Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой. Генератор прямоугольных импульсов с независимым регулированием частоты и скважности: особенности и применение

Как работает генератор прямоугольных импульсов на основе таймера NE555. Какие преимущества дает независимая регулировка частоты и скважности. Для каких задач подходит такой генератор импульсов. Как реализовать электронную регулировку частоты генератора.

Принцип работы генератора прямоугольных импульсов на таймере NE555

Генератор прямоугольных импульсов — важный элемент многих электронных устройств. Одна из наиболее популярных схем такого генератора строится на основе микросхемы-таймера NE555. Как же работает этот генератор?

В таймере NE555 имеются два компаратора напряжения с порогами срабатывания 1/3 и 2/3 от напряжения питания. Напряжение на времязадающем конденсаторе при работе генератора колеблется между этими порогами, что и обеспечивает формирование прямоугольных импульсов на выходе микросхемы.

Частота импульсов определяется скоростью заряда и разряда конденсатора, которая зависит от номиналов времязадающих резисторов и конденсатора. Изменяя эти номиналы, можно регулировать частоту генератора.

Преимущества независимой регулировки частоты и скважности

Обычно при изменении частоты генератора на NE555 меняется и скважность выходных импульсов. Это не всегда удобно. Какие преимущества дает независимая регулировка этих параметров?

• Возможность точной настройки генератора под конкретную задачу
• Гибкость в управлении выходным сигналом
• Расширенные возможности для модуляции сигнала
• Упрощение настройки в составе сложных устройств

Независимая регулировка позволяет, например, изменять частоту следования импульсов, сохраняя неизменной их длительность. Это может быть критично в системах управления или передачи данных.

Области применения генератора с независимой регулировкой

Где может пригодиться генератор прямоугольных импульсов с возможностью раздельной настройки частоты и скважности? Основные области применения:

• Тестирование и отладка цифровых схем
• Системы передачи данных
• Импульсные источники питания
• Управление электродвигателями
• Генераторы тактовых сигналов
• Звуковые и световые эффекты

Такой генератор может служить основой для создания более сложных устройств, например, частотомеров, ШИМ-контроллеров, генераторов специальных сигналов и т.д.

Схемотехническая реализация независимой регулировки

Как же технически реализовать независимую регулировку частоты и скважности в генераторе на NE555? Один из способов — использование дополнительных элементов для управления порогами срабатывания компараторов:

• Внешний компаратор для формирования нижнего порога
• Делитель напряжения для управления верхним порогом
• Раздельные цепи заряда и разряда времязадающего конденсатора

Такая схема позволяет независимо менять разность между верхним и нижним порогами (что влияет на частоту) и их среднее значение (что определяет скважность), обеспечивая требуемую функциональность.

Особенности настройки генератора с независимой регулировкой

При настройке генератора прямоугольных импульсов с раздельной регулировкой частоты и скважности следует учитывать некоторые нюансы:

• Необходимость точной балансировки пороговых напряжений
• Влияние напряжения питания на параметры генерации
• Возможное взаимное влияние регулировок частоты и скважности
• Температурную зависимость характеристик

Для качественной настройки может потребоваться использование осциллографа и прецизионных элементов в схеме. Важно также обеспечить стабильное питание генератора.

Электронная регулировка частоты генератора импульсов

Помимо ручной настройки, часто требуется возможность электронного управления параметрами генератора. Как реализовать электронную регулировку частоты?

Один из способов — использование электронного регулятора напряжения на основе полевого транзистора. Управляющее напряжение меняет сопротивление канала транзистора, влияя на скорость заряда/разряда времязадающего конденсатора.

Другой вариант — применение оптопары в цепи регулировки. Изменение тока через светодиод оптопары приводит к изменению сопротивления ее фоторезистора, что позволяет управлять частотой генерации.

Сравнение различных схем генераторов прямоугольных импульсов

Генератор на NE555 с независимой регулировкой — не единственный вариант построения генератора прямоугольных импульсов. Какие еще схемы используются и в чем их особенности?

• Генераторы на логических элементах — простые, но с ограниченными возможностями настройки
• RC-генераторы на операционных усилителях — обеспечивают хорошую линейность, но сложнее в настройке
• Цифровые генераторы на микроконтроллерах — гибкие, но требуют программирования
• Генераторы на специализированных ИМС — оптимальны для конкретных задач

Выбор конкретной схемы зависит от требований к параметрам сигнала, диапазона регулировок, условий эксплуатации и других факторов. Генератор на NE555 часто является оптимальным компромиссом между простотой и функциональностью.

