Схемы генераторов сигналов треугольной формы.

Как построить высококачественный генератор треугольных импульсов с высо- кой линейностью выходного сигнала. Он-лайн калькулятор расчёта элементов генератора.

Не буду углубляться в дебри и пытаться нарыть все области, в которых могут найти себе применение генераторы импульсов треугольной формы, отмечу лишь, что такие области есть и их немало.

Треугольный сигнал — это сигнал, в котором напряжение периодически линейно нарастает до некоторого максимального значения, потом линейно убывает до некоторого минимального и т. д. с постоянной частотой.
Причём, в отличие от своего близкого кореша — сигнала пилообразной формы, скорость нарастания и убывания треугольного сигнала одинаковы, а его график относительно центральной оси является полностью симметричным.

Рассматривать простейшие конструкции на одном операционном усилителе, либо расхожие схемы, выполненные на 555 таймере, в рамках данной статьи мы не станем ввиду крайне низкой линейности последних. Поэтому остановимся на схемах, позволяющих получить удобоваримые результаты как с точки зрения линейности, так и с точки зрения частотных характеристик изделия.

Итак, классика жанра — схема генератора треугольного и прямоугольного напряжений, выполненная на связке: триггер Щмитта + интегратор (Рис.1).

Рис.1

Этот генератор состоит из последовательно включенных триггера Щмитта и интегратора.
Интегратор, как ему и положено, интегрирует имеющееся на выходе триггера Шмитта постоянное напряжение.
Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на выходе триггера скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера. Изменяя постоянную интегрирования R1C1, можно в широком диапазоне перестраивать частоту формируемого напряжения.

Амплитуда треугольного напряжения зависит от установки посредством резисторов R2 и R3 уровней срабатывания триггера Щмитта. В нашем случае амплитудное значение колебаний равно:
U_вых = U_тр+ = lU_тр-l = U_нас*R2/R3 , где U_нас — напряжение насыщения операционного усилителя (паспортная характеристика ОУ при заданном питании).
Период колебаний генератора равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменилось от Uтр- до Uтр+ : Т = 4R1*C*R2/R3 .
И, соответственно, частота колебаний генератора равна : F = 1/Т = R3/(4R1*C*R2) .

Сдобрим пройденный материал он-лайн калькулятором. Расчёты проведём для схемы с Рис.1.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕТОВ ГЕНЕРАТОРА СИГНАЛОВ ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ.

Теперь пару слов о грустном, вернее о том, что, как правило, не упоминается в различных источниках информации.
Формирование идеальных треугольных импульсов предполагает наличие очень высокого параметра усиления ОУ. Значение скорости нарастания выходного напряжения операционника также должно устремляться в бесконечность. И если с Ku современных полупроводников проблем не возникает (он достигает десятков-сотен тысяч), то найти недорогой и широкополосный операционник для получения «хороших» треугольных импульсов (с нелинейностью менее 1%) весьма проблематично.

А что нам говорит практика? А практика на говорит, что для того, чтобы получить на выходе генератора треугольный сигнал с приемлемым (единицы % и ниже) коэффициентом нелинейности необходимо соблюсти следующие условия: частота единичного усиления операционника, работающего в качестве интегратора, должна быть не менее, чем в 100 раз выше максимальной частоты генератора, а полоса ОУ, работающего в качестве триггера, должна превышать частоту генератора уже в 1000 раз и выше.

Давайте проиллюстрируем сказанное выше.
Для начала соберём схему, приведённую на Рис.1, с использованием популярного сдвоенного операционного усилителя LM833. Казалось бы: полоса пропускания — 15МГц, скорость нарастания выходного напряжения — 7В/мксек. Что ещё надо для того, чтобы построить генератор треугольника на весь звуковой диапазон?
А теперь глянем на осциллограммы.

На Рис.2 слева представлена осциллограмма выходного сигнала с частотой 1кГц, справа — 10кГц. На 60кГц выходной сигнал приобретает форму, близкую к синусоиде, ещё выше — генерация срывается.

Теперь заменим LM833 на более быстродействующую AD826 со следующими параметрами: частота единичного усиления — 50МГц, но главное, скорость нарастания выходного напряжения — 350В/мксек!

На Рис.3 слева приведена осциллограмма выходного сигнала генератора на частоте 10кГц, причём форма сигнала имеет приличную линейность вплоть до частоты 160кГц (Рис.2 справа). Генератор сохраняет устойчивую работу до частоты 200кГц.

Дальнейшее увеличение частотного диапазона колебаний генератора при сохранении приемлемой линейности, можно осуществить, заменив триггерный каскад на ОУ на триггер Шмитта, выполненный на быстродействующем логическом элементе 74HC14, с временем задержки переключения — около 10нсек (Рис.4).

