Содержание
Исследование аналогового таймера 555 серии
МИНОБРНАУКИ
РОССИИ
Санкт-Петербургский
государственный
электротехнический
университет
«ЛЭТИ»
им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра
биотехнических систем
отчет
по
лабораторной работе
№6
по
дисциплине «Электроника и микропроцессорная
техника»
Тема:
Исследование
аналогового таймера 555 серии
Студент | Исаков | |
Преподаватель | Анисимов |
Санкт-Петербург
2020
Цель
работы: Исследование
принципов работы аналоговых таймеров
555 серии при работе в базовых режимах:
простого релаксационного генератора
с фиксированной и регулируемой скважностью
(астабильный режим работы таймера),
работа в режиме генерации одиночных
импульсов заданной длительности
(моностабильный мультивибратор),
подключение в качестве генератора
пилообразного сигнала.
Используемое
оборудование: работа
выполняется в виде компьютерной симуляции
с использованием САПР Микрокап.
Основные
теоретические положения
Схема
555 представляет собой довольно приличный
генератор со стабильностью около 1%. Она
может работать от единственного источника
питания напряжением от 4,5 до 16 В, сохраняя
стабильную частоту при изменениях
напряжения источника питания, поскольку
пороги следят за флуктуациями питания.
Схему 555 можно применять также для
формирования одиночных импульсов
произвольной длительности и еще для
многих целей. К тому же этот небольшой
кристалл содержит простые компараторы,
вентили и триггеры. В электронной
промышленности даже появилась игра —
придумать еще новое применение схемы
555.
КМОП
ИС 555. Некоторые
из неприятных свойств ИС 555 (большой ток
потребления от источника питания,
высокий ток запуска, удвоенная частота
переключения выходного сигнала и
неспособность функционировать при
очень низких напряжениях источника
питания) были устранены в ее
КМОП-аналогах.
Следует отметить, в
частности, их способность функционировать
при очень низких напряжениях питания
(до 1 В!) и, как правило, токе потребления.
Эти кристаллы также более быстродействующие,
чем исходная схема 555. Выходные КМОП-каскады
дают максимальный удвоенный перепад
напряжения выходного сигнала, по крайней
мере при низких токах нагрузки (отметим,
что эти кристаллы не имеют мощного
выходного каскада, как в типовой схеме
555). Все кристаллы, кроме исходной схемы
555 и XR-L555, сделаны по КМОП-технологии.
Последняя же схема является микромощной
биполярной схемой 555 и проявляет свою
родословную в виде здоровенной нагрузочной
способности и хорошей температурной
стабильности.
Работа
аналогового таймера 555 серии часто
толкуется неверно, поэтому мы дадим
анализ ее работы прямо по изображенной
на рисунке 1 эквивалентной схеме.
Некоторые обозначения на ней относятся
к области цифровой техники, поэтому вы
пока еще не станете экспертом по ИС 555.
Но принцип действия этого таймера
достаточно прост.
При подаче сигнала
на вход ТРИГГЕР выходной
сигнал переключается на ВЫСОКИЙ уровень
(около Uкк)
и остается в этом состоянии до тех пор,
пока не произойдет переключение
входа ПОРОГ;
в этот момент выходной сигнал падает
до НИЗКОГО уровня
(около потенциала «земли») и тогда
включается транзистор РАЗРЯД.
Вход ТРИГГЕР включается
при уровне входного сигнала меньше
1/3Uкк,
а ПОРОГ –
при уровне входного сигнала больше
2/3Uкк.
Рисунок
1 — Упрощенная эквивалентная схема ИМС
555
Астабильный
режим работы таймера
Наиболее
легкий способ понять работу ИС 555 — это
рассмотреть конкретный пример, это так
называемый астабильный режим
работы таймера (рис. 2). При включении
источника питания конденсатор разряжен,
поэтому ИС 555 оказывается в состоянии,
когда выходной сигнал имеет ВЫСОКИЙ уровень,
транзистор разряда Т1 закрыт
и конденсатор начинает заряжаться до
10В через резисторы RA+RB.
