Generatore di impulsi con controllo indipendente di frequenza e duty cycle. Schema, descrizione

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Generatore di impulsi con frequenza indipendente e controllo del duty cycle. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Non molto tempo fa, avevo bisogno di assemblare un generatore di impulsi rettangolare con un'uscita relativamente potente e un controllo manuale regolare della frequenza e del ciclo di lavoro. Avendo una certa esperienza, ho subito deciso che il chip timer NE555 (KR1006VI1) dovesse diventare la base del generatore. Viene prodotto da decenni, è economico, affidabile, ha ottime caratteristiche ed è facilmente compatibile con i microcircuiti logici CMOS e TTL. La tensione di alimentazione del timer può variare da 5 a 15 V e l'uscita può sopportare una corrente di carico fino a 200 mA.

Sfortunatamente, una ricerca su Internet per un circuito oscillatore adatto non ha prodotto alcun risultato. Tutti quelli trovati soffrivano dello stesso inconveniente: quando la frequenza cambiava, cambiava anche il ciclo di lavoro degli impulsi di uscita. Oppure la regolazione del ciclo di lavoro è regolare e la frequenza viene aumentata mediante un interruttore. Di conseguenza, il generatore desiderato è stato sviluppato in modo indipendente.

Come sapete, il timer NE555 ha due comparatori di tensione. La soglia di risposta di uno di essi (condizionatamente superiore) senza collegare resistori aggiuntivi è 2/3 della tensione di alimentazione e la seconda (inferiore) è la metà. La tensione sul condensatore di regolazione dell'ora oscilla tra queste soglie durante il funzionamento del generatore. Per modificare il ciclo di lavoro, è noto un trucco classico: applicare la tensione dall'uscita del microcircuito attraverso diodi multidirezionali ai terminali estremi di un resistore variabile che regola il ciclo di lavoro e collegare il suo motore a un condensatore di impostazione del tempo. Con tale regolazione, la frequenza degli impulsi non cambia, poiché la somma delle resistenze dei resistori attraverso i quali il condensatore viene caricato e scaricato rimane costante.

Ma come regolare agevolmente la frequenza senza modificare il duty cycle? Ho deciso di farlo controllando la differenza nelle soglie dei comparatori. Più piccolo è, meno, a parità di altre condizioni, ci vuole tempo per ricaricare il condensatore da una soglia all'altra e viceversa, maggiore diventa la frequenza degli impulsi.

Avendo una certa esperienza, ho subito deciso che il chip timer NE555 (KR1006VI1) dovesse diventare la base del generatore.

Generatore di impulsi con controllo indipendente della frequenza e del duty cycle
Fig. 1

Il problema può essere risolto assemblando il generatore secondo lo schema riportato in figura. Qui, il comparatore inferiore interno del timer DA2 è sostituito da uno esterno, assemblato su un chip DA1 separato. Il suo ingresso non invertente è collegato al condensatore di impostazione del tempo C1 e un partitore di tensione dai resistori R2, R3, R6-R8, che imposta la soglia di risposta, è collegato all'ingresso invertente. Con un circuito aperto del resistore variabile R7 o con la sua resistenza molto elevata, la soglia di risposta del comparatore DA1 è esattamente uguale a quella del comparatore del timer interno disabilitato DA2 - 1/3 della tensione di alimentazione. Questa uguaglianza è raggiunta da un resistore sintonizzato R3. Riducendo la resistenza del resistore variabile R7, simmetricamente rispetto alla metà della tensione di alimentazione, si avvicinano le soglie del comparatore superiore del timer DA2 e del comparatore esterno DA1. Di conseguenza, la frequenza degli impulsi aumenta e il loro ciclo di lavoro, impostato dal resistore variabile R4, rimane invariato.

Va detto che nella prima versione del generatore, lo schema di cui ho pubblicato sul forum del portale Internet KAZUS.RU kazus.ru/forums/showthread.php?t=94852, non è presente il resistore R6. Ma, come si è scoperto, senza di essa non è possibile ottenere la completa simmetria delle soglie, interferisce il partitore di tensione all'interno del timer collegato alla sua uscita 5, che forma quella inferiore dalla soglia superiore. Il resistore R6, la cui resistenza è uguale alla somma delle resistenze dei resistori di questo divisore, compensa la sua influenza, rendendo simmetrico l'intero circuito di soglia.

Soggettivamente, la qualità del bilanciamento può essere valutata collegando un voltmetro CC tra l'uscita di 3 timer e il filo comune. Le sue letture dovrebbero dipendere solo dalla posizione del resistore variabile R4. Quando si regola la frequenza con un resistore variabile R7, non dovrebbero cambiare. Ciò si ottiene utilizzando un resistore sintonizzato R3. Se la frequenza degli impulsi è così bassa che l'ago del voltmetro fluttua a tempo con essa, è necessario collegare il voltmetro al timer tramite un circuito RC integrato con una costante di tempo sufficientemente grande o aumentare temporaneamente la frequenza degli impulsi installando un condensatore C1 più piccolo.

Con i valori degli elementi indicati nel diagramma e una tensione di alimentazione di 15 V, il resistore variabile R7 regola la frequenza degli impulsi da circa 50 a 830 Hz. Tuttavia, la riduzione della tensione di alimentazione a 5 V comporta una diminuzione della frequenza di quasi un fattore due. A questo proposito, è desiderabile alimentare il generatore con una tensione stabilizzata.

La capacità di carico dell'uscita del timer NE555 consente di controllare direttamente attuatori ed elementi chiave abbastanza potenti. Questa circostanza, così come la possibilità di un controllo indipendente della frequenza e del duty cycle, può determinare un'ampia gamma di applicazioni del generatore.

Autore: P. Galashevsky

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