Рис.4

При использовании в интеграторе микросхемы AD826, запитанной двухполярным напряжением ±12В, диапазон высокой линейности треугольника составляет 0. 500кГц, при этом работоспособность генератора сохраняется до частот в несколько мегагерц. При питании микросхемы от однополярного источника +6В частотный диапазон сужается

в 2. 2,5 раза.
Амплитуда треугольных импульсов равна величине напряжения гистерезиса микросхемы 74HC14 и при Vcc=6В составляет ≈ 1,2В.

Содержание

Разнообразие простых схем на NE555
Размеры для разных типов корпусов
Структурная схема NE555
Электрические характеристики
Эксплуатационные характеристики
Металлодетектор на одной микросхеме
Видео работы этого металлодетектора
Преобразователь напряжения с 12В на 24В
Анимация игрушек
Генератор, управляемый светом
Музыкальная клавиатура
Таймер на 10 минут
Имитатор сигнализации автомобиля
Простой имитатор полицейской сирены
Звуковой генератор уровня жидкости
Конструкции на интегральном таймере 555
Путь в радиолюбительство начинается, как правило, с попытки сборки несложных схем. Если сразу же после сборки схема начинает подавать признаки жизни, — мигать, пищать, щелкать или разговаривать, то путь в радиолюбительство почти открыт. Насчет «разговаривать», скорее всего, получится не сразу, для этого придется прочитать немало книг, спаять и наладить некоторое количество схем, может быть, сжечь большую или маленькую кучу деталей (лучше маленькую). А вот мигалки и пищалки получаются практически у всех и сразу. И лучшего элемента, чем интегральный таймер NE555 найти для этих опытов, просто не удастся. Для начала рассмотрим схемы генераторов, но перед этим обратимся к фирменной документации — DATA SHEET. Прежде всего, обратим внимание на графическое начертание таймера, которое показано на рисунке 1. А на рисунке 2 показано изображение таймера из отечественного справочника. Здесь оно приведено просто для возможности сравнения обозначений сигналов у них и у нас, к тому же «наша» функциональная схема показана более подробно и понятно. Далее показаны еще два рисунка, позаимствованные из даташита. Ну, просто, как рекомендации фирмы производителя. Одновибратор на базе 555
Видео:Генератор на 555 с независимой регулировкой скважности от частоты Скачать
На рисунке 3 изображена схема одновибратора. Нет, это не половинка мультивибратора, хотя сам он вырабатывать колебания не может. Ему требуется посторонняя помощь, пусть даже небольшая. Рисунок 3. Схема одновибратора Логика действия одновибратора достаточно проста. На вход запуска 2 подается кратковременный импульс низкого уровня, как показано на рисунке. В результате на выходе 3 получается прямоугольный импульс длительностью ΔT = 1,1*R*C. Если подставить в формулу R в омах, а C в фарадах, то время T получится в секундах. Соответственно при килоомах и микрофарадах результат будет в миллисекундах. А на рисунке 4 показано, как сформировать запускающий импульс с помощью простой механической кнопки, хотя это вполне может быть полупроводниковый элемент, — микросхема или транзистор. В целом одновибратор (иногда называют моновибратор, а у бравых военных в ходу было слово кипп-реле) работает следующим образом. При нажатии на кнопку, импульс низкого уровня на выводе 2 приводит к тому, что на выходе таймера 3 устанавливается высокий уровень. Неспроста этот сигнал (вывод 2) в отечественных справочниках называется запуском. Транзистор, соединенный с выводом 7 (DISCHARGE) в этом состоянии закрыт. Поэтому, ничто не мешает заряжаться времязадающему конденсатору C. Во времена кипп-реле, конечно, никаких 555 не было, все делалось на лампах, в лучшем случае на дискретных транзисторах, но алгоритм работы был такой же. Пока конденсатор заряжается, на выходе удерживается напряжение высокого уровня. Если в это время на вход 2 подать еще импульс, состояние выхода не изменится, длительность выходного импульса таким образом уменьшить или увеличить нельзя, повторного запуска одновибратора не произойдет. Другое дело, если подать импульс сброса (низкий уровень) на 4 вывод. На выходе 3 сразу же появится низкий уровень. Сигнал «сброс» имеет высший приоритет, и поэтому может быть подан в любой момент. По мере заряда напряжение на конденсаторе возрастает, и, в конце концов, достигает уровня 2/3U. Как было рассказано в предыдущей статье, это есть уровень срабатывания, порог, верхнего компаратора, который приводит к сбросу таймера, что является окончанием выходного