Когда его напряжение достигнет 2/3Uкк,
переключается вход ПОРОГ и
выходной сигнал переходит в
состояние НИЗКОГО уровня,
одновременно происходит отпирание
транзистора Т1,
разряжающего конденсатор С на землю
через резистор Rв.
Схема переходит в периодический режим
работы, и напряжение на конденсаторе С
колеблется между значениями 1/3Uкки
2/ЗUкк с
периодом Т = 0,693 (RA+2RB)⸱C.
В этом случае с выхода схемы обычно
снимаются колебания прямоугольной
формы.
Рисунок
2 — Астабильный режим работы таймера
Моностабильный
режим работы таймера
Моностабильный
означает, что стабильное состояние у
таймера только одно, когда он выключен.
Во включенное состояние его можно
перевести временно, подав на вход таймера
какой—либо сигнал. Время нахождения
таймера в активном режиме определяется
RC цепочкой (рис. 3).
Рисунок
3 — Моностабильный режим работы таймера
В
начальном состоянии, на выходе таймера
(вывод №3) низкий уровень – примерно
0,25 вольт, транзистор разряда открыт и
конденсатор разряжен, таймер находится
в стабильном состоянии.
При поступлении
на вход (вывод №2) импульса низкого
уровня, включается компаратор №2, который
переключает триггер таймера, и как
результат на выходе таймера устанавливается
высокий уровень. Транзистор разряда
закрывается и через резистор RА начинает
заряжаться конденсатор С, во время
заряда конденсатора на выходе таймера
сохраняется высокий уровень. Во время
этого процесса изменения сигнала на
входе (вывод №2) не вызовут никакого
воздействия на таймер. После того как
напряжение на конденсаторе С достигнет
2/3 напряжения питания, включается
компаратор №1, переключая тем самым
триггер. В результате на выходе установится
низкий уровень, и таймер восстановит
исходное, стабильное состояние. Транзистор
разряда откроется и разрядит конденсатор
С.
Генератор
пилообразного напряжения на таймере
При
использовании для заряда времязадающего
конденсатора источника тока можно
создать генератор линейного (пилообразного)
напряжения (рис. 4).
На рисунке ниже
показан способ использования для этих
целей простого источника тока
на PNP-транзисторе.
Пилообразный сигнал доходит до напряжения
2/3Uкк,
затем быстро спадает (разряд происходит
через внутренний разряжающий NPN-транзистор
схемы 555, контакт 7) до напряжения 1/3Uкк,
далее цикл начинается снова. Отметим,
что этот сигнал пилообразной формы
выделяется на выводе конденсатора и
необходимо обеспечить его развязку с
помощью ОУ, который обладает высоким
полным сопротивлением. Эту схему можно
еще упростить путем замены источника
тока на р-n-р-транзисторе на «диодный
регулятор тока», выполненный на полевом
транзисторе p-n-каналом; однако ее рабочие
характеристики, а именно линейность
пилообразного сигнала, будут хуже
поскольку этот полевой транзистор
питается током IСкк и
при этом формируется не такой хороший
источник тока, как на биполярном
транзисторе.
Рисунок
4 — Генератор пилообразных колебаний
Ход
выполнения лабораторной работы:
Простой
генератор прямоугольных импульсов
Примерная
частота выходного сигнала 6кГц
Рисунок
5 — схема простого генератора прямоугольных
импульсов
Рисунок
6 — Анализ переходных процессов 9
(Transient)
Чтобы
убедиться в правильности приблизительно
выбранных параметров схемы, предположим,
что
.
Тогда если
,
то
.
