Не так давно мне потребовалось собрать генератор прямоугольных импульсов со сравнительно мощным выходом и плавным ручным регулированием частоты и скважности. Имея некоторый опыт, я сразу решил, что основой генератора должна стать микросхема-таймер NE555 (КР1006ВИ1). Её выпускают не один десяток лет, она дёшева, надежна, имеет отличные характеристики и легко согласуется с логическими микросхемами структуры КМОП и ТТЛ. Напряжение питания таймера может лежать в пределах от 5 до 15 В, а выход выдерживает ток нагрузки до 200 мА.
К сожалению, поиск в Интернете подходящей схемы генератора не дал результата. Все найденные страдали одним и тем же недостатком - при изменении частоты менялась и скважность выходных импульсов. Или же регулировка скважности плавная, а частота - ступенчатая, с помощью переключателя. В результате нужный генератор был разработан самостоятельно.
Как известно, в таймере NE555 имеются два компаратора напряжения. Порог срабатывания одного из них (условно верхнего) без подключения дополнительных резисторов равен 2/3 напряжения питания, а второго (нижнего) - в два раза меньше. Напряжение на времязадающем конденсаторе при работе генератора колеблется между этими порогами. Для изменения скважности известен классический приём - подать напряжение с выхода микросхемы через разнонаправленные диоды на крайние выводы переменного резистора, регулирующего скважность, а его движок соединить с времязадающим конденсатором. При такой регулировке частота импульсов не изменяется, так как сумма сопротивлений резисторов, через которые заряжается и разряжается конденсатор, остаётся постоянной.
Но как плавно регулировать частоту, не изменяя скважность? Я решил делать это, управляя разностью порогов срабатывания компараторов. Чем она меньше, тем меньше при прочих равных условиях уходит времени на перезарядку конденсатора от одного порога до другого и обратно, тем выше становится частота импульсов.
В микросхеме NE555 верхнее пороговое напряжение выведено на вывод 5, а для нижнего внешний вывод, к сожалению, не предусмотрен. Если подключить между выводом 5 и общим проводом переменный резистор, он будет одновременно регулировать оба порособрать генератор прямоугольных импульсов со сравнительно мощным выходом и плавным ручным регулированием частоты и скважности. Имея некоторый опыт, я сразу решил, что основой генератора должна стать микросхема-таймер NE555 (КР1006ВИ1). Её выпускают не один десяток лет, она дё-
Га. Однако нижний останется равным половине верхнего, "отдаляясь" от плюса напряжения питания генератора медленнее, чем верхний порог "приближается" к его минусу. Это сказывается на относительной скорости нарастания и спада напряжения на конденсаторе и приводит к изменению скважности импульсов при регулировке частоты.
Проблему удаётся решить, собрав генератор по схеме, изображённой на рисунке. Здесь внутренний нижний компаратор таймера DA2 заменён внешним, собранным на отдельной микросхеме DA1. Его неинвертирую-щий вход соединён с времязадающим конденсатором С1, а к инвертирующему входу подключён делитель напряжения из резисторов R2, R3, R6-R8, задающий порог срабатывания. При разомкнутой цепи переменного резистора R7 или при его очень большом сопротивлении порог срабатывания компаратора DA1 точно такой же, как у отключённого внутреннего компаратора таймера DA2 - 1/3 напряжения питания. Этого равенства добиваются подстроенным резистором R3. Уменьшая сопротивление переменного резистора R7, симметрично относительно половины напряжения питания сближают пороги верхнего компаратора таймера DA2 и внешнего компаратора DA1. В результате частота импульсов растёт, а их скважность, установленная переменным резистором R4, остаётся неизменной.
Нужно сказать, что в первом варианте генератора, схему которого я опубликовал на форуме интернет-портала KAZUS.RU http://kazus.ru/forums/ showthread.php?t=94852, резистор R6 отсутствует. Но, как выяснилось, без него не удаётся добиться полной симметрии порогов, мешает имеющийся внутри таймера соединённый с его выводом 5 делитель напряжения, формирующий из верхнего порога нижний. Резистор R6, сопротивление которого равно сумме сопротивлений резисторов этого делителя, компенсирует его влияние, делая симметричной полную схему формирования порогов.
