Таймеры на логических элементах. Практическое занятие № 15

1.

1
1.
2.
3.
4.
5.
Типы таймеров.
Интегральный таймер.
Автогенератор на основе таймера.
Преобразователь напряжения в частоту.
Ждущий мультивибратор.

2.

2
Выписка
из квалификационных требований
к профессиональной подготовке
Специальность 06 Связь, информационные и коммуникационные технологии
• 1.4 В результате освоения дисциплины у обучающихся должны быть
сформированы индикаторы достижения компетенций - B/04.6
Мониторинг состояния оборудования, учет отказов оборудования,
ведение документации
ПК-8 Способен
применять современные теоретические и экспериментальные
методы исследования с целью создания новых перспективных средств
электросвязи и информатики.

3.

3
Таймер – электронное устройство, предназначенное для формирования
длительности временного интервала на основе импульсных сигналов с
регулируемыми длительностью и скважностью.
Под определение таймера в цифровой схемотехнике попадают разнообразные
времязадающие устройства.
Таймеры можно разделить на два класса: однотактные и
многотактные со строенным счетчиком.
Однотактные таймеры представляют собой комбинацию аналогово
компаратора и цифровой последовательностной схемы.
Структурная схема однотактного таймера
Длительность формируемого
временного интервала определяется
параметрами внешней времязадающей
RC- цепи.
При подаче напряжения запуска Uзап
RS-триггер устанавливается в един-ое
состояние с размыканием ключа S1.
Конденсатор C заряжается, и при Uс = Uоп
срабатывает компаратор DA1 и триггер
сбрасывается, ключ S1 замыкается и
конденсатор C разряжается.

4.

4
Такой однотактный таймер может формировать только одиночный импульс,
при этом формируемые временные интервалы составляют от ед. мксек до часа.
Для возможности формирования последовательности импульсов схема таймера
должна содержать еще один компаратор.
Многотактные таймеры (со встроенными счетчиками) разработаны для
формирования импульсов сверхнизкой частоты с длительностью импульсов до
нескольких часов.
Структурная схема многотактного
таймера

5.

5
Структурная схема однотактного таймера на ИС 1006ВИ1 (аналог 555 серии)
Компаратор DA1 – верхнего уровня, компаратор DA2 – нижнего уровня. Пороги
срабатывания задаются делителем напряжения на R1,R2,R3. При R1=R2=R3 пороги
срабатывания уровней Uпор в = 2Uп/3 и Uпор н = Uп/3 управляют переключением
асинхронного триггера DD1.
Триггер DD1 формирует управляющие напряжения на входе двухтактного усилителя
мощности на VT1 и VT2. VT3 – разрядный транзистор с управлением инверсным выходом
счетчика.
Uсб
Uпор н
Uпор в
U вых
VT3
Лог.0
×
×
Лог.0
насыщен
Лог.1
Uп/3
2Uп/3
Лог.1
открыт
Лог.1
Uп/3
2Uп/3
Лог.0
насыщен
Лог.1
Uп/3
2Uп/3
Вых. сигнал определяется предыдущими
значениями Uпор н и Uпор в

6.

6
Существует множество схем автоколебательных мультивибраторов на основе ИС
таймеров.
Мультивибратор на основе ИС-таймера и его временные диаграммы
Принцип формирования прямоугольных импульсов на выходе схемы основан на
свойстве таймера сохранять напряжение на выходе, если напряжение на объединенных
входах 2 и 6 (Uвых 2 = Uс(t)) находится в пределах
Uп/3 < Uс(t) < 2Uп/3 .
Период колебаний такого АГ определяется:
Тг ≈ 1,4 R1C1
и q =2.

7.

7
Мультивибратор с большой скважностью на ИС 1006ВИ1 и его временные диаграммы
Период колебаний такого АГ определяется:
Тг ≈ 1,1 RC и q << 2.

8.

