Генераторы прямоугольных импульсов на специализированных ИС

Помимо операционных усилителей для реализации генераторов прямоугольных импульсов используют специализированные микросхемы – таймеры. Таймерами называют устройства, предназначенные для получения точных интервалов времени. Такие устройства реализуют в настоящее время, как на биполярных, так и на МОП-транзисторах. Упрощенная схема таймера КР1006ВИ1 (зарубежный аналог – NE555) показана на рис. 10. Цепь на рис. 10 содержит два компаратора, RS-триггер, транзистор VT, работающий в ключевом режиме.

Рисунок 10 – Упрощенная схема таймера КР1006ВИ1 (зарубежный аналог – NE555)

Делитель напряжения, образованный тремя одинаковыми резисторами, формирует опорные напряжения для компараторов.

Микросхема таймера имеет восемь выводов. Цифрами на рис. 10 обозначены: 1 – общий; 5 – порог;

2 – вход 2; 6 – вход 1;

3 – выход; 7 – разряд.

Напряжение питания может изменяться в широких пределах (от 4.5 до 16 В). Пороговое напряжение компаратора А1 U₀₁= 2 /3 E_пит. Пороговое напряжение второго компаратора U₀₂= 1 /3 E_пит

Неинвертирующий вход компаратора А1 является пороговым входом таймера. На инвертирующий вход компаратора А2 подается сигнал, управляющий запуском RS-триггера. Схема мультивибратора на основе таймера показана на рис. 11.

Рисунок 11 – Схема мультивибратора на основе таймера

Конденсатор С заряжается через цепочку RA , RB до напряжения, равного U₀₁= 2/3 E_пит. В этот момент срабатывает компаратор А1 и RS-триггер переводит транзистор VT в режим насыщения. Конденсатор разряжается через резистор Rв . Когда напряжение конденсатора достигает значения 1/3 E_пит, компаратор А2 переключает триггер и транзистор переходит в режим отсечки. Конденсатор вновь начинает заряжаться. Таким образом, таймер в схеме на рис. 11 используется как ключ, управляемый напряжением. Процессы заряда и разряда конденсатора периодически повторяются. При этом на выходе формируются импульсы с временными интервалами t1 0.69(RA + RB )C и t2 0.69RBC. Период повторения импульсов T 0.69(RA + 2RB )C . Временные диаграммы напряжений u С(t) и uвых (t) показаны на рис. 12.

Рисунок 12 – Временные диаграммы напряжений u С(t) и uвых (t)

Величину S = T/ t₁ называют скважностью импульсной последовательности. Скважность импульсов на выходе рассматриваемого мультивибратора

Из последнего равенства следует, что скважность импульсов, генерируемых схемой на рис. 12, не превышает двух.

Мультивибраторы на основе интегральных таймеров обеспечивают высокую стабильность частоты повторения импульсов. Это объясняется тем, что длительность временных интервалов задает внешняя цепь С – R_A – R_B , параметры которой не зависят от напряжения источника питания и слабо зависят от температуры. На основе интегральных таймеров можно реализовать и другие устройства, например, ждущие мультивибраторы, преобразователи напряжение – частота.

Выводы

1. Периодические колебания, наблюдаемые в генераторе, обусловлены не внешними воздействиями, а свойствами устройства. Такие колебания, возникающие самостоятельно, в отсутствие внешних воздействий, называют автоколебаниями.

2. Генераторы гармонических колебаний классифицируют по виду используемых частотно-избирательных цепей.

3. Для получения колебаний низких частот (менее 10 кГц) используют RC-генераторы. В качестве цепей обратной связи применяют многозвенные RC-цепи, мост Вина – Робинсона.

4. Генераторы, предназначенные для получения колебаний прямоугольной формы, называют мультивибраторами.