Субъективно качество балансировки можно оценить, подключив между выводом 3 таймера и общим проводом вольтметр постоянного напряжения. Его показания должны зависеть только от положения переменного резистора R4. При регулировке частоты переменным резистором R7 они изменяться не должны. Этого добиваются с помощью подстроенного резистора R3. Если частота импульсов настолько низка, что стрелка вольтметра колеблется им в такт, следует подключить вольтметр к таймеру через интегрирующую RC-цепь с достаточно большой постоянной времени или временно повысить частоту импульсов, установив конденсатор С1 меньшей ёмкости.
При указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания 15 В переменный резистор R7 регулирует частоту импульсов приблизительно от 50 до 830 Гц. Однако снижение напряжения питания до 5 В ведёт к уменьшению частоты почти в два раза. В связи с этим желательно питать генератор стабилизированным напряжением.
Нагрузочная способность выхода таймера NE555 позволяет напрямую управлять довольно мощными исполнительными устройствами и ключевыми элементами. Это обстоятельство, а также возможность независимого регулирования частоты и скважности может обусловить широкий спектр применения генератора.
Дата публикации: 05.10.2012
Мнения читателей
- Андрей
/ 08.06.2017 - 22:13
Две микросхемы - уже увеличение габаритов устройства - Михаил
/ 20.03.2016 - 21:58
2 - инверсный выход, полагаю... - Александр
/ 20.10.2014 - 20:47
Люди добые допомогите хто чем может: частота нужна до 5 МегаГерц на генераторе прямоугольных импульсов минимальной длительности регулируемой скважности, для управления транзисторным ключём. Дома горы металолома и не знаю что куда и для чего, но радимантажник. Может на транзисторах можно сделать. - Следопыт.
/ 12.10.2014 - 14:42
Тоже нужен ген.пр.имп. Пол интернета перевернул, изготовил по рекомендуемым схемам три ген. и ничего путнего из них не выдавил, получаю на выходе, самое лучшее трапецию со скругленными углами, либо узор отдаленно напоминающий ее. Схемы я конечно читаю, но в электронике не совсем силен. Но когда смотрю на подобные схемы появляется мысль, что их выкладывают на форум вообще дилетанты. Думаю придется обратить внимание на более сложные схемы. - владимир
/ 14.04.2014 - 09:34
в80годы была публикация цыфрового фильтра построенного наттл логике к155ла3 суть втом что любая частота есть опроксимация длительности имея двапараметра длительности можно фиксировать скважность меняя эти параметры можно управлять скважностью причем изменение частоты не приводитк изменению скважности схема состоит из двух корпусов ла 3 и ви1 как задающий гениратор с уважением ко всем кто творит внастоящее время работаю над темой влияние низких потенциалов на рост растений вчасности картофеля за 20 дней урожай 300килограм с1кв метра в теплице яживу вказахстане 87013535332 звоните - алексей
/ 25.02.2014 - 15:20
мое мнение, если бы открытие нижнего компаратора происходило быстрей или медленней тогда бы при обычном запуске таймера импульсы были бы уже не симметричны, а такого же не происходит. я собирал данный девайс который на сайте,но увы он близко не рабочий. на частое 400 герц при регулировки скважности частота уходит на 100 герц вверх или вниз. проверено на мультиметре и на осциллографе. - Алексей
/ 20.02.2014 - 20:09
собрал данный генератор. ничего подобного что скважность независимая с частотой. при регулировки скважности частота разъезжаетсяесли частота 500 герц то она уезжает на 100 . или этонормально? - Алекс
/ 10.01.2013 - 00:21
"К сожалению, поиск в Интернете подходящей схемы генератора не дал результата. Все найденные страдали одним и тем же недостатком - при изменении частоты менялась и скважность выходных импульсов." "Но как плавно регулировать частоту, не изменяя скважность?" (скорее всего на высоких частотах?) а меня наоборот проблемка - меняешь скважность - идут изменения в частоте (один резистор через два встречных диода на 55 микрухе) в пределах нескольких десятков герц Например, при меандре - 8Гц, ползунок влево - 18Гц, вправо - 25Гц.... В данной схеме такая проблема решена? СПСБ. - Олег
/ 01.11.2012 - 13:42
Не работает. При регулировке скважности частота "уходит", или может так и было задумано?. И зачем "Выход 2" ?