Перспективы развития генераторов импульсов

Какие тенденции наблюдаются в развитии схемотехники генераторов прямоугольных импульсов? Основные направления:

• Повышение рабочих частот
• Улучшение стабильности параметров
• Расширение функциональности (модуляция, синхронизация и т.д.)
• Интеграция в системы на кристалле
• Применение цифровых методов формирования сигналов

Развитие микроэлектроники позволяет создавать все более совершенные генераторы, отвечающие растущим требованиям современной электроники. При этом классические схемы на дискретных компонентах сохраняют свою актуальность для многих применений.

Генератор импульсов с независимым регулированием частоты и скважности

Не так давно мне потребовалось собрать генератор прямоугольных импульсов со сравнительно мощным выходом и плавным ручным регулированием частоты и скважности. Имея некоторый опыт, я сразу решил, что основой генератора должна стать микросхема-таймер NE555 (КР1006ВИ1). Её выпускают не один десяток лет, она дёшева, надежна, имеет отличные характеристики и легко согласуется с логическими микросхемами структуры КМОП и ТТЛ. Напряжение питания таймера может лежать в пределах от 5 до 15 В, а выход выдерживает ток нагрузки до 200 мА.

К сожалению, поиск в Интернете подходящей схемы генератора не дал результата. Все найденные страдали одним и тем же недостатком — при изменении частоты менялась и скважность выходных импульсов. Или же регулировка скважности плавная, а частота — ступенчатая, с помощью переключателя. В результате нужный генератор был разработан самостоятельно.

Как известно, в таймере NE555 имеются два компаратора напряжения. Порог срабатывания одного из них (условно верхнего) без подключения дополнительных резисторов равен 2/3 напряжения питания, а второго (нижнего) — в два раза меньше. Напряжение на времязадающем конденсаторе при работе генератора колеблется между этими порогами. Для изменения скважности известен классический приём — подать напряжение с выхода микросхемы через разнонаправленные диоды на крайние выводы переменного резистора, регулирующего скважность, а его движок соединить с времязадающим конденсатором. При такой регулировке частота импульсов не изменяется, так как сумма сопротивлений резисторов, через которые заряжается и разряжается конденсатор, остаётся постоянной.

Но как плавно регулировать частоту, не изменяя скважность? Я решил делать это, управляя разностью порогов срабатывания компараторов. Чем она меньше, тем меньше при прочих равных условиях уходит времени на перезарядку конденсатора от одного порога до другого и обратно, тем выше становится частота импульсов.

В микросхеме NE555 верхнее пороговое напряжение выведено на вывод 5, а для нижнего внешний вывод, к сожалению, не предусмотрен. Если подключить между выводом 5 и общим проводом переменный резистор, он будет одновременно регулировать оба порособрать генератор прямоугольных импульсов со сравнительно мощным выходом и плавным ручным регулированием частоты и скважности. Имея некоторый опыт, я сразу решил, что основой генератора должна стать микросхема-таймер NE555 (КР1006ВИ1). Её выпускают не один десяток лет, она дё-

га. Однако нижний останется равным половине верхнего, «отдаляясь» от плюса напряжения питания генератора медленнее, чем верхний порог «приближается» к его минусу. Это сказывается на относительной скорости нарастания и спада напряжения на конденсаторе и приводит к изменению скважности импульсов при регулировке частоты.

Рис. 1

 

Проблему удаётся решить, собрав генератор по схеме, изображённой на рисунке. Здесь внутренний нижний компаратор таймера DA2 заменён внешним, собранным на отдельной микросхеме DA1. Его неинвертирую-щий вход соединён с времязадающим конденсатором С1, а к инвертирующему входу подключён делитель напряжения из резисторов R2, R3, R6-R8, задающий порог срабатывания. При разомкнутой цепи переменного резистора R7 или при его очень большом сопротивлении порог срабатывания компаратора DA1 точно такой же, как у отключённого внутреннего компаратора таймера DA2 — 1/3 напряжения питания. Этого равенства добиваются подстроенным резистором R3. Уменьшая сопротивление переменного резистора R7, симметрично относительно половины напряжения питания сближают пороги верхнего компаратора таймера DA2 и внешнего компаратора DA1. В результате частота импульсов растёт, а их скважность, установленная переменным резистором R4, остаётся неизменной.