импульса. На выводе 3, появляется низкий уровень и в этот же момент открывается транзистор VT3, который разряжает конденсатор C. На этом формирование импульса заканчивается. Если после окончания выходного импульса, но не раньше, подать еще один запускающий импульс, то на выходе сформируется выходной, такой же, как и первый. Конечно, для нормальной работы одновибратора запускающий импульс должен быть короче, чем импульс, формирующийся на выходе. На рисунке 5 показан график работы одновибратора. Рисунок 5. График работы одновибратора Как можно использовать одновибратор? Или как говаривал кот Матроскин: «А какая от этого одновибратора польза будет?» Можно ответить, что достаточно большая. Дело в том, что диапазон выдержек времени, который можно получить от этого одновибратора, может достигать не только несколько миллисекунд, но и доходить до нескольких часов. Все зависит от параметров времязадающей RC цепочки. Вот, пожалуйста, почти готовое решение для освещения длинного коридора. Достаточно дополнить таймер исполнительным реле или нехитрой тиристорной схемой, а в концах коридора поставить пару кнопок! Кнопку нажал, прошел коридор, и не надо заботиться о выключении лампочки. Все произойдет автоматически по окончании выдержки времени. Ну, это просто информация к размышлению. Освещение в длинном коридоре, конечно, не единственный вариант применения одновибратора. Как проверить 555? Проще всего спаять несложную схему, для этого почти не понадобится навесных деталей, если не считать таковыми единственный переменный резистор и светодиод для индикации состояния выхода. У микросхемы следует соединить выводы 2 и 6 и подать на них напряжение, изменяемое переменным резистором. К выходу таймера можно подсоединить вольтметр или светодиод, конечно же, с ограничительным резистором. Но можно ничего и не паять, более того, провести опыты даже при «наличии отсутствия» собственно микросхемы. Подобные исследования можно проделать с помощью программы – симулятора Multisim. Конечно, такое исследование очень примитивно, но, тем не менее, позволяет познакомиться с логикой работы таймера 555. Результаты «лабораторной работы» показаны на рисунках 6, 7 и 8.
Видео:NE555 5 простых схем для начинающих радиолюбителей.Скачать
На этом рисунке можно увидеть, что входное напряжение регулируется переменным резистором R1. Около него можно рассмотреть надпись «Key = A», говорящую о том, что величину резистора можно изменять, нажимая клавишу A. Минимальный шаг регулировки 1%, вот только огорчает, что регулирование возможно лишь в сторону увеличения сопротивления, а уменьшение возможно только «мышкой». На этом рисунке резистор «уведен» до самой «земли», напряжение на его движке близко к нулю (для наглядности измеряется мультиметром). При таком положении движка на выходе таймера высокий уровень, поэтому выходной транзистор закрыт, и светодиод LED1 не светится, о чем говорят его белые стрелки. На следующем рисунке показано, что напряжение несколько увеличилось. Но увеличение происходило не просто так, а с соблюдением некоторых границ, а, именно, порогов срабатывания компараторов. Дело в том, что 1/3 и 2/3, если выразить в десятичных дробях в процентах будут 33,33… и 66,66… соответственно. Именно в процентах показана введенная часть переменного резистора в программе Multisim. При напряжении питания 12В это получится 4 и 8 вольт, что достаточно удобно для исследования. Так вот, на рисунке 6 показано, что резистор введен на 65%, а напряжение на нем 7,8В, что несколько меньше расчетных 8 вольт. При этом светодиод на выходе погашен, т.е. на выходе таймера до сих пор высокий уровень. Дальнейшее незначительное увеличение напряжения на входах 2 и 6, всего на 1 процент (меньше не дают возможности программы) приводит к зажиганию светодиода LED1, что и показано на рисунке 8, — стрелочки возле светодиода приобрели красный оттенок. Такое поведение схемы говорит о том, что симулятор Multisim работает достаточно точно. Если продолжить увеличивать напряжение на выводах 2 и 6, то никакого изменения на выходе таймера не произойдет. Генераторы на таймере 555 Диапазон частот, генерируемый таймером, достаточно широк: от самой низкой частоты, период которой может достигать нескольких часов, до частот в несколько десятков килогерц. Все зависит от элементов времязадающей цепи. Если не требуется строго прямоугольная форма сигнала, то можно сгенерировать частоту до нескольких мегагерц. Иногда