоімпульсного генератора полягає в установці підбором резистора R1 і конденсатора С2 необхідної частоти проходження імпульсів генератора, яка може бути в межах від одиниць до десятків кілогерц. При частоті вище 100 Гц для видачі повної серії імпульсів потрібен час не більше 0,15 с, тому кнопку можна не утримувати пальцем - короткого натискання цілком достатньо для формування пачки імпульсів.
На рис. 124 представлена схема ще одного числоімпульсного генератора (другий варіант), за принципом роботи аналогічного описаному вище. Завдяки застосуванню мікросхем серії К176, схема генератора спростилася. Генератор формує від 1 до 9 імпульсів.
На мікросхемах DD1, DD2 і діодах VD1-VD3 зібрано шифратор, що перетворює десяткове число двійковий код. Сигнали з виходів шифратора подаються на входи D1, D2, D4, D8 мікросхеми
DD4 (реверсивний лічильник) та на входи логічного елемента 4АБО-HE(DD3.1).
Розглянемо роботу генератора під час натискання кнопки SB3. Коли натиснута кнопка, на виходах логічних елементів DD1.1 і DD1.2 встановиться напруга високого рівня, а на виходах DD2.1, DD2.2 збережеться напруга низького рівня. На виході логічного елемента DD3.1 з'явиться напруга низького рівня, яка через диференціюючий ланцюг C1R11 надійде на вхід С реверсивного лічильника DD4 і встановить його в стан 1100. При цьому на виході логічного елемента DD3.2 встановиться напруга низького рівня, що інвертується логічним елементом .1 та готує до роботи генератор на логічних елементах DD5.2-DD5.4. Після відпускання кнопки SB3 на виході елемента DD3.1 з'явиться напруга високого рівня, яка буде подана на вихід 12 мікросхеми DD5; почне працювати генератор Імпульси з виходу (висновок 11 мікросхеми DD5) надходять на вхід -1 реверсивного лічильника. При цьому відбувається зменшення числа, записаного в лічильнику, і на виходах 1, 2, 4, 8 лічильника послідовно з'являються комбінації логічних рівнів 0100, 1000, 0000. При установці лічильника стан 0000 на виході логічного елемента DD3.2 встановиться напруга високого рівня, та генератор зупиниться. На вихід надійде три імпульси.
Частота імпульсів генератора визначається елементами С2 і R 12 і може змінюватися в широких межах (від одиниць до герц сотень кілогерц).
В описаних тут генераторах імпульсів можна використовувати резистори МЛТ-0,25, конденсатори К50-6, КМ-6. Транзистори КТ315Б можна замінити транзисторами із серій КТ312, КТ315, КТ316, КТ503. Діоди - будь-які із серій Д7, Д9, Д311. Кнопки - типів П2К, КМ1 та ін.
К561 – для другого варіанту.
Амплітуда сигналу, що генерується, в таких генераторах дуже стабільна і близька до напруги живлення. Але форма коливань дуже далека від синусоїдальної – сигнал виходить імпульсним, причому тривалість імпульсів та пауз між ними легко регулюється. Імпульсам легко надати вигляду меандру, коли тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи між ними.
Основний і поширений вид релаксаційного генератора - симетричний мультивібратор на двох транзисторах, схема якого показана на малюнку нижче. У ньому два стандартні підсилювальні каскади на транзисторах VT1 і VT2 з'єднані в послідовний ланцюжок, тобто вихід одного каскаду з'єднаний з входом іншого через роздільні конденсатори С1 і С2. Вони ж визначають і частоту коливань F, що генеруються, точніше, їх період Т. Нагадаю, що період і частота пов'язані простим співвідношенням
Якщо схема симетрична і номінали деталей обох каскадах однакові, те й вихідна напруга має форму меандра.
Працює генератор так: відразу після включення, поки конденсатори С1 і С2 не заряджені, транзистори опиняються в «лінійному» підсилювальному режимі, коли резисторами R1 і R2 задається деякий малий струм бази, він визначає в раз більший струм колектора, і напруга на колекторах кілька менше напруги джерела живлення за рахунок падіння напруги на резисторах навантаження R3 та R4. При цьому найменші зміни колекторної напруги (хоча через теплові флуктуації) одного транзистора передаються через конденсатори С1 і С2 в ланцюг бази іншого.