Отсюда C
=
Простой
генератор прямоугольных импульсов с
регулируемой скважностью
Приблизительная
частота выходного сигнала – 6кГц
Рисунок
7 — Схема генератора прямоугольных
импульсов на с регулируемой скважностью
на таймере
Рисунок
8 — График выходного сигнала со скваженностью
90
Рисунок
9 — График выходного сигнала со скваженностью
50
Рисунок
10 – График выходного сигнала со
скваженностью 10
Моностабильный
мультивибратор
Рисунок
11 — Собранная в Micro-cap
12 схема моностабильного мультивибратора
Рисунок
12 – График выходного сигнала генератора
прямоугольных импульсов (синий) и
выходного сигнала моностабильного
мультивибратора (красный) с частотой
6кГц
Рисунок
13 — График выходного сигнала генератора
прямоугольных импульсов (синий) и
выходного сигнала моностабильного
мультивибратора (красный) с частотой
6кГц (на 350мкс)
На
выходе моностабильного мультивибратора
(рис.
11) мы получаем импульсы, при этом
состояние выхода не изменяется при
приходе новых управляющих импульсов,
до тех пор, пока не закончится текущий
цикл.
Генератор
пилообразного напряжения
Рисунок
14 — Схема генератора пилообразного
напряжения
Рисунок
15 — Анализ переходных процессов в точке
out
Для
получения хорошего генератора
пилоообразных импульсов на таймере 555
(рис. 14) необходимо заряжать конденсатор
не через резистор, а с помощью источника
тока (использовано токовое зеркало).
Транзисторы
использованы стандартные (2N3904 и 2N3906),
используем ОУ OP_07.
Запустив анализ переходных процессов,
на выходе повторителя получаем красивый
пилообразный сигнал (рис. 17), частота
подобрана в соответствии с вариантом:
.
Рисунок
16 — Генератор пилообразного напряжение
с токовым зеркалом
Рисунок
17 — Анализ переходных процессов в точке
out
Выводы
В
данном отчёте представлены результаты
исследования принципов работы аналоговых
таймеров 555 серии при работе в базовых
режимах: простого релаксационного
генератора с фиксированной и регулируемой
скважностью при трёх различных значениях
потенциометра: 10%, 50% и 90%, работа в режиме
генерации одиночных импульсов заданной
длительности и подключение в качестве
генератора пилообразного сигнала.
Поделиться ссылкой:
|
|
Существует довольно много схем генераторов импульсов. Многие радиолюбители их переделывают с целью улучшения характеристик. Для тех, кому нужна простая, но функциональная схема генератора прямоугольных импульсов с регулировкой частоты и скважности в довольно широких пределах схема представлена ниже. Кроме того эту схему можно использовать как ШИМ для регулировки мощности нагрузки или регулятор оборотов двигателя, увеличив мощность выходного каскада. У меня такая схема применяется для регулировки оборотов лодочного электромотора, который потребляет 30 ампер.
Рассмотрим работу схемы более подробно. Сама схема генератора организована в соответствии со стандартом по даташиту. Резистором R2 регулируется частота импульсов, а с помощью R3 ширина. При этом диапазон регулировки периода длительности лежит в пределах 10-100 микросекунд, а период следования в пределах 50-100 микросекунд. Кроме того эти параметры можно изменять с помощью задающего конденсатора C1.
Электролитический конденсатор C3 сглаживает пульсации от источника питания, если же для питания используется аккумулятор или батарейки, то необходимость в нем отпадает и его можно не устанавливать.
После сборки ни требуется, ни какой наладки, и в случае безошибочной сборки схемы она начинает работать сразу, как только будет подано питание.
Питание генератора то же можно установить в довольно широких пределах без стабилизатора.
Для осуществления более точной и плавной регулировки выходных параметров резисторы R2 и R3 следует использовать многооборотные с линейной характеристикой.
