Формирователи и генераторы импульсов справочник по микросхемам ттл и кмоп любительская радиоэлектроника. Генератор на базе таймера NE555 Подключение генератора импульсов

Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.

Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.

Автоколебательные транзисторные приборы

Генератор на транзисторе разделяют на несколько видов:

• по частотному диапазону выдаваемого сигнала;
• по типу выдаваемого сигнала;
• по алгоритму действия.

Частотный диапазон принято подразделять на следующие группы:

• 30 Гц-300 кГц – низкий диапазон, обозначается нч;
• 300 кГц-3 МГц – средний диапазон, обозначается сч;
• 3-300 МГц – высокий диапазон, обозначается вч;
• более 300 МГц – сверхвысокий диапазон, обозначается свч.

Так подразделяют диапазоны радиолюбители. Для звуковых частот используют промежуток 16 Гц-22 кГц и тоже делят его на низкие, средние и высокие группы. Эти частоты присутствуют в любом бытовом приёмнике звука.

Следующее разделение – по виду выдаваемого сигнала:

• синусоидальный – происходит выдача сигнала по синусоиде;
• функциональный – на выходе у сигналов появляется специально заданная форма, например, прямоугольная или треугольная;
• генератор шума – на выходе наблюдается равномерный диапазон частот; диапазоны могут быть различны, в зависимости от нужд потребителя.

Транзисторные усилители различаются по алгоритму действия:

• RC – основная область применения – низкий диапазон и звуковые частоты;
• LC – основная область применения – высокие частоты;
• Блокинг-генератор – используется для производства сигналов-импульсов с большой скважностью.

Изображение на электрических схемах

Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.

Дополнительная информация. Эдвин Генри Колпитц – руководитель отдела инноваций «Вестерн Электрик» в начале прошлого века. Был пионером в разработке усилителей сигнала. Впервые произвёл радиотелефон, позволяющий разговаривать через Атлантику.

Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.

Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.

Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.

Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.

В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.

Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.

Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

Дополнительная информация. Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.

Функциональный транзисторный генератор

Функциональные генераторы на транзисторах автоколебания изобретены для производства методично повторяющихся сигналов-импульсов заданной формы. Форма их задаётся функцией (название всей группы подобных генераторов появилось вследствие этого).

Различают три основных вида импульсов:

• прямоугольные;
• треугольные;
• пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов. Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

Получение пилообразных и треугольных сигналов происходит путём добавления в типовую схему с прямоугольными импульсами на выходе дополнительной цепочки. В зависимости от характеристик этой дополнительной цепочки, прямоугольные импульсы преобразуются в треугольные или пилообразные.

Блокинг-генератор

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников. Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Генераторы импульсов на полевых транзисторах

Главное отличие полевых транзисторов – сопротивление на входе соизмеримо с сопротивлением электронных ламп. Схемы Колпитца и Хартли можно собирать и на полевых транзисторах, только катушки и конденсаторы необходимо подбирать с соответствующими техническими характеристиками. В противном случае генераторы на полевых транзисторах работать не будут.

Цепи, задающие частоту, подчиняются таким же законам. Для производства высокочастотных импульсов лучше приспособлен обычный прибор, собранный с использованием полевых транзисторов. Полевой транзистор не шунтирует индуктивность в схемах, поэтому генераторы вч сигнала работают более стабильно.

Регенераторы

LC-контур у генератора можно заменить путём добавления активного и отрицательного резистора. Это регенеративный путь получения усилителя. Такая схема обладает положительной обратной связью. Благодаря этому происходит компенсация потерь в колебательном контуре. Описанный контур называется регенерированным.

Генератор шума

Главное отличие – равномерная характеристика нч и вч частот в требуемом диапазоне. Это означает, что амплитудная характеристика всех частот этого диапазона не будет отличаться. Используются преимущественно в аппаратуре для измерений и в военной отрасли (особенно самолёто,- и ракетостроении). Кроме того, применяют для восприятия звука человеческим ухом – так называемый «серый» шум.