Нужно сказать, что в первом варианте генератора, схему которого я опубликовал на форуме интернет-портала KAZUS.RU http://kazus.ru/forums/ showthread.php?t=94852, резистор R6 отсутствует. Но, как выяснилось, без него не удаётся добиться полной симметрии порогов, мешает имеющийся внутри таймера соединённый с его выводом 5 делитель напряжения, формирующий из верхнего порога нижний. Резистор R6, сопротивление которого равно сумме сопротивлений резисторов этого делителя, компенсирует его влияние, делая симметричной полную схему формирования порогов.

Субъективно качество балансировки можно оценить, подключив между выводом 3 таймера и общим проводом вольтметр постоянного напряжения. Его показания должны зависеть только от положения переменного резистора R4. При регулировке частоты переменным резистором R7 они изменяться не должны. Этого добиваются с помощью подстроенного резистора R3. Если частота импульсов настолько низка, что стрелка вольтметра колеблется им в такт, следует подключить вольтметр к таймеру через интегрирующую RC-цепь с достаточно большой постоянной времени или временно повысить частоту импульсов, установив конденсатор С1 меньшей ёмкости.

При указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания 15 В переменный резистор R7 регулирует частоту импульсов приблизительно от 50 до 830 Гц. Однако снижение напряжения питания до 5 В ведёт к уменьшению частоты почти в два раза. В связи с этим желательно питать генератор стабилизированным напряжением.

Нагрузочная способность выхода таймера NE555 позволяет напрямую управлять довольно мощными исполнительными устройствами и ключевыми элементами. Это обстоятельство, а также возможность независимого регулирования частоты и скважности может обусловить широкий спектр применения генератора.

Автор: П. Галашевский, г. Херсон, Украина

⚡️Генератор импульсов с электронной регулировкой частоты

На чтение 3 мин Опубликовано

24.10.2017 Обновлено 07.07.2019

Предлагаю вниманию читателей схему генератора прямоугольных импульсов с электронной регулировкой частоты, которая дает возможность кнопками плавно изменять частоту импульсов генератора.

Практически любая электронная конструкция, особенно собранная на цифровых ИМС, содержит генератор импульсов. В большинстве случаев такие генераторы имеют регулировку частоты, которую в зависимости от конкретного назначения устройства выполняют, как правило, переменным или подстроечным резистором. Это не совсем удобно, если устройство (например, автомат световых эффектов) имеет электронное псевдосенсорное управление.

Схема (рис.1) состоит из электронного регулятора напряжения, собранного на МДП-транзисторе VT1, конденсаторе СЗ, резисторах R1-R6, оптопаре U1, генератора пилообразного напряжения на транзисторе VT2 и компаратора на микросхеме DA1 для формирования прямоугольных импульсов (точнее, ШИМ-последовательности).

Электронный регулятор напряжения за основу взято схема С. Малышева работает следующим образом. При включении питания напряжение на конденсаторе С3 равно нулю, транзистор VT1 закрыт, сопротивление резистора оптопары U1, включенного в цепь регулировки частоты генератора пилообразного напряжения за основу взята схема О. Бишопа, велико, генератор не работает (может работать с инфранизкой частотой, что зависит от типа оптопары).

При нажатии на кнопку S1 (+) конденсатор СЗ начинает заряжаться, транзистор VT1 постепенно открывается, напряжение на светодиоде оптопары увеличивается, что ведет к уменьшению сопротивления резистора оптопары и, следовательно, к увеличению частоты генератора.

При отпускании кнопки заряд на конденсаторе СЗ сохраняется.

При нажатии на кнопку S2 (-) конденсатор СЗ разряжается, напряжение на светодиоде оптопары уменьшается, что ведет к уменьшению частоты генератора, которая определяется номиналами элементов С4, R7. Диапазон регулировки частоты устанавливают резисторами R1-R5 (в авторском варианте 0,5… 14 Гц).

