Аналоговые таймеры (стр. 3 из 5)

1.4.Особенности применения и основные параметры

программируемого таймера.

Программируемые таймеры со встроенными счетчиками обеспечивают такую же точность формирования временных интервалов, как и однотактные. Однако диапазон, в котором обеспечивается эта точность, расширен от единиц микросекунд до нескольких суток.

Назначение выводов программируемого таймера следует из его функциональной схемы (рис. 1.4). Основное напряжение питания, подаваемое на вывод 16 и измеряемое относительно вывода 9 равно 4-15 В. Приращение потребляемого таймером тока на 1 В увеличения напряжения U_ai равно 1 мА. При напряжении питания 4,5 В внутренний источник стабилизированного напряжения U_ny, перестает работать, поэтому выводы 15 и 16 следует объединить, чтобы обеспечить нормальную работу счетчика. Максимальный ток, который выходы счетчика (выводы 1-8) могут принимать от нагрузки, не должен превышать 5 мА. Допустимое изменение напряжения на выводах 1-8 лежит в пределах 0-15 В. Запуск таймера осуществляется положительным фронтом импульса, подаваемого на вывод 11 управляющего триггера. В момент запуска напряжения на выводах 1-8 начинают изменяться в соответствии с временной диаграммой (рис. 1.6). Соединением выводов 1-8 обеспечивается выполнение на выходе логической функции проводное ИЛИ. Таймер не воспринимает следующий импульс запуска, поступивший в течение формирования установленного заранее временного интервала. Сброс таймера осуществляется положительным фронтом импульса, подаваемого на вывод 10. В момент подачи импульса сброса транзисторы VT4-VT12 (рис. 1.4) закрываются. Для управления таймером по выводам 10, 11 необходимы импульсы с логическими уровнями, соответствующими ТТЛ-схемам, и с длительностью более 1,5 мкс.

Выход внутреннего однотактного таймера (вывод 14) необходимо подключать через резистор с сопротивлением более 20 кОм к шине стабилизированного внутреннего источника напряжения питания. Вывод 14

можно использовать и в качестве автономного входа /счетчика, работающего от внешних импульсов. Для этого необходимо закрыть транзистор VT2, заземлив, например, вывод 13 через резистор с сопротивлением 1 кОм. В этом случае счетчик срабатывает по спаду положительных импульсов, подаваемых на вывод 14. Этот вывод может использоваться и в качестве дополнительной цепи управления работой счетчика. Счет прекращается независимо от состояния транзистора VT2, если вывод 14 заземлить. Для управления по выводу 14 необходимы ТТЛ-уровни напряжений.

Внутренний однотактный таймер генерирует импульсы длительностью около 0,35 мкс с частотой, равной \/=R_tC_f. Времязадающая цепь включается между выводами 9 и 16, а ее средняя точка соединяется с выводом 13. Максимальная частота генерируемых импульсов равна 130 кГц (при Rt = 1кОм, C_t = 0,007 мкФ). Не рекомендуется устанавливать частоту меньше 10^-4 Гц (R=10МОм, С=10³ мкФ). В то же время счетчик может работать от внешних сигналов с частотой до 1,5 МГц.

Как и в однотактном таймере, в программируемом имеется вывод от внутреннего резисторного делителя. Это позволяет управлять работой счетчика с помощью аналогового сигнала, подаваемого на вывод 12.

Таймер спроектирован таким образом, что в момент включения его напряжения питания производится автоматический самосброс счетчика, если на выводах 10 и 11 напряжения около 0 В. Цепи сброса и запуска не равносильны при управлении триггером D10. Если одновременно поданы положительные импульсы на выводы 10 и 11, то управляющий триггер D10 отреагирует только на импульс запуска.

При разомкнутой цепи обратной связи с выходов счетчика на вывод 10 таймер работает в режиме мультивибратора, генерирующего непрерывные последовательности выходных импульсов после подачи на вывод 11 положительного импульса. Если цепь обратной связи замкнута, то после подачи положительного импульса на вывод 11 таймер генерирует последовательности выходных импульсов до прихода первого положительного импульса на вывод 10 .

Глава 2. Проектирование схемы таймера

2.1. Расчет возможности перекрытия диапазона 1:60.

Предварительный анализ литературных источников показал, что базовым элементом для создания устройства, технические характеристики которого описаны в формулировке задания наиболее рациональным будет использование микросхемы КР1006ВИ1.