такое вполне допускается, — форма не важна, но импульсы присутствуют. Чаще всего такая небрежность по поводу формы импульсов допускается в цифровой технике. Например, счетчик импульсов реагирует на фронт или спад импульса. Согласитесь, в этом случае «прямоугольность» импульса никакого значения не имеет. Генератор импульсов формы меандр Один из возможных вариантов генератора импульсов формы меандр показан на рисунке 9. Рисунок 9. Схема генераторов импульсов формы меандр Временные диаграммы работы генератора показаны на рисунке 10. Рисунок 10. Временные диаграммы работы генератора Верхний график иллюстрирует сигнал на выходе (вывод 3) таймера. А на нижнем графике показано, как изменяется напряжение на времязадающем конденсаторе. Все происходит точно так же, как уже было рассмотрено в схеме одновибратора показанной на рисунке 3, только не используется запускающий одиночный импульс на выводе 2. Дело в том, что при включении схемы на конденсаторе C1 напряжение равно нулю, именно оно и переведет выход таймера в состояние высокого уровня, как показано на рисунке 10. Конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1. Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненте до тех пор, пока не достигнет порога верхнего порога срабатывания 2/3*U. В результате таймер переключается в нулевое состояние, поэтому конденсатор C1 начинает разряжаться до нижнего порога срабатывания 1/3*U. По достижении этого порога на выходе таймера устанавливается высокий уровень и все начинается сначала. Формируется новый период колебаний. Здесь следует обратить внимание на то, что конденсатор C1 заряжается и разряжается через один и тот же резистор R1. Поэтому время заряда и разряда равны, а, следовательно, форма колебаний на выходе такого генератора близка к меандру.
Видео:Простой управляемый генератор прямоугольных импульсов на NE555Скачать
Частота колебаний такого генератора описывается очень сложной формулой f = 0,722/(R1*C1). Если сопротивление резистора R1 при расчетах указать в Омах, а емкость конденсатора C1 в Фарадах, то частота получится в Герцах. Если же в этой формуле сопротивление будет выражено в килоомах (КОм), а емкость конденсатора в микрофарадах (мкФ) результат получится в килогерцах (КГц). Чтобы получился генератор с регулируемой частотой, то достаточно резистор R1 заменить переменным. Генератор импульсов с регулируемой скважностью Меандр, конечно, хорошо, но иногда возникают ситуации, требующие регулирования скважности импульсов. Именно так осуществляется регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока (ШИМ регуляторы), это которые с постоянным магнитом. Меандром называют прямоугольные импульсы, у которых время импульса (высокий уровень t1) равно времени паузы (низкий уровень t2). Такое название в электронику пришло из архитектуры, где меандром называют рисунок кирпичной кладки. Суммарное время импульса и паузы называют периодом импульса (T = t1 + t2). Скважность и Duty cycle Отношение периода импульса к его длительности S = T/t1 называется скважностью. Это величина безразмерная. У меандра этот показатель равен 2, поскольку t1 = t2 = 0,5*T. В англоязычной литературе вместо скважности чаще применяется обратная величина, — коэффициент заполнения (англ. Duty cycle) D = 1/S, выражается в процентах. Если несколько усовершенствовать генератор, показанный на рисунке 9, можно получить генератор с регулируемой скважностью. Схема такого генератора показана на рисунке 11. В этой схеме заряд конденсатора C1 происходит по цепи R1, RP1, VD1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет верхнего порога 2/3*U, таймер переключается в состояние низкого уровня и конденсатор C1 разряжается по цепи VD2, RP1, R1 до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до нижнего порога 1/3*U, после чего цикл повторяется. Изменение положения движка RP1 дает возможность регулировать длительность заряда и разряда: если длительность заряда возрастает, то уменьшается время разряда. При этом период следования импульса остается неизменным, меняется только скважность, или коэффициент заполнения. Ну, это как кому удобней. На основе таймера 555 можно сконструировать не только генераторы, но и еще много полезных устройств, о которых будет рассказано в следующей статье. Кстати, существуют программы – калькуляторы для расчета частоты генераторов на таймере 555, а в программе – симуляторе Multisim для этих целей есть специальная закладка.
🔥 Видео