Анекдот:
Вовочка подходит к бабушке и говорит:
| ||||||||
Биполярные транзисторы Полевые транзисторы Содержимое 2 Транзисторы GBT Содержимое 3 Цифровые микросхемы Аналоговые микросхемы Содержимое 5 Конденсаторы Содержимое 7
| Устроства для начинающих Электроника для авто Устройства для дома Источники питания Устройства на микроконтроллерах Ремонт бытовой аппаратуры Содержимое 6 Разное Содержимое 7
| |||||||||
Здесь может быть Ваша реклама
| ||||||||||
|
| ||||||||||
|
| ||||||||||
Оно составляет от 4,5 вольт до 16. Но есть все-таки один недостаток, при изменении напряжения питания немного изменяется частота, если это критично для применяемой схемы, то следует поставить стабилизатор.
pwm — постоянная частота TLC555, регулируемый рабочий цикл
\$\начало группы\$
Для моего проекта Senior Design Project я разрабатываю зарядное устройство на основе топологии синхронного понижающего преобразователя.
MCU (Teensy LC), который я использую, не может производить ШИМ с достаточно высокой частотой (488,28 Гц), поэтому я хочу использовать таймер TLC555 в качестве генератора ШИМ с постоянной частотой (500 кГц, желательно выше) и регулируемый рабочий цикл (50%-95%). В приведенной ниже схеме я планировал заменить аналоговый потенциометр цифровым потенциометром, который будет управляться микроконтроллером, что позволит осуществлять управление преобразователем с обратной связью 9.0003
Эту схему я нашел в сети, и пока она работает на более низких частотах (24 кГц), на более высоких частотах управление скважностью нестабильно. То есть ожидаемый рабочий цикл отличается от моделирования.
Я хотел бы, чтобы кто-нибудь показал мне, как вывести формулы, связывающие R1, R2, Rx, Ry и C1 с частотой и рабочими циклами, которых я хотел бы достичь.
- ШИМ
- частота
- 555
- рабочий цикл
- вывод формулы
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
ШИМ 500 кГц с рабочим циклом 5% (или 95%) предполагает время включения или выключения 100 нс.
Без подробного изучения таблицы данных это кажется крайне маловероятным для устройства (TLC555), которое гарантированно работает только до ~ 400 нс при включении / 400 нс при выключении. В любом случае, я не думаю, что это хороший способ сделать это.
Teensy LC имеет умеренно мощный 32-разрядный микроконтроллер MKL26Z64VFT4 Cortex M0+, работающий на частоте 48 МГц. Вы можете получить разрешение 6, 7 или 8 бит при 750 кГц/375 кГц/187,5 кГц. Примечание: я бы предложил использовать более 50-100 кГц только потому, что силовой каскад будет проще спроектировать и построить. Больший индуктор, но это единственное негативное последствие.
Вы даже можете сделать это в среде Arduino, если хотите, без необходимости иметь дело непосредственно с оборудованием (исследование требуемой функции остается в качестве упражнения для студента).
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Я хотел бы, чтобы кто-нибудь показал мне, как вывести формулы, связывающие R1, R2, Rx, Ry и C1 с частотой и рабочими циклами, которых я хотел бы достичь.
Взгляните на мой ответ здесь о выводе формул.
В технических характеристиках указано, что максимальная частота составляет около 2 МГц. Так что 500 кГц не должно быть проблемой. Однако, несмотря на отсутствие информации о диодах, я хотел бы напомнить, что диоды не должны быть обычными кремниевыми типами 400x. Используйте Шоттки, быстрое восстановление или хотя бы 4148 (да, они достаточно быстрые). Кроме того, иногда от потенциометра зависит стабильность периода или рабочего цикла. У углеродных потенциометров со временем могут возникнуть проблемы с проводимостью между грязесъемником и резистивным элементом. Таким образом, вы можете использовать потенциометр хорошего качества (это не реклама, но многооборотные потенциометры Bourn могут быть действительно хороши для этой цели, поскольку они герметичны и позволяют выполнять точную настройку).
\$\конечная группа\$
Модуль генератора импульсов с регулируемой частотой NE555
Нажмите, чтобы увеличить
₹55,77 (без учета налогов)
- Входное напряжение: 5–11 В пост.
- Выходная амплитуда: от 4,2 В до 11,4 В В-размах.