Припустимо, що колекторна напруга VT1 трохи знизилася. Ця зміна передається через конденсатор С2 ланцюг бази VT2 і трохи його замикає. Колекторна напруга VT2 зростає, і ця зміна передається конденсатором С1 на базу VT1, він відмикається, його колекторний струм зростає, а колекторна напруга знижується ще більше. Процес відбувається лавиноподібно та дуже швидко.
В результаті транзистор VT1 виявляється повністю відкритий, його колекторна напруга буде не більше 0,05 ... 0,1, a VT2 - повністю замкнений, і його колекторна напруга дорівнює напруги живлення. Тепер треба чекати, поки перезарядяться конденсатори С1 і С2 і транзистор VT2 відкриється струмом, що тече через резистор зміщення R2. Лавиноподібний процес піде у зворотному напрямку і призведе до повного відкриття транзистора VT2 і повного замикання VT1. Тепер потрібно чекати ще півперіоду, потрібні для перезаряджання конденсаторів.
Час перезарядки визначається напругою живлення струмом через резистори Rl, R2 і ємністю конденсаторів Cl, С2. При цьому говорять про «постійний час» ланцюжків Rl, С1 і R2, С2, що приблизно відповідає періоду коливань. Дійсно, твір опору в омах на ємність у фарадах дає час у секундах. Для номіналів, зазначених на схемі малюнка 1 (360 кОм і 4700 пФ), постійна часу виходить близько 1,7 мілісекунди, що говорить про те, що частота мультивібратора лежатиме в звуковому діапазоні сотень герц. Частота підвищується зі збільшенням напруги живлення та зменшенні номіналів Rl, С1 та R2, С2.
Описаний генератор дуже невибагливий: у ньому можна використовувати практично будь-які транзистори та змінювати номінали елементів у широких межах. До його виходів можна підключати високоомні телефони, щоб почути звукові коливання, або навіть гучномовець - динамічну голівку з понижувальним трансформатором, наприклад, абонентський трансляційний гучномовець. Так можна організувати, наприклад, звуковий генератор вивчення азбуки Морзе. Телеграфний ключ ставлять у ланцюзі живлення, послідовно з батареєю.
Оскільки два протифазні виходи мультивібратора в радіоаматорській практиці потрібні рідко, автор задався метою сконструювати простіший і економічніший генератор, що містить менше елементів. Те, що вийшло, показано на малюнку. Тут використано два транзистори з різними типами провідності - п-р-п та р-n-р. Відкриваються вони одночасно, колекторний струм першого транзистора є струмом бази другого.
Разом транзистори утворюють двокаскадний підсилювач, охоплений ПОС через ланцюжок R2,C1. Коли транзистори замикаються, напруга на колекторі VT2 (вихід 1) падає до нуля, це падіння передається через ланцюжок ПОС на базу VT1 і повністю його замикає. Коли конденсатор С1 зарядиться до приблизно 0,5 на лівій обкладці, транзистор VT1 відкриється, через нього потече струм, викликаючи ще більший струм транзистора VT2; напруга на виході почне зростати. Це зростання передається на базу VT1, викликаючи ще більше його відкриття. Відбувається вищеописаний лавиноподібний процес, що повністю відмикає обидва транзистори. Через деякий час, необхідне для перезарядки С1, транзистор VT1 призакриется, оскільки струм через резистор великого номіналу R1 недостатній для його повного відкривання, і лавиноподібний процес розвинеться у зворотному напрямку.
Скважність імпульсів, що генеруються, тобто співвідношення тривалостей імпульсу і паузи, регулюється підбором резисторів R1 і R2, а частота коливань - підбором ємності С1. Стійкої генерації при вибраній напрузі живлення домагаються підбором резистора R5. Їм же у деяких межах можна регулювати вихідну напругу. Так, наприклад, при зазначених на схемі номіналах і напрузі живлення 2,5 В (два дискових лужних акумулятора) частота генерації склала 1 кГц, а вихідна напруга - рівно 1 В. Струм вийшов близько 0,2 мА, що говорить про дуже висока економічність генератора.