На просторах интернета очень много схем посвящено данной тематике и подобным конструкциям. Как правило они не лишены одного своего серьёзного недостатка: все они не имеют системы защиты от обратного напряжения. В большинстве случаев это приводит к печальным последствиям: выгоранию выходных транзисторов и пробою таймера NE555.
Испытывая одну из подобных конструкций я сам спалил пару микросхем NE555 и несколько выходных ключей. Тогда и возникла идея доработки данной схемы и добавления простейшей, но надежной защиты. После проведённой доработки больше при работе не возникало никаких проблем и не сгорело ни одного элемента. Итак, рассмотрим работу устройства подробнее.
Основу данной схемы составляет генератор прямоугольных импульсов на интегральном таймере NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Частота генератора задаётся цепочкой R1-R2-C1. При данных номиналах частота генератора составляет приблизительно 30 килогерц. С выхода генератора через токоограничительный резистор R3 выходной сигнал поступает на вход составного транзистора Т1-Т2. В коллектор транзистора Т2 включена первичная обмотка повышающего выходного трансформатора. Диод VD1 служит для защиты устройства от броска обратного напряжения при закрытии транзистора. Супрессорный диод VD2 защищает транзистор Т2 от пробоя и выбирается по максимальному напряжению коллектор-эмиттер Т2. Супрессорный диод VD3 защищает микросхему DD1 от пробоя. Так как максимальное напряжение питания микросхемы составляет 15 вольт, супрессорный диод следует выбрать на напряжение открывания не более этого значения (или немного превышающим). При работе на вторичной обмотке трансформатора напряжение приблизительно 5-6 киловольт. Это напряжение поступает на вход умножителя УН-9/27. С выхода данного умножителя и снимается высокое напряжение.
Таким образом доработка схемы заключается в установке диода VD1 и супрессорных диодов VD2 и VD3. Несмотря на всю простоту защиты, она дала отличные результаты и надёжную защиту схемы от бросков обратного напряжения.
Следует отметить интересный факт, что генератор собранный по данной схеме имеет так называемый электронный ветер - поток отрицательно заряженных электронов у высоковольтного провода. Его можно обнаружить по холодку при приближении руки к высоковольтному проводу. Поэтому данная схема и используется очень часто при построении ионизаторов воздуха. Кроме того замечен ещё один интересный факт: высокое напряжение с данной установки способно растекаться по поверхности диэлектрических материалов (стеклу, дереву, бумаге, фарфору, пластмассе...), электризует вокруг себя лежащую бумагу (до того что при проведении рукой по газете, лежащей рядом с установкой по ней пробегают искры). Ни с одной другой схемой (без умножителя, то есть с переменным напряжением на выходе) таких эффектов не было обнаружено.
Внимание!!! Не проводите подобные опыты не имея достаточного опыта!!! Соблюдайте строго технику безопасности! Запомните: Электрический ток - это хороший слуга, но плохой хозяин!!!
Применяемые детали:
DD1 - NE555 (КР1006ВИ1)
VD2 - 1.5КЕ100СА
VD3 - 1.5КЕ18СА
C1 - 0.01 мкФ
C2 - 0.01 мкФ
Т2 - КТ8101А (С радиатором)
Трансформатор Tr1 - это переделанный строчный трансформатор от старого лампового телевизора. Для его переделки снимаем первичную обмотку и мотаем свою. Первичная обмотка содержит 8 витков провода ПЭЛ-1.5. Вторичная обмотка (высоковольтная, залитая пластмассой) остается штатной, после чего трансформатор собирается. При сборке следует между половинок сердечника следует сделать зазор около 1 мм из тонкого гетинакса или стеклотекстолита.