Разнообразие простых схем на NE555

Микросхема NE555 (аналог КР1006ВИ1) — универсальный таймер, предназначена для генерации одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Она не дорогая и широко используется в различных радиолюбительских схемах. На ней можно собрать различные генераторы, модуляторы, преобразователи, реле времени, пороговых устройств и прочих узлов электронной аппаратуры…

Размеры для разных типов корпусов

КОРПУС — РАЗМЕРЫ
PDIP (8) — 9.81 мм × 6.35 мм
SOP — (8) — 6.20 мм× 5.30 мм
TSSOP (8) — 3.00 мм× 4.40 мм
SOIC (8) — 4.90 мм× 3.91 мм

Структурная схема NE555

Электрические характеристики

ПАРАМЕТР	УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ		SE555			NA555 NE555 SA555			ЕД. ИЗМ.
ПАРАМЕТР	УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ		MIN	TYP	MAX	MIN	TYP	MAX	ЕД. ИЗМ.
Уровень напряжения на выводе THRES	V_CC = 15 В	9.4	10	10.6	8.8	10	11.2	В
Уровень напряжения на выводе THRES	V_CC = 5 В	2.7	3.3	4	2.4	3.3	4.2	В
Ток (1) через вывод THRES	30	250	30	250	нA
Уровень напряжения на выводеTRIG	V_CC = 15 В	4.8	5	5.2	4.5	5	5.6	В
	V_CC = 15 В	T_A = от –55°C до 125°C	3	6
	V_CC = 5 В	1.45	1.67	1.9	1.1	1.67	2.2
	V_CC = 5 В	T_A = от –55°C до 125°C	1.9
Ток через вывод TRIG	при 0 В на TRIG	0.5	0.9	0.5	2	мкA
Уровень напряжения на выводе RESET	0.3	0.7	1	0.3	0.7	1	В
Уровень напряжения на выводе RESET	T_A = от –55°C до 125°C	1.1					В
Ток через вывод RESET	при V_CC на RESET	0.1	0.4	0.1	0.4	мA
Ток через вывод RESET	при 0 В на RESET	–0.4	–1	–0.4	–1.5	мA
Переключающий ток на DISCH в закрытом состоянии	20	100	20	100	нA
Переключающее напряжение на DISCH в открытом состоянии	V_CC = 5 В, I_O = 8 мA	0.15	0.4	В
Напряжение на CONT	V_CC = 15 В	9.6	10	10.4	9	10	11	В
	V_CC = 15 В	T_A = от –55°C до 125°C	9.6	10.4
	V_CC = 5 В	2.9	3.3	3.8	2.6	3.3	4
	V_CC = 5 В	T_A = от –55°C до 125°C	2.9	3.8
Низкий уровень напряжения на выходе	V_CC = 15 В, I_OL = 10 мA	0.1	0.15	0.1	0.25	В
	V_CC = 15 В, I_OL = 10 мA	T_A = от –55°C до 125°C	0.2
	V_CC = 15 В, I_OL = 50 мА	0.4	0.5	0.4	0.75
	V_CC = 15 В, I_OL = 50 мА	T_A = от –55°C до 125°C	1
	V_CC = 15 В, I_OL = 100 мА	2	2.2	2	2.5
	V_CC = 15 В, I_OL = 100 мА	T_A = от –55°C до 125°C	2.7
	V_CC = 15 В, I_OL = 200 мA		2.5	2.5
	V_CC = 5 В, I_OL = 3.5 мA	T_A = от –55°C до 125°C	0.35
	V_CC = 5 В, I_OL = 5 мA	0.1	0.2	0.1	0.35
	V_CC = 5 В, I_OL = 5 мA	T_A = от –55°C до 125°C	0.8
	V_CC = 5 В, I_OL = 8 мA		0.15	0.25	0.15		0.4
Высокий уровень напряжения на выходе	V_CC = 15 В, I_OH = –100 мA	13	13.3	12.75	13.3	В
	V_CC = 15 В, I_OH = –100 мA	T_A = от –55°C до 125°C	12
	V_CC = 15 В, I_OH = –200 мA		12.5	12.5
	V_CC = 5 В, I_OH = –100 мA	3	3.3	2.75	3.3
	V_CC = 5 В, I_OH = –100 мA	T_A = от –55°C до 125°C	2
Потребляемый ток	Низкий уровень на выходе, без нагрузки	V_CC = 15 В	10	12	10	15	мA
	Низкий уровень на выходе, без нагрузки	V_CC = 5 В	3	5	3	6
	Низкий уровень на выходе, без нагрузки	V_CC = 15 В	9	10	9	13
	Низкий уровень на выходе, без нагрузки	V_CC = 5 В	2	4	2	5

(1) Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов R_A и R_B в цепи Рис. 12. Для примера, когда V_CC = 5 V R = R_A + R_B ≉ 3.4 МОм, и для V_CC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.

Эксплуатационные характеристики

ПАРАМЕТР		УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ (2)	SE555			NA555 NE555 SA555			ЕД. ИЗМ.
ПАРАМЕТР		УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ (2)	МИН.	ТИП.	МАКС.	МИН.	ТИП.	МАКС.	ЕД. ИЗМ.
Начальная погрешность

интервалов времени (3)Каждый таймер, моностабильный (4)T_A = 25°C0.51.5 (1)13%Каждый таймер, астабильный (5)1.52.25Температурный коэффициент временного интервалаКаждый таймер, моностабильный (4)T_A = MIN to MAX30100 (1)50ppm/
°CКаждый таймер, астабильный (5)90150Изменение временного интервала от напряжения питанияКаждый таймер, моностабильный (4)T_A = 25°C0.050.2 (1)0.10.5%/VКаждый таймер, астабильный (5)0.150.3Время нарастания выходного импульсаC_L = 15 пФ,
T_A = 25°C100200 (1)100300нсВремя спада выходного импульсаC_L = 15 пФ,
T_A = 25°C100200 (1)100300нс

(1) Соответствуют стандарту MIL-PRF-38535, эти параметры не проходили производственные испытания.

(2) Для условий указанных как Мин. и Макс. , используют соответствующее значение, указанное в рекомендуемых условиях эксплуатации.

(3) Погрешность интервала времени определяется как разность между измеренным значением и средним значением случайной выборки из каждого процесса .

(4) Значения указаны для моностабильной схемы со следующими значениями компонентов R_A = 2 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.

(5) Значения указаны для астабильной схемы со следующими значениями компонентов R_A = 1 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.

Металлодетектор на одной микросхеме

Диаметр катушки 70-90 мм, 250-290 витков провода в лаковой изоляции (ПЭЛ, ПЭВ…), диаметром 0,2-0,4 мм.

Вместо динамика можно использовать наушники или пьезоизлучатель.