Навантаження генератора R3, R4 виконана у вигляді дільника на 10, щоб можна було знімати і меншу напругу сигналу, в даному випадку 0,1 В. Ще менша напруга (регульована) знімається з двигуна змінного резистора R4. Це регулювання може бути корисним, якщо потрібно визначити або порівняти чутливість телефонів, перевірити високочутливий УНЧ, подавши малий сигнал на його вхід, і так далі. Якщо таких завдань не ставиться, резистор R4 можна замінити постійним або зробити ще одну ланку дільника (0,01 В), додавши знизу ще резистор номіналом 27 Ом.
Сигнал прямокутної форми з крутими фронтами містить широкий спектр частот - крім основної частоти F, ще її непарні гармоніки 3F, 5F, 7F і так далі, аж до радіочастотного діапазону. Тому генератором можна перевіряти як звукову апаратуру, а й радіоприймачі. Звичайно, амплітуда гармонік зменшується зі зростанням їх частоти, але досить чутливий приймач дозволяє прослуховувати їх у всьому діапазоні довгих та середніх хвиль.
Є кільцем з двох інверторів. Функції першого їх виконує транзистор VT2, на вході якого включений емітерний повторювач на транзисторі VT1. Це зроблено підвищення вхідного опору першого інвертора, завдяки чому з'являється можливість генерації низьких частот при відносно невеликої ємності конденсатора С7. На виході генератора включений елемент DD1.2, що виконує роль буферного елемента, що покращує узгодження виходу генератора з випробуваним ланцюгом.
Послідовно з конденсатором (потрібна величина ємності підбирається перемикачем SA1) включений резистор R1, зміною опору якого регулюється вихідна частота генератора. Для регулювання шпаруватості вихідного сигналу (відносини періоду імпульсу до його тривалості) у схему введено резистор R2.
Пристрій генерує імпульси позитивної полярності частотою 0,1 Гц ... 1 МГц і шпаруватістю 2 ... 500. Частотний діапазон генератора розбитий на 7 піддіапазонів: 0,1 ... 1, 1. ...1000 Гц та 1...10, 10...100, 100...1000 кГц, які встановлюються перемикачем SA1.
У схемі можна використовувати кремнієві малопотужні транзистори з коефіцієнтом посилення не менше 50 (наприклад, КТ312, КТ342 тощо), інтегральні схеми К155ЛНЗ, К155ЛН5.
Генератор прямокутних імпульсів на мікроконтролері на цій схемі буде відмінним поповненням у вашу домашню вимірювальну лабораторію.
Особливістю цієї схеми генератора є фіксоване число частот, а точніше 31. І його можна застосовувати в різних цифрових схемотехнічних рішеннях, де потрібно змінювати частоти генератора автоматично або п'ятьма перемикачами.
Вибір тієї чи іншої частоти здійснюється за допомогою посилки п'ятирозрядного двійкового коду на вході мікроконтролера.
Схема зібрана на одному з найпоширенішого мікроконтролера Attiny2313. Дільник частоти з регульованим коефіцієнтом розподілу побудований програмно, використовуючи частоту кварцового генератора як опорної.
Генератори імпульсів призначені для отримання імпульсів певної форми та тривалості. Вони використовуються в багатьох схемах та пристроях. А також їх використовують у вимірювальній техніці для налагодження та ремонту різних цифрових пристроїв. Прямокутні імпульси відмінно підійдуть для перевірки працездатності цифрових схем, а трикутної форми можуть стати в нагоді для свіп-генераторів або генераторів частоти, що коливається.
Генератор формує одиночний імпульс прямокутної форми натисканням на кнопку. Схема зібрана на логічних елементах в основі якої звичайний RS-тригер, завдяки йому також виключається можливість проникнення імпульсів брязкальця контактів кнопки на лічильник.