- Выходной ток: 15 мА для 5 В и 35 мА для 12 В.
- Минимум — рабочий цикл 50 %, 3,7 Гц и максимум — рабочий цикл 98 %, 1,3 кГц
- 100% новый и высокое качество
Количество Модуль генератора импульсов с регулируемой частотой
NE555
Лучший продукт
Сравнить
Добавить в список желаний
Артикул: ST2010SM0681
Категории: Датчик и модуль, Датчики, Зонд датчика температуры
Теги: Электронный модуль, Модуль с регулируемой частотой
- Описание продукта
- ИНФОРМАЦИЯ О ТОВАРЕ
- информация о доставке
- Перевозка и доставка
Описание продукта
Модуль генератора импульсов с регулируемой частотой NE555
Модуль генератора импульсов с регулируемой частотой NE555 NE555 представляет собой модуль генератора прямоугольных импульсов с регулируемой частотой импульсов. Диапазон выходных частот выбирается.
Рабочий цикл и частота не регулируются отдельно, регулировка рабочего цикла изменит частоту. Одноканальный выходной сигнал, коэффициент заполнения выходной прямоугольной волны составляет около пятидесяти процентов. Обычное использование модуля генерирует импульсы с частотой примерно от 4 Гц до 1,3 кГц. Использует популярную микросхему таймера NE555, работающую как нестабильный мультивибратор. Модуль имеет десятиоборотный регулятор частоты и светодиодный индикатор включения. Используется для импульсов шаговых двигателей, тестеров и т. д. ИС таймера 555 представляет собой интегральную схему (микросхему), используемую в различных приложениях таймеров, генераторов импульсов и генераторов. 555 можно использовать для обеспечения временных задержек, в качестве генератора и в качестве элемента триггера. Производные обеспечивают до четырех схем синхронизации в одном корпусе. Представлен в 1971 от Signetics, 555 по-прежнему широко используется благодаря простоте использования, низкой цене и стабильности.
В настоящее время многие компании производят его как в оригинальном биполярном, так и в маломощном КМОП-типе. Этот модуль можно использовать в качестве генератора сигналов прямоугольной формы. Он генерирует сигналы прямоугольной формы, используемые для экспериментальных разработок. Он также генерирует сигнал прямоугольной формы, управляющий приводом двигателя. С регулируемыми импульсами, генерируемыми для использования микроконтроллером и регулируемыми схемами управления импульсами. Этот продукт известен как коммутационная плата, электронный модуль, частотно-регулируемый модуль
Характеристики/характеристики:
- Входное напряжение: 5–15 В постоянного тока
- Выходная амплитуда: от 4,2 В до 11,4 В В-размах.
- Выходной ток: 15 мА для 5 В и 35 мА для 12 В.
- Минимум — рабочий цикл 50 %, 3,7 Гц и максимум — рабочий цикл 98 %, 1,3 кГц
- 100% новый и высокое качество
- Одноканальный выход, прямоугольная волна выходного рабочего цикла составляет около пятидесяти процентов.
- Встроенное регулируемое сопротивление, сопротивление можно контролировать для регулировки выходной частоты.
- Цвет: Синий
- Длина: 25 мм
- ширина: 13 мм
- Высота: 12 мм
Комплект поставки:
- 1 модуль генератора импульсов с регулируемой частотой NE555
Примечание. Изображения продуктов показаны только в иллюстративных целях и могут отличаться от фактического продукта.
ИНФОРМАЦИЯ О ПРОДУКТЕ
Информация об отгрузке
Доставка
Мы делаем все возможное, чтобы добраться до каждого уголка Индии, используя несколько лучших курьерских служб, работающих в стране, таких как FedEx, Delhivery, DTDC, BlueDart, XpressBees. , Ecom Express и т.д. по отзывам для курьера-партнера по месту нахождения заказчика. Некоторые внутренние районы Индии, которые не покрываются этими курьерскими службами, покрываются нами через India-Post.