Схема простая и предназначена рекомендована начинающим радиолюбителям. Так как схема данного металлодектора простая, поэтому и расстояние обнаружения металла тоже будет небольшое.

Видео работы этого металлодетектора

Преобразователь напряжения с 12В на 24В

Анимация игрушек

Совместно со счётчиком 4017 и 555 можно сделать «бегущий огонь» для анимации какой нибудь игрушки или сувенира. При включении питания начинает работать генератор на 555 всего несколько минут, затем выключается. При этом ток потребления падает — батареек хватит на долго. Время выставляется переменным резистором 500 кОм.

Генератор, управляемый светом

Темно- детектор с LM555 . Эта схема будет генерировать звук когда свет падает на фотодатчик Cds .

Эта схема генерирует сигнал тревоги, когда на ЛДР датчик попадает свет солнца, огня или лампы . А на 555 собран мультивибратор частотой генерации около 1 кГц при обнаружении света . Датчика при воздействии света замыкает цепь и 555 генерирует колебания около 1 кГц через открытый транзистор BC158 .

Музыкальная клавиатура

Очень простой музыкальный инструмент (клавиатуру) для воспроизведения музыки можно сделать с помощью чипа 555. Можно собрать необычный музыкальный инструмент на фото выше. В качестве клавиатуры используется графит и лист бумаги с нотами представлены как дырки в бумаге.

Такая же схема, но с обычными резисторами и кнопками.

Таймер на 10 минут

Запускается таймер кнопкой S1 после 10 мин. попеременно мигают светодиоды LED1 и LED2. Время задаётся резистором 550 кОм и конденсатором 150 мкф.

Имитатор сигнализации автомобиля

Светодиод мигает, как будто в автомобиле установлена сигнализация. Светодиод установить на видном месте. Воришка увидит, что машина под сигнализацией и обойдёт её стороной 🙂

Простой имитатор полицейской сирены

Схема собрана на макетной плате.

Видео:[Обзор] Генератор импульсов на NE555Скачать

На двух NE555 можно сделать простой генератор полицейской сирены. Рекомендуются Вам сделать следующее параметры таймера R1=68 кОм (timer №1) настроен в режим медленной генерации и таймер с R4=10 кОм (timer №2) настроен в режиме быстрой генерации. М ожете изменять характеристики время таймера. Выходная частота изменяется посредством цепи резисторов R1, R2 и C1 для компонент timer №1 и R4, R5 и С3 для timer №2.

Похожая схема ниже с транзистором на выходе :

Звуковой генератор уровня жидкости

Вы можете использовать эту схему контроля уровня воды для сигнализации в любом месте как индикатор уровня воды, например в резервуарах , баках, бассейнах или в любом другом месте .

Это далеко не все возможности микросхемы-таймера. Посмотрите также видео работы микросхемы.

Конструкции на интегральном таймере 555

Путь в радиолюбительство начинается, как правило, с попытки сборки несложных схем. Если сразу же после сборки схема начинает подавать признаки жизни, — мигать, пищать, щелкать или разговаривать, то путь в радиолюбительство почти открыт. Насчет «разговаривать», скорее всего, получится не сразу, для этого придется прочитать немало книг, спаять и наладить некоторое количество схем, может быть, сжечь большую или маленькую кучу деталей (лучше маленькую).

А вот мигалки и пищалки получаются практически у всех и сразу. И лучшего элемента, чем интегральный таймер NE555 найти для этих опытов, просто не удастся. Для начала рассмотрим схемы генераторов, но перед этим обратимся к фирменной документации — DATA SHEET. Прежде всего, обратим внимание на графическое начертание таймера, которое показано на рисунке 1.

А на рисунке 2 показано изображение таймера из отечественного справочника. Здесь оно приведено просто для возможности сравнения обозначений сигналов у них и у нас, к тому же «наша» функциональная схема показана более подробно и понятно.

Далее показаны еще два рисунка, позаимствованные из даташита. Ну, просто, как рекомендации фирмы производителя.

Одновибратор на базе 555

На рисунке 3 изображена схема одновибратора. Нет, это не половинка мультивибратора, хотя сам он вырабатывать колебания не может. Ему требуется посторонняя помощь, пусть даже небольшая.

Рисунок 3. Схема одновибратора

Логика действия одновибратора достаточно проста. На вход запуска 2 подается кратковременный импульс низкого уровня, как показано на рисунке. В результате на выходе 3 получается прямоугольный импульс длительностью ΔT = 1,1*R*C. Если подставить в формулу R в омах, а C в фарадах, то время T получится в секундах. Соответственно при килоомах и микрофарадах результат будет в миллисекундах.

А на рисунке 4 показано, как сформировать запускающий импульс с помощью простой механической кнопки, хотя это вполне может быть полупроводниковый элемент, — микросхема или транзистор.