У положенні контактів кнопки, як показано на схемі, на першому виході буде напруга високого рівня, а на другому виході низького рівня або логічного нуля при натиснутій кнопці стан тригера зміниться на протилежне. Цей генератор чудово підійде для перевірки роботи різних лічильників.
У цій схемі формується одиночний імпульс, тривалість якого залежить від тривалості вхідного імпульсу. Використовується такий генератор у найрізноманітніших варіантах: для імітації вхідних сигналів цифрових пристроїв, при перевірці працездатності схем на основі цифрових мікросхем, необхідності подачі на якийсь пристрій, що тестується, певної кількості імпульсів з візуальним контролем процесів і т. д.
Як тільки живлення схеми включають конденсатор С1 починає заряджається і реле спрацьовує, розмикаючи своїми фронтовими контактами ланцюг джерела живлення, але реле відключиться не відразу, а з затримкою, так як через його обмотку буде протікати струм розряду конденсатора С1. Коли тилові контакти реле знову замкнуться, розпочнеться новий цикл. Частота перемикання електромагнітного реле залежить від ємності конденсатора С1 та резистора R1.
Використовувати майже будь-яке реле, я взяв . Такий генератор можна використовувати, наприклад, для перемикання ялинкових гірлянд та інших ефектів. Мінусом цієї схеми є застосування конденсатора великої ємності.
Інша схема генератора на реле, з принципом роботи аналогічною попередньою схемою, але на відміну від неї, частота прямування дорівнює 1 Гц при меншій ємності конденсатора. У момент увімкнення генератора конденсатор С1 починає заряджатися, потім відкривається стабілітрон і спрацює реле К1. Конденсатор починає розряджатися через резистор та складовий транзистор. Через невеликий проміжок часу реле вимикається та починається новий цикл роботи генератора.
У генераторі імпульсів, на малюнку А, застосовані три логічні елементи І-НЕ та уніполярний транзистор VT1. Залежно від значень конденсатора С1 та резисторів R2 та R3 на виході 8 генеруються імпульси з частотою 0,1 - до 1 МГц. Такий величезний діапазон пояснюється застосуванням у схемі польового транзистора, що дало можливість використовувати мегаомні резистори R2 та R3. З їх допомогою можна змінювати також змінювати шпаруватість імпульсів: резистором R2 задається тривалість високого рівня, а R3 - тривалість напруги низького рівня.
VT1 можна взяти будь-який із серій КП302, КП303. - К155ЛА3.
На останньому малюнку розглянуто схему генератора імпульсів в якій закладено можливість регулювання шпаруватості. Для тих, хто забув, нагадаємо. Добре імпульсів це відношення періоду прямування (Т) до тривалості (t):
Добре на виході схеми можна задати від 1 до декількох тисяч, за допомогою резистора R1. Транзистор, що працює в ключовому режимі, призначений для посилення імпульсів за потужністю.
Якщо є необхідність високостабільного генератора імпульсів, необхідно використовувати кварц на відповідну частоту.
Схема генератора показана на малюнку здатна виробляти імпульси прямокутної та пилкоподібної форми. Задає генератор виконаний на логічних елементах DD 1.1-DD1.3 цифрової мікросхеми К561ЛН2. Резистор R2 у парі з конденсатором С2 утворюють диференціюючий ланцюг, який на виході DD1.5 генерує короткі імпульси тривалістю 1 мкс. На польовому транзисторі та резистори R4 зібраний регульований стабілізатор струму. З його виходу тече струм, що заряджає конденсатор С3 і напруга на ньому лінійно збільшується. У момент надходження короткого позитивного імпульсу транзистор VT1 відкривається, а конденсатор СЗ розряджається. Тим самим формуючи пилкоподібну напругу на його обкладках. Змінним резистором можна регулювати струм заряду конденсатора та крутизну імпульсу пилкоподібної напруги, а також його амплітуду.