Для дальнейшей работы по проектированию необходимо произвести некоторые предварительные расчеты.

Определим возможность регулировки величины интервала времени 1 сек – 60 сек при помощи изменения величины только одного из времязадающих резисторов без применения переключения диапазонов. В этом случае:

= 60,

где Т_max= 60 сек, Т_min = 1сек.

Поскольку период Т генерируемых таймером, включенным в режиме мультивибратора (рис. 2.1) колебаний равен

Т = 0.685(R_A1+ 2R_B1)C, (2.1)

то

60 =

, (2.2).

где R_A1, R_B1 – значения времязадающих резисторов в конце диапазона (максимальные значения).

R_A2, R_B2 - значения времязадающих резисторов в начале диапазона (минимальные значения).

Анализ формулы (1) показывает, что более выгодно для увеличения интервала регулировки в пределах одного диапазона изменять не величину R_A , а величину R_B .

Поскольку было оговорено наличие только одного элемента регулировки, положим R_A1=R_A2. Начальное значение R_B следует выбрать достаточно большим для достижения большого диапазона перекрытия. Для проволочных переменных резисторов наибольший номинал – 47 кОм, остановимся на этом значении.

Что касается величины R_B2 – то это величина дополнительного (тоже проволочного) постоянного или подстроенного резистора, включённого последовательного с переменным резистором R_B.

Преобразуем уравнение (2.2) к виду

R_A1 + 2R_B1 = 60R_A2 + 120R_B2

при, поскольку R_A1 = R_A2 = R_A, aR_B1 = 47KОм

R_A + 94 = 60R_A+120R_B2

откуда

R_B2=

=

Из этой формулы видно, что величина R_A не может превышать значения 1,5932 кОм (числитель становится отрицательным).

Заметим также, что при приближении номинала R_A к этому значению разность потенциалов между видами 7 и 6 + 2 стремится к нулю, что может вызвать затруднения в работе мультивибратора. Придав величине R_A ряд значений, далёких от критического значения 1,59 кОм, рассчитаем соответствующие значения R_B2.

При R_A =1.5 кОм - R_B2 =0.0458 кОм

при R_A = 1.2 кОм - R_B2 = 0.19(3) кОм

при R_A = 0.82 кОм - R_B2 = 0.3802 кОм

при R_A = 0.75 кОм - R_B2 = 0.4145 кОм

при R_A = 0.68 кОм - R_B2 = 0.449 кОм

при R_A = 0.51 кОм - R_B2 = 0.5326 кОм

Остановимся на значении R_А = 0.82 Ком, поскольку ему соответствует значение R_В2=0.3802 кОм, что довольноблизко к стандартному номиналу резисторов 390 Ом. Если воспользоваться построечным резистором в 390 Ом, то его легко подрегулировать под точное значение R_В2.

Определим емкость времязадающего конденсатора, исходя из формулы (2.1). Поскольку его значение одинаково для всех точек выбранного диапазона, зададимся минимальным значением R_В, которому отвечает период в 1 сек.

Поскольку

Т=0.685(R_А+2R_В)С

то при Т= 1сек

с =

При 923,9 мкФ.

Столь большое значение ёмкости встречается только у электролитических конденсаторов, которые, обладая большой утечкой, сильной зависимостью ёмкости от температуры и заметным „старением” (изменением значения ёмкости со временем) абсолютно не подходят в роли частотозадающего элемента. В качестве такового желательно использовать керамический конденсатор с минимальным (желательно – отрицательным) значением температурного коэффициента ёмкости. Однако на такие большие номиналы они не выпускаются.

2.2 Разработка схемы допускающей применение времязадающего

конденсатора меньшей емкости.

Выход из положения может быть найден за счёт усложнения схемы таймера, подсоединив к выходу микросхемы К1006ВИ1 включенной по схеме мультивибратора (Рис 2.1) делитель частоты, коэффициент деления которого подобран так, что на его выходе присутствуют прямоугольные колебания, частота которых будет изменяться в пределах 1 Гц –

Гц при соответствующей регулировке частоты, генерируемой мультивибратором.

Как видно из соответствующих формул, уменьшение периода в тысячу раз приведёт к уменьшению ёмкости частотозадающего конденсатора также в 1000 раз, тогда его ёмкость должна быть равной 923,9 нФ.

Задавшись стандартным значением ёмкости C_cт, можно вычислить значение коэффициента пересчёта счётчика, используемого в делителе D.