В целом одновибратор (иногда называют моновибратор, а у бравых военных в ходу было слово кипп-реле) работает следующим образом. При нажатии на кнопку, импульс низкого уровня на выводе 2 приводит к тому, что на выходе таймера 3 устанавливается высокий уровень. Неспроста этот сигнал (вывод 2) в отечественных справочниках называется запуском.

Транзистор, соединенный с выводом 7 (DISCHARGE) в этом состоянии закрыт. Поэтому, ничто не мешает заряжаться времязадающему конденсатору C. Во времена кипп-реле, конечно, никаких 555 не было, все делалось на лампах, в лучшем случае на дискретных транзисторах, но алгоритм работы был такой же.

Пока конденсатор заряжается, на выходе удерживается напряжение высокого уровня. Если в это время на вход 2 подать еще импульс, состояние выхода не изменится, длительность выходного импульса таким образом уменьшить или увеличить нельзя, повторного запуска одновибратора не произойдет.

Другое дело, если подать импульс сброса (низкий уровень) на 4 вывод. На выходе 3 сразу же появится низкий уровень. Сигнал «сброс» имеет высший приоритет, и поэтому может быть подан в любой момент.

По мере заряда напряжение на конденсаторе возрастает, и, в конце концов, достигает уровня 2/3U. Как было рассказано в предыдущей статье, это есть уровень срабатывания, порог, верхнего компаратора, который приводит к сбросу таймера, что является окончанием выходного импульса.

На выводе 3, появляется низкий уровень и в этот же момент открывается транзистор VT3, который разряжает конденсатор C. На этом формирование импульса заканчивается. Если после окончания выходного импульса, но не раньше, подать еще один запускающий импульс, то на выходе сформируется выходной, такой же, как и первый.

Конечно, для нормальной работы одновибратора запускающий импульс должен быть короче, чем импульс, формирующийся на выходе.

На рисунке 5 показан график работы одновибратора.

Рисунок 5. График работы одновибратора

Как можно использовать одновибратор?

Или как говаривал кот Матроскин: «А какая от этого одновибратора польза будет?» Можно ответить, что достаточно большая. Дело в том, что диапазон выдержек времени, который можно получить от этого одновибратора, может достигать не только несколько миллисекунд, но и доходить до нескольких часов. Все зависит от параметров времязадающей RC цепочки.

Вот, пожалуйста, почти готовое решение для освещения длинного коридора. Достаточно дополнить таймер исполнительным реле или нехитрой тиристорной схемой, а в концах коридора поставить пару кнопок! Кнопку нажал, прошел коридор, и не надо заботиться о выключении лампочки. Все произойдет автоматически по окончании выдержки времени. Ну, это просто информация к размышлению. Освещение в длинном коридоре, конечно, не единственный вариант применения одновибратора.

Как проверить 555?

Проще всего спаять несложную схему, для этого почти не понадобится навесных деталей, если не считать таковыми единственный переменный резистор и светодиод для индикации состояния выхода.

Видео:Генератор прямоугольных импульсов .Таймер 555 и катушка.Скачать

У микросхемы следует соединить выводы 2 и 6 и подать на них напряжение, изменяемое переменным резистором. К выходу таймера можно подсоединить вольтметр или светодиод, конечно же, с ограничительным резистором.

Но можно ничего и не паять, более того, провести опыты даже при «наличии отсутствия» собственно микросхемы. Подобные исследования можно проделать с помощью программы – симулятора Multisim. Конечно, такое исследование очень примитивно, но, тем не менее, позволяет познакомиться с логикой работы таймера 555. Результаты «лабораторной работы» показаны на рисунках 6, 7 и 8.

На этом рисунке можно увидеть, что входное напряжение регулируется переменным резистором R1. Около него можно рассмотреть надпись «Key = A», говорящую о том, что величину резистора можно изменять, нажимая клавишу A. Минимальный шаг регулировки 1%, вот только огорчает, что регулирование возможно лишь в сторону увеличения сопротивления, а уменьшение возможно только «мышкой».

На этом рисунке резистор «уведен» до самой «земли», напряжение на его движке близко к нулю (для наглядности измеряется мультиметром). При таком положении движка на выходе таймера высокий уровень, поэтому выходной транзистор закрыт, и светодиод LED1 не светится, о чем говорят его белые стрелки.

На следующем рисунке показано, что напряжение несколько увеличилось.

Но увеличение происходило не просто так, а с соблюдением некоторых границ, а, именно, порогов срабатывания компараторов. Дело в том, что 1/3 и 2/3, если выразить в десятичных дробях в процентах будут 33,33… и 66,66… соответственно. Именно в процентах показана введенная часть переменного резистора в программе Multisim. При напряжении питания 12В это получится 4 и 8 вольт, что достаточно удобно для исследования.

Так вот, на рисунке 6 показано, что резистор введен на 65%, а напряжение на нем 7,8В, что несколько меньше расчетных 8 вольт. При этом светодиод на выходе погашен, т.е. на выходе таймера до сих пор высокий уровень.