Простой звуковой генератор своими руками

Рассмотрим простейший пример – ревун. Понадобятся всего четыре элемента: плёночный конденсатор, 2 биполярных транзистора и резистор для подстройки. Нагрузкой будет электромагнитный излучатель. Для питания устройства достаточно простой батарейки на 9В. Работа схемы проста: резистор задаёт смещение на базу транзистора. Через конденсатор происходит обратная связь. Резистор для подстройки изменяет частоту. Нагрузка должна быть с высоким сопротивлением.

При всём многообразии типов, размеров и форм исполнения рассмотренных элементов мощных транзисторов для сверхвысоких частот до сих пор не придумано. Поэтому генераторы на транзисторах автоколебания применяют в основном для нч и вч диапазонов.

Видео

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.

• [B]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!!! [B]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.
• [B]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://i031.radikal.ru/0805/b8/93dfefe80a28.jpg _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

Микросхема интегрального таймера 555 была разработана 44 года назад, в 1971 году и до сих пор популярна. Пожалуй, ещё ни одна микросхема так долго не служила людям. Чего только на ней не собирали, даже поговаривают, что номер 555 - это число вариантов её применения:) Одно из классических применений 555 таймера - регулируемый генератор прямоугольных импульсов.
В этом обзоре будет описание генератора, конкретное применение будет в следующий раз.

Плату прислали запечатанной в антистатический пакетик, но микросхема очень дубовая и статикой её так просто не убить.


Качество монтажа нормальное, флюс не отмыт




Схема генератора стандартная для получения скважности импульсов ≤2

Красный светодиод подключен на выход генератора и при малой выходной частоте - мигает.
По китайской традиции, производитель забыл поставить ограничивающий резистор последовательно с верхним подстроечником. По спецификации, он должен быть не менее 1кОм, чтобы не перегружать внутренний ключ микросхемы, однако, реально схема работает и при меньшем сопротивлении - вплоть до 200 Ом, при котором происходит срыв генерации. Добавить ограничивающий резистор на плату затруднительно из-за особенности разводки печатной платы.
Диапазон рабочих частот выбирается установленной перемычной в одной из четырёх позиций
Частоты продавец указал неверно.


Реально измеренные частоты генератора при питающем напряжении 12В
1 - от 0,5Гц до 50Гц
2 - от 35Гц до 3,5kГц
3 - от 650Гц до 65кГц
4 - от 50кГц до 600кГц

Нижний резистор (по схеме) задаёт длительность паузы импульса, верхний резистор задаёт период следования импульсов.
Напряжение питания 4,5-16В, максимальная нагрузка на выходе - 200мА

Стабильность выходных импульсов на 2 и 3 диапазонах невысока из-за применения конденсаторов из сегнетоэлектрической керамики типа Y5V - частота сильно уползает не только при изменении температуры, но даже при изменении питающего напряжения (причём в разы). Рисовать графики не стал, просто поверьте на слово.
На остальных диапазонах стабильность импульсов приемлемая.

Вот что он выдаёт на 1 диапазоне
На максимальном сопротивлении подстроечников


В режиме меандр (верхний 300 Ом, нижний на максимуме)


В режиме максимальной частоты (верхний 300 Ом, нижний на минимум)


В режиме минимальной скважности импульсов (верхний подстроечник на максимуме, нижний на минимуме)

Для китайских производителей: добавьте ограничивающий резистор 300-390 Ом, замените керамический конденсатор 6,8мкФ на электролитический 2,2мкФ/50В, и замените конденсатор 0,1мкФ Y5V на более качественный 47нФ X5R (X7R)
Вот готовая доработанная схема


Себе генератор не переделывал, т.к. указанные недостатки для моего применения не критичны.

Вывод: полезность устройства выясняется, когда какая-либо Ваша самоделка потребует подать на неё импульсы:)
Продолжение следует…