А теперь несколько фото с испытания:
28-02-2007
Принципиальная электрическая схема генератора прямоугольных импульсов показана на рисунке. Используя ШИМ-регулятор KA7500В (TL494 немного хуже, так как нет 100% регулировки ШИМ), можно изготовить неплохой генератор прямоугольных импульсов (20 Гц...200 кГц) с регулировкой скважности 0...100%. При этом можно использовать две независимых схемы коммутации с применением схемы с общим эмиттером или общим коллектором (до 250 мА и 32 В), или параллельное включение (до 500 мА). Если вывод 13 переключить с "земляного" на 14-й (стабилизированное 5 В), то выходы будут включаться попеременно.
Согласно документации, КА7500В должна работать при напряжении от 7 до 42 В и токе на каждом выходе до 250 мА. Однако у автора при напряжении выше 35 В микросхемы "стреляли". По току микросхемы на верхних пределах не проверялись из-за боязни сжечь их. Имевшиеся экземпляры микросхем работали и в диапазоне частот от долей герц до 500...1000 кГц (в верхнем диапазоне ШИМ, естественно, хуже из-за увеличения общей доли времени на переключение компараторов и выходных ключей).
Сопротивление резистора на входе генератора должно быть в пределах от 1 кОм до 100 МОм, но изменение частоты нелинейное. А вот изменение частоты от емкости на входе линейное, по крайней мере, до 10 мкФ большие значения автор не пробовал). Точность установки или больший диапазон (от долей герц до 500...1000 кГц) можно расширить, применив большее количество диапазонов.
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться . |
- LEAS Спасибо! Уже разобрался. Была под рукой 7805, сваял регулируемый стабилизатор 5-13v. Все работает, все регулируется, амплитуда тоже:))). Кстати на 5 вольтах вроде нормально работает, хотя по даташиту 7v. А 32 v выбрано потому, что, по словам автора " при напряжении выше 35 В микросхемы "стреляли" ". Я вот только сомневаюсь на счет 250ма, хотя по даташиту именно так. Я сделал выходы в параллель. По идее должно быть 500ма, а получается, что я по выходу пару светодиодов цепляю (нагрузочку) у них потребление 20ма при напряжении питания всей схемы 12v, амплитуда сигнала сразу падает до 6v. А ток как-то еще можно увеличить? И как это грамотно сделать?
- У тебя же выходной каскад-открытый коллектор. Выходной ток определяется резистором 1к по схеме, идущими на 8,11 ножки. Соответственно максимум тока, протекающего через цепь +Пит->1000 ом->транзистор микросхемы->земля будет 12 миллиампер при 12V питания. Где у тебя в схеме получается 6 вольт и каким прибором ты эту величину измерил? А общее питание не проваливается? В качестве буфера можно использовать таймер КР1006ВИ1. Выход до 200 миллиампер.
- Общее питание не проваливается, стоит стабильно. Вот, что у меня получается (в атаче) В этом варианте что на одном, что на другом рисунке питание схемы 13v. На одном, без нагрузки и амплитуда сигнала где-то 11,5-12v (1в/дел на щупе 1:10) на другом соответственно с нагрузкой 15ma, амплитуда после подключения нагрузки упала до 6-7v. В качестве нагрузки использовал простой светодиод подключенный через резистор 1к. Резики пытался подбирать, если ставить менее 300 ом то микросхема и резик начинают грется (оно и понятно), а если выше, ток маленький. В принципе пока выкрутился, по выходу транзистор первый попавшийся под руку воткнул, ток стал побольше, 150ма, больше пока не проверял. Немножко попозже, по свободней буду, попробую буфер поставить. Ну вот в принципе разобрался в своих вопросах. Еще раз всем ответившим, огромное спасибо! А отдельное ОГРОМНОЕ СПАСИБО!!! LEAS-у. Без его помощи, я еще бы долго мурижил эту схемку.