Дальнейшее незначительное увеличение напряжения на входах 2 и 6, всего на 1 процент (меньше не дают возможности программы) приводит к зажиганию светодиода LED1, что и показано на рисунке 8, — стрелочки возле светодиода приобрели красный оттенок. Такое поведение схемы говорит о том, что симулятор Multisim работает достаточно точно.

Если продолжить увеличивать напряжение на выводах 2 и 6, то никакого изменения на выходе таймера не произойдет.

Генераторы на таймере 555

Диапазон частот, генерируемый таймером, достаточно широк: от самой низкой частоты, период которой может достигать нескольких часов, до частот в несколько десятков килогерц. Все зависит от элементов времязадающей цепи.

Если не требуется строго прямоугольная форма сигнала, то можно сгенерировать частоту до нескольких мегагерц. Иногда такое вполне допускается, — форма не важна, но импульсы присутствуют. Чаще всего такая небрежность по поводу формы импульсов допускается в цифровой технике. Например, счетчик импульсов реагирует на фронт или спад импульса. Согласитесь, в этом случае «прямоугольность» импульса никакого значения не имеет.

Генератор импульсов формы меандр

Один из возможных вариантов генератора импульсов формы меандр показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема генераторов импульсов формы меандр

Временные диаграммы работы генератора показаны на рисунке 10.

Рисунок 10. Временные диаграммы работы генератора

Верхний график иллюстрирует сигнал на выходе (вывод 3) таймера. А на нижнем графике показано, как изменяется напряжение на времязадающем конденсаторе.

Все происходит точно так же, как уже было рассмотрено в схеме одновибратора показанной на рисунке 3, только не используется запускающий одиночный импульс на выводе 2.

Дело в том, что при включении схемы на конденсаторе C1 напряжение равно нулю, именно оно и переведет выход таймера в состояние высокого уровня, как показано на рисунке 10. Конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1.

Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненте до тех пор, пока не достигнет порога верхнего порога срабатывания 2/3*U. В результате таймер переключается в нулевое состояние, поэтому конденсатор C1 начинает разряжаться до нижнего порога срабатывания 1/3*U. По достижении этого порога на выходе таймера устанавливается высокий уровень и все начинается сначала. Формируется новый период колебаний.

Здесь следует обратить внимание на то, что конденсатор C1 заряжается и разряжается через один и тот же резистор R1. Поэтому время заряда и разряда равны, а, следовательно, форма колебаний на выходе такого генератора близка к меандру.

Частота колебаний такого генератора описывается очень сложной формулой f = 0,722/(R1*C1). Если сопротивление резистора R1 при расчетах указать в Омах, а емкость конденсатора C1 в Фарадах, то частота получится в Герцах. Если же в этой формуле сопротивление будет выражено в килоомах (КОм), а емкость конденсатора в микрофарадах (мкФ) результат получится в килогерцах (КГц). Чтобы получился генератор с регулируемой частотой, то достаточно резистор R1 заменить переменным.

Генератор импульсов с регулируемой скважностью

Меандр, конечно, хорошо, но иногда возникают ситуации, требующие регулирования скважности импульсов. Именно так осуществляется регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока (ШИМ регуляторы), это которые с постоянным магнитом.

Меандром называют прямоугольные импульсы, у которых время импульса (высокий уровень t1) равно времени паузы (низкий уровень t2). Такое название в электронику пришло из архитектуры, где меандром называют рисунок кирпичной кладки. Суммарное время импульса и паузы называют периодом импульса (T = t1 + t2).

Скважность и Duty cycle

Отношение периода импульса к его длительности S = T/t1 называется скважностью. Это величина безразмерная. У меандра этот показатель равен 2, поскольку t1 = t2 = 0,5*T. В англоязычной литературе вместо скважности чаще применяется обратная величина, — коэффициент заполнения (англ. Duty cycle) D = 1/S, выражается в процентах.

Видео:Задающий генератор на микросхеме NE555Скачать

Если несколько усовершенствовать генератор, показанный на рисунке 9, можно получить генератор с регулируемой скважностью. Схема такого генератора показана на рисунке 11.

В этой схеме заряд конденсатора C1 происходит по цепи R1, RP1, VD1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет верхнего порога 2/3*U, таймер переключается в состояние низкого уровня и конденсатор C1 разряжается по цепи VD2, RP1, R1 до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до нижнего порога 1/3*U, после чего цикл повторяется.

Изменение положения движка RP1 дает возможность регулировать длительность заряда и разряда: если длительность заряда возрастает, то уменьшается время разряда. При этом период следования импульса остается неизменным, меняется только скважность, или коэффициент заполнения. Ну, это как кому удобней.

На основе таймера 555 можно сконструировать не только генераторы, но и еще много полезных устройств, о которых будет рассказано в следующей статье. Кстати, существуют программы – калькуляторы для расчета частоты генераторов на таймере 555, а в программе – симуляторе Multisim для этих целей есть специальная закладка.