Варіант схеми генератора на двох операційних підсилювачахСхема побудована із використанням двох ОУ типу LM741. Перший ОУ використовується для генерації прямокутної форми, а другий генерує трикутну. Схема генератора побудована таким чином:
У першому LM741 на вхід, що інвертує, з виходу підсилювача підключена зворотний зв'язок (ОС) виконана на резисторі R1 і конденсаторі C2, а на неінвертуючий вхід також йде ОС, але вже через дільник напруги, на базі резисторів R2 і R5. Вихідний першого ОУ безпосередньо пов'язаний з входом другого LM741, що інвертує, через опір R4. Цей другий ОУ разом із R4 і C1 утворюють схему інтегратора. Його неінвертуючий вхід заземлений. На обидва ОУ подаються напруги живлення +Vcc і -Vee, як завжди на сьомий та четвертий висновки.
Працює схема в такий спосіб. Припустимо, спочатку на виході U1 є +Vcc. Тоді ємність З2 починає заряджатися через резистор R1. У певний момент часу напруга на С2 перевищить рівень на вході, що не інвертує, що розраховується за формулою нижче:
V 1 = (R 2 / (R 2 +R 5)) × V o = (10 / 20) × V o = 0.5 × V o
Вихідний сигнал V 1 стане -Vee. Так, конденсатор починає розряджатися через резистор R1. Коли напруга на ємності стане меншою за напругу, що визначається формулою, вихідний сигнал знову буде + Vcc. Таким чином, цикл повторюється, і завдяки цьому генеруються імпульси прямокутної форми з періодом часу, що визначається RC-ланцюжком, що складається з опору R1 і конденсатора C2. Ці утворення прямокутної форми також є вхідними сигналами для схеми інтегратора, який перетворює їх на трикутну форму. Коли вихід ОУ U1 дорівнює +Vcc, ємність С1 заряджається до максимального рівня і дає позитивний схил трикутника, що сходить, на виході ОУ U2. І, відповідно, якщо на виході першого ОУ є -Vee, то буде формуватися негативний, низхідний схил. Тобто ми отримуємо трикутну хвилю на виході другого ОУ.
Генератор імпульсів на першій схемі побудований на мікросхемі TL494, відмінно підходить для налагодження будь-яких електронних схем. Особливість цієї схеми полягає в тому, що амплітуда вихідних імпульсів може дорівнювати напрузі живлення схеми, а мікросхема здатна працювати аж до 41 В, адже не просто так її можна знайти в блоках живлення персональних комп'ютерів.
Розведення друкованої плати можна завантажити за посиланням вище.
Частоту проходження імпульсів можна змінювати перемикачем S2 і змінним резистором RV1, для регулювання шпару використовується резистор RV2. Перемикач SA1 призначений для зміни режимів роботи генератора з синфазного на протифазний. Резистор R3 повинен перекривати діапазон частот, а діапазон регулювання шпаруватості регулюється підбором R1, R2
Конденсатори С1-4 від 1000 пФ до 10 мкф. Транзистори будь-які високочастотні КТ972
Добірка схем та конструкцій генераторів прямокутних імпульсів. Амплітуда сигналу, що генерується, в таких генераторах дуже стабільна і близька до напруги живлення. Але форма коливань дуже далека від синусоїдальної – сигнал виходить імпульсним, причому тривалість імпульсів та пауз між ними легко регулюється. Імпульсам легко надати вигляду меандру, коли тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи між ними.
Формує потужні короткі одиночні імпульси, які встановлюють на вході чи виході будь-якого цифрового елемента логічний рівень, протилежний наявному. Тривалість імпульсу обрана такою, щоб не вивести з ладу елемент, вихід якого підключений до випробуваного входу. Це дозволяє не порушувати електричного зв'язку випробуваного елемента з іншими.
В електронній техніці широко застосовуються пристрої, форма вихідної напруги яких різко відрізняється від синусоїдальної. Такі коливання називають релаксаційними, мультивібратор є різновидом одного з релаксаційних генераторів. Мультивібратор (від латинських слів multim- багато і vibro- коливання) - релаксаційний генератор імпульсів прямокутної форми, виконаний у вигляді підсилювального пристрою з ланцюгом позитивного зворотного зв'язку (ПОС).