- Ты наверное понял, что вместо тумблера на картинках подводится сигнал с твоего генератора. А с нагрузкой-нарисуй как все подключил. Так я что-то не очень сображу. Удачи в творчестве.
- LEAS Да, я понял на счет 555. Рисую:)))) (в атаче) на первом рисунке по выходу в качестве нагрузки подцеплен светодиод. И соответственно при его подключении получаем такую амплитуду сигнала, как я выкладывал выше. На другом рисунке, я по выходу поставил транзюк (только не знаю правильно или не правильно сделал, но вроде работает) Проверял на токе 150 ма ничего не греется все работает. Только получается, что по выходу защиты никакой на корпус коротнуть и все привет транзику. В отличии от KA7500, живучая оказалась, как только я над ней не экспериментировал:))))) пытался без транзистора, используя только микросхему, уменьшил резики (которые на питание по выходу микрухи, до 150 ом) ток конечно поднялся, но и резик и микросхема ниччинают сильно грется. по этому воткнул транзистор. просто пока мне тока в 150ма хватит. Но в идеале мне нужно 500ма, да и еще хочется, чтобы защита по выходу была, как этого можно добится?
- Если ты мерял относительно земли на светодиоде по твоей схеме включения там и будет около 6-7 вольт в зависимости от экземпляра светодиода. Я же тебе написал, но ты видимо не обратил внимания. Внутренние транзисторы микросхемы только подключают точку соединения R7,R8,HL1 на землю и всё. А транзистора, подключающего питание в эту точку нет. В его роли выступают соединённые к питанию R7,R8. Когда внутренний транзистор закрыт, то получается просто резистивный делитель. Убери мысленно светодиод-в этой точке он и будет этот делитель. Можно еще вот так, верхние выводы резисторов соответственно питание.
- Спасибо! Я понял про делитель. Просто ты спрашивал, что и куда я подключал, вот я и ответил. Да там кстати на моем рисунке с транзиком помоему когда рисовал эмиттер с коллектором перепутал местами. А резик для ограничения выходного тока я тоже поствил, просто нарисунке его нет. LEAS, а в этом варианте зачем диод используется?
- Ну как зачем-биполярный транзистор обратной проводимости откроется(колл-эмит переход) если потенциал базы выше потенциала эмиттера. Низкий потенциал эмиттера обеспечит нагрузка, а высокий потенциал базы-напряжение с резистора. Если диод выбросить, то потенциалы базы и эмиттера будут одинаковы(этому и препятствует диод) и вся схема опять сведется к резистивному делителю-транзистор не будет работать.
- Нужно 16 ножку оставить в воздухе,а 15 и 7 подпаять к минусу питания.
- Всем привет.Ребята посоветую ссылочку для TL494:skif_biz статья "ТЭГ-эксперимент по извлечению энергии из поля постоянного магнита".Удачи
- Может ктонить схему в формате lay выкинуть для генератора? А то блин, стыдно говорить конечно, но ничего у меня не получается(((Еще может ктонить подскаежет чонить простое мне нужно генерировать частоту от 60 до 140 герц и скважность... остальной диапозон мне не нужен, более того, будет неудобно регулировать устройство... заранее спасибо.
- В выложенной схеме была ошибка - 7 вывод должен быть на минусе... . _http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=13268&st=0 ================================================== ======== Универсальный генератор на TL494 (прямоугольник и пила) - усовершенствованный вариант с "Датагора"... . :) _http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=13268&st=320
- Скажите, а по каким формулам был расчёт номиналов схемы? Интересно
- По даташиту.
- я вот просмотрел даташит, но вот связи как-то не совсем ловлю. может кто-то на примере сможет показать как имея датик расчитывать схему (в универе этому не учили), или подсказать где можно такой пример глянуть, был бы премного благодарен. http://archive.espec.ws/files/TL494.PDF
- О каком датчике идёт речь?
- СТРВ имел в виду наверно даташит-да,читать их в универе не учат,раньше там учили думать...не знаю,как сейчас.