Детали. В схеме применены резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, конденсатор СЗ типа К73-17, К73-11 (использовать конденсаторы других типов не рекомендую). Микросхему DA1 LM393 можно заменить на LM358, исключив резисторы R12, R14. Предпочтение отдано компаратору LM393, так как он обеспечивает лучшую крутизну фронта импульсов. Стабилизатор DA2 78L09 можно заменить на ИМС 7809 или КРЕН8А. Кнопки и (+) и (-) типа ПКН-125, МПЗ (в аторском варианте они импортного производства).

Наладка. Подключив питание схемы, настройку начинают с генератора пилообразного напряжения. Резистор оптопары U1 отпаивают (достаточно один из его выводов), резистор R7 заменяют переменным с номиналом 1 МОм и осциллографом контролируют наличие и частоту пилообразного напряжения на эмиттере транзистора VT2.

Затем контролируют наличие прямоугольных импульсов на выходе повторителя (выводы 6, 7 ИМС DA1.2). Эти импульсы должны иметь вид меандра. При необходимости резистором R11 подстраивают длительность импульсов.

После этого схему восстанавливают, заменив переменный резистор R7 постоянным. Резисторами R1-R5 устанавливают диапазон регулировки частоты, подбирая при необходимости их номиналы. Затем проверяют работу схемы в целом. Для визуального контроля роботы схемы собран ключ на транзисторе VT3 со светодиодом VD2 8 нагрузке (можно не применять). Печатная плата устройства приведена на рис.2.

операционный усилитель — генератор прямоугольных импульсов с переменной частотой и рабочим циклом

Задавать вопрос

спросил 1 год, 10 месяцев назад

Изменено 1 год, 10 месяцев назад

Просмотрено 897 раз

\$\начало группы\$

Я переоборудую свой сварочный аппарат TIG постоянного тока на переменный ток для сварки алюминия. У меня есть H-мост на выходе сварочного аппарата, и для его управления я использую 2 полумостовых драйвера IR2104. Для тестирования я использовал простой таймер NE555 для управления H-мостом, но когда я меняю частоту, он также меняет рабочий цикл, поэтому я постоянно подключал его к осциллографу, чтобы контролировать выходной сигнал. Я попытался использовать триггер Шмитта для генерации прямоугольной волны с переменной частотой, затем преобразовал ее в треугольную волну и подал ее в компаратор, чтобы получить переменный рабочий цикл. Это работает, но когда частота изменяется, напряжение треугольной волны меняется от почти 0-3 Впик-пик до 0,5Впик-пик или даже меньше. Так что у меня есть 2 варианта:

а) сделать что-нибудь с колебаниями напряжения треугольной волны или

б) построить другую цепь.

ИМО способ генерации треугольной волны и последующего преобразования ее в квадратную ШИМ не так уж и плох. Еще я пробовал использовать 2 NE555, один из которых управлял другим через триггерный вход. И вторая попытка — генерация треугольной волны с помощью операционных усилителей, но оба метода не сработали. Таким образом, мне нужен генератор прямоугольных импульсов с:

— переменный рабочий цикл 50-95%,

— переменная частота 20-400Гц.

Будем признательны за любые подсказки о том, как этого добиться.

• операционный усилитель
• ШИМ

\$\конечная группа\$

9

\$\начало группы\$

Эта схема работает по тому же принципу, что и триггер Шмитта и генератор треугольных импульсов, за исключением того, что в этой схеме две секции заключены в петлю обратной связи.

Контур обратной связи означает, что триггер Шмитта изменяет состояние при одних и тех же пороговых уровнях напряжения независимо от изменения частоты. Поэтому выходной сигнал интегратора в виде треугольной волны остается с постоянной амплитудой при изменении частоты.

Вероятно, потребуются некоторые усилия для настройки значений резисторов и постоянной времени интегратора, чтобы получить правильный диапазон частот, уровни запуска и процент ШИМ.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

В наши дни существует способов более современных способов создания волны с переменной шириной импульса, чем 555. Также инвестируйте в некоторые серьезные драйверы затвора, если вы не хотите сжечь свой мост: 555 ограничен примерно 200 мА источник/приемник. Драйверы затворов меньшего размера могут выдавать пиковый ток 1 А, а некоторые с пиковым током не менее 8 А (в зависимости от размера ваших MOSFET/IGBT!)