Генератори імпульсних сигналів можуть працювати в одному з трьох режимів: автоколивального, чекаючого або синхронізації.
В авто коливальному режимі генератори безперервно формують імпульсні сигнали без зовнішнього впливу. У режимі очікування генератори формують імпульсний сигнал по приходу зовнішнього (запускає) імпульсу. У режимі синхронізації генератори виробляють імпульси напруги, частота яких дорівнює або кратна частоті сигналу, що синхронізує.
Сутність роботи мультивібратора - перемикання енергії конденсатора Cіз заряду на розряд, від джерела живлення до резистори R. Це перемикання здійснюється за допомогою електронних ключів.
Мультивібратор можна побудувати на базі біполярних та польових транзисторів, операційних підсилювачів, таймерів, виконаних у вигляді інтегральних мікросхем, потенційних логічних елементів чи спеціалізованих інтегральних мікросхем. Останній варіант набуває все більшого поширення.
Генератори імпульсів на операційних підсилювачахНа рис. 16.7 показаний класичний релаксаційний RЗ-генератор. Працює він таким чином: припустимо, що коли вперше прикладається напруга, вихідний сигнал ОУ виходить на позитивне насичення (як це станеться - неважливо). Конденсатор починає заряджатися до напруги UВХ ВИКЛ з постійним часом, що дорівнює τ = RC.Коли напруга конденсатора досягне напруги UВХ ВИКЛ R 1 / (R 1 + R 2 ), ОУ переключається в стан негативного насичення (він включений як тригер Шмітта) і конденсатор починає розряджатися до UВХ ВКЛ R 1 /(R 1 + R 2 ), з тієї ж постійної часу. Цикл повторюється з періодом, що не залежить від напруги живлення (рис. 16.8): T = У разі використання замість резистора Rдвох різних резисторів та діодів можна побудувати несиметричний мультивібратор (рис.16.9), у якого тривалості позитивного та негативного імпульсів не збігаються.
Різна тривалість позитивного та негативного імпульсів забезпечується різними постійними часами перезаряду ємностей. τ 1і τ 2: τ 1 = R 3 C; та τ 2 =R 4 C. (16.8)
Мал. 16.7. Генератор прямокутних імпульсів на ОУ
Рис.16.8. Тимчасові діаграми роботи генератора
Функціональні генераториякі одночасно виробляють коливання різних видів: прямокутні, трикутні, синусоїдальні, можна реалізувати на ОУ. Генерація змінної напруги трикутної форми здійснюється за простою схемою за допомогою інтегратора та тригера Шмітта. У свою чергу, використовуючи простий блок формування синусоїдальної функції (наприклад, фільтр нижніх частот) з трикутної напруги можна отримати синусоїдальну. Структурну схему такого генератора зображено на малюнок 16.10.
Мал. 16.11. Принципова схема функціонального генератора
Амплітуда трикутної напруги залежить тільки від встановлення рівня спрацьовування тригера Шмітта та складає
U D = Uмакс (16.9)
де Uмакс-межа насичення операційного підсилювача DA1. Період коливань дорівнює подвоєному часу, який необхідний інтегратору, щоб його вихідна напруга змінювалася від до. Звідси випливає: Т = 4RCТаким чином, частота напруги, що формується, не залежить від рівня межі насичення Uмакс операційного підсилювача.
Одновібратор - це мультивібратор в режимі очікування. Виходячи з функціональних ознак, одновібратору часто привласнюють і інші назви: спускова система, загальмований мультивібратор, однотактний релаксатор та ін. .
Формування імпульсу прямокутної форми здійснюється одновібратором після надходження імпульсу, що запускає, який переводить одновібратор зі стійкого стану в тимчасово стійке. Момент закінчення тимчасово стійкого стану визначається ланцюжком, що задає час. Змінюючи постійну часу ланцюжка (плавно чи стрибком), можна регулювати тривалість вихідних імпульсів у межах. Тому одновібратори широко застосовуються для формування прямокутних імпульсів заданої тривалості та амплітуди та для затримки імпульсів на заданий час.