- ну как бы всё в общих чертах. а вот как доходит дело до конкретных поставленных задач, то вопрос "и что?" встает.я не троечник, но всё равно многое непонятно.практики расчётов у нас не было как таковой ничего.
- В даташите приводятся ВСЕ расчетные и временные параметры!Читайте\смотрите ВНИМАТЕЛЬНО! Удачи.
- практически на любом микроконтроллере с ШИМ можно сделать подобный генератор, который будет стабильно работать. Пример такого генератора есть например, в журнале "Лаборатория электроники и программирования" №1-2. http://journal.electroniclab.ru/journal_content_001.htm http://journal.electroniclab.ru/journal_content_002.htm
В радиолюбительской литературе много написано о задающих генераторах их модернизации и улучшении характеристик. Предлагаю вниманию читателей простой задающий генератор с возможностью регулирования параметров выходных импульсов в широких пределах, то есть генератор универсального назначения, который при небольшой доработке выходного каскада (об этом рассказано ниже) может эффективно использоваться как высокочастотный преобразователь напряжения.
Задающий генератор для различных электронных устройств удобно реализовать на широко распространенной микросхеме-таймере КР1006ВИ1 (зарубежный аналог LM555). На рис. 1 приведена простая и эффективная схема такого генератора.
Рассмотрим ее подробнее. Микросхема включена по классической схеме. Времязадающие резисторы R2 и R3 своими сопротивлениями определяют параметры импульсов генератора и его частоту в широких пределах. Причем сопротивление резистора R2 определяет частоту, a R3 — соответственно ширину импульсов генератора. Кроме удобства регулировки параметров выходных импульсов генератора, такое устройство можно применять универсально, в любых электронных узлах и "самоделках", где требуется задающий генератор с периодом длительности выходных импульсов 10…100 мкс, а периода следования в диапазоне 50…100 мкс. Эти параметры также зависят и от емкости конденсатора С1.
Оксидный конденсатор СЗ сглаживает пульсации напряжения от источника питания. Если вместо источника питания применяют батареи или аккумулятор, этот конденсатор можно исключить из схемы.
В налаживании устройство не нуждается и начинает работать сразу после подачи питания.
Напряжение источника питания в диапазоне 6… 15 В. Следует учитывать, что амплитуда выходных импульсов задающего генератора пропорциональна напряжению источника питания.
Переменные резисторы R2, R3 с линейной характеристикой изменения сопротивления, много-оборотные, например, СП5-1ВБ.
Практическое применение генератор находит в высокочастотных устройствах ЭПРА (электронных пускорегулирующих аппаратов), управляющих лампами дневного света, преобразователей напряжения, в охранных и других устройствах бытового предназначения. Выходной ток генератора на микросхеме КР1006ВИ1 (вывод 3 DA1) не превышает 250 мА, что для многих радиолюбительских конструкций вполне достаточно. Однако, для управления более мощной нагрузкой, необходим усилитель тока выходного каскада, электрическая схема которого представлена на рис. 2. Здесь наиболее оптимальным решением является применение мощного полевого транзистора, не имеющего тока утечки и требующего малого управляющего напряжения (в отличие от биполярных транзисторов).
Полевой транзистор в данном электронном узле может быть заменен на КП743 с любым буквенным индексом, IRF510, BUZ21L, SPP21N10 и их аналоги. Резистор R5 в данной схеме представляет эквивалент нагрузки, которой может быть спираль нагревательного прибора, лампа накаливания и тому подобные устройства. В другом варианте выходное напряжение снимают с резистора R5 и подают на последующие каскады.
Для устройств преобразователей и умножителей напряжения лучше подходит выходной каскад на полевом транзисторе, электрическая схема которого представлен на рис. 3. Здесь, как видно из схемы, в цепи нагрузки полевого транзистора включена обмотка повышающего трансформатора Т1. Выходное напряжение преобразователя снимается с вторичной обмотки Т1 и может быть (без изменений и дополнений схемы) управлять лампой дневного света (ЛДС) с максимальной мощностью до 40 Вт.