Я понятия не имею о критериях выбора коэффициента ШИМ для сварочного аппарата… если он выбирается вручную, вы можете использовать крошечный MCU или что-то вроде LTC6992 (на самом деле вся серия timerblox подозрительно похожа на различные приложения 555) . Если необходимо поддерживать постоянный ток или напряжение, рынок почти переполнен ШИМ-контроллерами (некоторые из них со встроенными драйверами затвора)

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

[PDF] Простой генератор прямоугольных импульсов на КМОП с переменным режимом работы

• DOI: 10.33180/infmidem2020.104
• Идентификатор корпуса: 225899718

 @article{Petrovic2020SimpleCS,
  title={Простой генератор прямоугольных импульсов на КМОП с переменным выходным сигналом},
  автор={Предраг Бошко Петрович},
  journal={Informacije Midem-journal of Microelectronics Electronic Components and Materials},
  год = {2020},
  объем = {50},
  страницы = {35-46}
} 

• P. Petrovic
• Опубликовано 20 апреля 2020 г.
• Engineering
• Informacije Midem-journal of Microelectronics Electronic Components and Materials

В этой статье предлагается новый генератор прямоугольных импульсов на основе одного CCCII (конвейера, управляемого током), только с двумя внешними заземленными пассивными компонентами. Схема обеспечивает точные, управляемые электронным способом, выходные прямоугольные сигналы напряжения или тока. Результаты моделирования с использованием параметров КМОП 0,18 мм и экспериментальная проверка подтверждают работоспособность предложенной схемы. Предлагаемый генератор может очень хорошо работать до 25 МГц с нелинейностью менее 5%.

Генератор прямоугольных импульсов с использованием конвейера с управлением током второго поколения (CCCII)

• Захируддин Сайед, Авирени Шринивасулу, Сарада Мусала, Д. Пал, А. Бхаргав

• Инженерное дело

  2022 1-й международный IEEE Конференция по промышленной электронике: разработки и Приложения (ICIDeA)

• 2022

В этой рукописи представлен и реализован новый прототип для генерации прямоугольных сигналов с использованием конвейера с управлением током второго поколения (CCCII). Предлагаемая топология имеет один…

Простая схема триггера Шмитта с заземленными пассивными элементами и ее применение в генераторе прямоугольных/треугольных сигналов имеет регулируемые нижнее и верхнее пороговые напряжения, а также уровни выходного насыщения.

Новый настраиваемый пиковый детектор токового режима

• П. Петрович

• Машиностроение

  Микроэлектрон. J.

• 2014

Генератор прямоугольных/треугольных сигналов на базе OTRA с переключателем .

Полностью электронно настраиваемый и легко каскадируемый генератор прямоугольных/треугольных сигналов с регулировкой коэффициента заполнения

В статье представлен новый многоканальный усилитель крутизны с двойным X-током и буферным генератором прямоугольных/треугольных сигналов. Предлагаемый генератор обеспечивает прямоугольную форму…

Генерация прямоугольных и треугольных волн с независимо регулируемой частотой и амплитудой с использованием только OTA и их применение в ШИМ

• Р. Ранджан, К. Мазумдар, Ратнадип Пал, С. Чандра

• Инженерное дело

• 2017

В этой статье представлен самогенерирующий генератор прямоугольных/треугольных сигналов, использующий только КМОП-операционные усилители крутизны (OTA) и заземленный конденсатор. Выходная частота и амплитуда…

Генератор релаксации на основе конвейера тока с перестраиваемым заземленным резистором/конденсатором

• Авирени Шринивасулу

• Физика

• 2012

В начале вышеприведенный документ представлен генератором прямоугольных импульсов с использованием трех конвейеров тока второго поколения, пяти резисторы и один конденсатор с независимым регулированием частоты…

Полностью электронно-управляемый триггер Шмитта и генератор сигналов с модулированной скважностью

Представлен новый триггер Шмитта, состоящий только из одного инвертирующего тока с несколькими выходами, дифференциального усилителя крутизны на входе без пассивного элемента, с преимуществом электронного управления пороговыми уровнями и амплитудой выходного сигнала.

Перестраиваемый генератор прямоугольных/треугольных сигналов на основе одного активного элемента с заземленными пассивными компонентами

В этой статье представлена ​​новая схема перестраиваемого генератора прямоугольных/треугольных сигналов на основе одного активного элемента и заземленных пассивных компонентов, а также результаты моделирования PSPICE и экспериментальные результаты.