Одновібратор може бути отриманий з автоколивального мультивібратора, якщо його примусово замкнути в одному з тимчасово стійких станів, перетворивши його на стійке (рис. 16.12).
У схему введені діод VD2, що здійснює режим очікування і ланцюг запуску на елементах С1, R3, VD1. Схема має один стійкий стан, коли напруга на виході дорівнює негативному напрузі насичення ОУ U-.
У вихідному стані (на виході U-) діод VD2 відкритий, напруга на вході, що інвертує UІ приблизно дорівнює нулю, а напруга на неінвертуючому вході UН = U- R2 / (R1 + R2), UН - UІ< 0, UВЫХ = U- .Диод VD1, подключенный к неинвертирующему входу, заперт. В момент времени t1 (рис. 16.13) входной сигнал открывает этот диод, на неинвертирующий вход подается положительный сигнал, (на инвертирующем входе остается нулевой сигнал), на выходе ОУ появляется положительной напряжение. После этого начинается заряд конденсатора C. Когда напряжение на нем становится больше напряжения UН = U+ R2 / (R1 + R2), дифференциальный сигнал UН - UИ становится отрицательным и ОУ возвращается в исходное устойчивое состояние. Очередной запускающий импульс можно подавать только после момента времени t3.
Рис.16.12. Принципова схема одновібратора
Рис.16.13. Тимчасові діаграми роботи одновібратора
Прямокутні імпульси, що мають широкий діапазон частот і шпаруватості, можуть бути отримані за допомогою операційного підсилювача uA741.
Схема такого генератора прямокутних імпульсів наведена нижче.
На схемі конденсатор С1 і R1 утворює ланцюг, що задає. Резистори R2 і R3 утворюють дільник напруги, який подає фіксовану частину вихідної напруги на не інвертує висновок ОУ як опорну напругу.
Генератор прямокутних імпульсів із регульованою частотою. Опис роботи
Спочатку напруга на конденсаторі С1 дорівнюватиме нулю, а вихід операційного підсилювача буде високим. Внаслідок цього конденсатор C1 починає заряджатися від позитивної напруги через потенціометр R1.
Коли конденсатор C1 зарядиться до рівня, при якому напруга на виводі інвертує операційного підсилювача стане вище напруги на не інвертує, вихід операційного підсилювача переключитися на негативний.
При цьому конденсатор швидко розрядиться через R1, а потім починає заряджатися негативним полюсом. Коли С1 зарядитися від негативної напруги, так що напруга на виведенні, що інвертує, буде більш негативний, ніж на не інвертує, вихід підсилювача переключитися на позитивний.
Тепер конденсатор швидко розряджається через R1 і починає заряджатися від позитивного полюса. Цей цикл повторюватиметься нескінченно, і його результатом буде безперервний меандр на виході амплітудою від + Vcc до -Vcc.
Період коливання генератора прямокутних імпульсів може бути виражений за допомогою наступного рівняння:
Як правило, опір R3 роблять рівним R2. Тоді рівняння для періоду може бути спрощене:
Т = 2.1976R1C1
Частота може бути визначена за формулою: F = 1/T
Тепер трохи про операційний підсилювач uA741
Операційний підсилювач uA741 є дуже популярною мікросхемою, яка може бути використана у багатьох схемах.
ОУ LM741 випускається у 8 контактному пластиковому корпусі DIP, що містить один підсилювач.
Операційний підсилювач uA741 може застосовуватись у різних електронних схемах, таких як: диференціатор, інтегратор, суматор, вичитувач, диференціальний підсилювач, підсилювач, генератор частоти і т.д.
Хоча uA741, як правило, працює від двополярного джерела живлення, але він також з успіхом може працювати і від однополярного.
Призначення висновків uA741 показано на малюнку:
Діапазон напруги живлення uA741 становить від +/- 5 до +/- 18 вольт.
Номер контакту 1 та 5 призначений для налаштування нульового зміщення. Це може бути зроблено шляхом підключення змінного резистора до контактів 10K до контактів 1 і 2, а двигун резистора до контакту 4.
Максимальна потужність розсіювання uA741 складає 500 мВт.