8
На основе рассмотренного мультивибратора может быть построена схема
преобразователя «напряжение – частота». Идея построения заключается в замене во
внешней времязадающей RC-цепи резистора R на управляемый генератор тока.
Ток генератора должен быть пропорционален входному напряжению.
Преобразователь «напряжение – частота» и его временные диаграммы
В схеме операционный усилитель DA1 совместно с транзистором VT1 и R1 образуют
схему преобразователя «напряжение – частота». Этот ток отражается схемой токового
зеркала на транзисторах VT2, VT3 и VT4 в цепь заряда конденсатора С1.
Так как на интервале заряда конденсатора С1 входной ток остается постоянным, его
напряжение изменяется по линейному закону
Uс(t) = Iс t / С1 = Uвх t / (R1С1), а длительность импульса определяется tи = 2Uп R1С1 / 3Uвх.

9.

9
Схема автоколебательного мультивибратора
может быть изменена на ждущий режим.
Для этого необходимо вход 2 (Uпор н)
отсоединить от времязадающей RC-цепи и
использовать его как управляющий вход.
В исходном состоянии RS-триггер таймера сброшен, конденсатор C времязадающей
цепи разряжен и выходное напряжение стремится к нулевому. Это состояние является
устойчивым. Запуск мультивибратора осуществляется управляющим напряжением Uупр
низкого уровня, меньшим, чем Uп/3.
Ждущий мультивибратор на ИС 1006ВИ1 и его временные диаграммы

10.

10
Устойчивость работы ждущего мультивибратора можно пояснить следующим образом.
Если по какой-либо причине устойчивость работы мультивибратора нарушается и
триггер DD1 формирует на прямом выходе лог.1, закрывается транзистор VT3, и
конденсатор C начинает заряжаться. При Uс(t) = 2Uп/3 компаратор верхнего уровня таймера
своим выходным сигналом сбросит триггер DD1. Транзистор VT3 открывается и
напряжение на времязадающем конденсаторе Uс(t) падает до нуля.
Но так как, напряжение на выходе нижнего компаратора больше Uп/3, компаратор не
срабатывает и триггер DD1 остается в сброшенном состоянии.
Период колебаний такого АГ определяется также как:
Тг ≈ 1,1 RC и q << 2.
Для устойчивой работы ждущего мультивибратора необходимо обеспечить, чтобы
τвых > τзап > tср тр + tср комп .

11.

11
1. Таймер – электронное устройство, предназначенное для формирования
длительности временного интервала на основе импульсных сигналов с
регулируемыми длительностью и скважностью.
Под определение таймера в цифровой схемотехнике попадают разнообразные
времязадающие устройства.
2. Существует множество схем автоколебательных мультивибраторов на
основе ИС однотактного таймера: мультивибратор, ждущий мультивибратор,
преобразователь «напряжение – частота» .
3. Преобразователь «напряжение - частота» может быть преобразован в
широтно-импульсный модулятор, если таймер схемы будет работать как
ждущий мультивибратор.
Л1, с.682-693.
ПЗ №16. Электронные часы.

12.

12
1.
Назовите типы генераторов и их основные параметры.
2.
Назовите типы режимов работы генераторов с ПОС, их различия.
3.
Какие условия должны выполняться в генераторах негармонических
колебаний?
4.
Приведите схему и временные диаграммы для мультивибратора на основе
двух инверторов.
5.
Приведите схему и временные диаграммы для мультивибратора на основе
двух инверторов с одной времязадающей RC-цепью.
6.
Как строится схема быстродействующего генератора?
7.
Как осуществляется стабилизация частоты колебаний автогенератора?
8.
Как работает схема одновибратора на двух инверторах?
9.
Приведите практические схемы одновибраторов.
10. Назначение и структурные схемы однотактного и многотактного таймеров.
11. Какие схемы строятся на основе ИС однотактного таймера? Их функции и
параметры.