Китайский генератор импульсов

Генератор электрических импульсов на таймере 555

Китайский генератор импульсов

Электрический импульс — это кратковременный всплеск напряжения или силы тока. То есть это такое событие в цепи, при котором напряжение резко повышается в несколько раз, а затем так же резко падает к исходной величине. Самый понятный пример — электрический импульс, заставляющий наше сердце биться. Самое же большое количество импульсов возникает у нас в нервных клетках головного и спинного мозга. Мы мыслим и решаем уроки благодаря электрическим импульсам!

А что в электронике? В электронике импульсы применяются повсеместно. Например, в микроконтроллерах или даже в полноценных процессорах домашнего компьютера электрические импульсы задают ритм его работы. Они еще называются тактовыми, или синхро-импульсами. Порой быстродействие вычислительных машин сравнивают именно при помощи значений тактовой частоты.

Все данные внутри электронных устройств тоже передаются при помощи импульсов. Наш интернет, проводной и беспроводной, сотовая связь и даже пульт от телевизора — все используют импульсный сигнал. Попробуем выполнить несколько заданий и на собственном опыте понять особенности генерации электрических импульсов. А начнем мы со знакомства с их важными характеристиками.

1. Период и скважность импульсного сигнала

Представим себе, что мы готовимся к встрече Нового Года и нам просто необходимо сделать мигающую гирлянду. Поскольку мы не знаем, как заставить её мигать самостоятельно, сделаем гирлянду с кнопкой. Будем сами нажимать на кнопку, соединяя тем самым цепь гирлянды с источником питания и заставляя лампочки зажигаться.

Принципиальная схема гирлянды с ручным управлением будет выглядеть так:

Внешний вид макет

Собираем схему и проводим небольшой тест. Попробуем управлять гирляндой согласно нехитрому алгоритму:

  1. нажимаем на кнопку;
  2. ждем 1 секунду;
  3. отпускаем кнопку;
  4. ждем 2 секунды;
  5. переходим к пункту 1.

Это алгоритм периодического процесса. Нажимая на кнопку по алгоритму мы тем самым генерируем настоящий импульсный сигнал! Изобразим на графике его временную диаграмму.

У данного сигнала мы можем определить период повторения и частоту. Период повторения (T) — это отрезок времени, за который гирлянда возвращается в исходное состояние. На рисунке хорошо виден этот отрезок, он равен трем секундам. Величина обратная периоду повторения называется частотой периодического сигнала (F). Частота сигнала измеряется в Герцах. В нашем случае:

F = 1/T = 1/3 = 0.33 Гц

Период повторения можно разбить на две части: когда гирлянда горит и когда она не горит. Отрезок времени, в течение которого гирлянда горит называется длительностью импульса (t).

А теперь самое интересное! Отношение периода повторения (T) к длительности импульса (t) называется скважностью.

S = T / t

Скважность нашего сигнала равна S = 3/1 = 3. Скважность величина безразмерная.

В англоязычной литературе принят другой термин — коэффициент заполнения (Duty cycle). Это величина, обратная скважности.

D = 1 / S = t / T

В случае нашей гирлянды коэффициент заполнения равен:

D = 1 / 3 = 0.33(3) ≈ 33%

Этот параметр более нагляден. D = 33% означает, что треть периода занята импульсом. А, например, при D = 50% длительность высокого уровня сигнала на выходе таймера будет равна длительности низкого уровня.

2. Генерация импульсного сигнала при помощи микросхемы 555

Теперь попробуем заменить человека и кнопку, ведь мы не хотим весь праздник включать и выключать гирлянду каждые 3 секунды.

В качестве автоматического генератора импульсов используем очень известную микросхему семейства 555. Микросхема 555 — это генератор одиночных или периодических импульсов с заданными характеристиками. По-другому данный класс микросхем называют таймерами.

Существуют разные модификации таймера 555, разработанные разными компаниями: КР1006ВИ1, NE555, TLC555, TLC551, LMC555. Как правило, все они имеют одинаковый набор выводов.

Также производители выделяют два режима работы таймера: одновибратор и мультивибратор. Нам подойдет второй режим, именно в нем таймер будет непрерывно генерировать импульсы с заданными параметрами.

Для примера, подключим к таймеру 555 один светодиод. Причем, используем вариант, когда положительный вывод светодиода соединяется с питанием, а земля к таймеру. Позже будет понятно, почему мы делаем именно так.

Внешний вид макета

Примечание. Конденсатор C2 в схеме можно не использовать.

В этой схеме есть три компонента без номиналов: резисторы Ra и Rb, а также конденсатор C1 (далее просто C). Дело в том, что именно с помощью этих элементов настраиваются нужные нам характеристики генерируемого импульсного сигнала. Делается это с помощью несложных формул, взятых из технической документации к микросхеме.

T = 1/F = 0.693*(Ra + 2*Rb)*C;          (1)

t = 0.693*(Ra + Rb)*C;          (2)

Ra = T*1.44*(2*D-1)/C;          (3)

Rb = T*1.44*(1-D)/C.          (4)

Здесь F — частота сигнала; T — период импульса; t — его длительность; Ra и Rb — искомые сопротивления. Исходя из этих формул, коэффициент заполнения не может быть меньше 50% (иначе мы получим отрицательное значение сопротивления). Вот это новость! А что же нам делать с гирляндой? Ведь согласно нашей постановке, коэффициент заполнения импульсного сигнала должен быть непременно 33%.

Чтобы обойти это ограничение имеется два способа. Первый способ заключается в использовании другой схемы подключения таймера. Существуют более сложные схемы, которые позволяют варьировать параметр D во всем диапазоне от 0 до 100%. Второй способ не требует переделки схемы. Мы просто-напросто инвертируем выход таймера!

Собственно, в предложенной выше схеме мы это уже и сделали. Вспомним, что катод светодиода мы соединили с выводом таймера. В этой схеме светодиод будет гореть, когда на выходе таймера будет низкий уровень.

Раз так, то нам нужно настроить сопротивления Ra и Rb схемы так, чтобы коэффициент заполнения D был равен 66.6%. Учитывая, что T = 3 сек, а D = 0.66, получаем:

Читайте также  Бензиновый или дизельный генератор какой лучше выбрать

Ra = 3*1.44*(2*0.66 — 1)/0.0001 = 13824 Ом

Rb = 3*1.44*(1-D)/0.0001 = 14688 Ом

На самом деле, если мы будет использовать более точные значения D, то получим Ra = Rb = 14400 Ом. Вряд ли мы найдем резистор с таким номиналом. Скорее всего нам потребуется поставить последовательно несколько резисторов, например: один резистор на 10 КОм и 4 штуки на 1 КОм. Для большей точности можем добавить еще два резистора по 200 Ом.

В результате должно получиться что-то подобное:

В этой схеме используются резисторы на 15 КОм.

3. Подключение группы светодиодов к таймеру 555

Теперь, когда мы научились задавать нужный ритм, соберем небольшую гирлянду. В новой схеме пять светодиодов будут включаться на 0.5 сек каждую секунду. Для такого ритма Ra = 0, Rb = 7.2 кОм. То есть, вместо резистора Ra мы можем поставить перемычку.

Выход микросхемы 555 слишком слабый для того, чтобы одновременно зажечь 5 светодиодов. А ведь в настоящей гирлянде их может быть штук 15, 20 и более. Чтобы решить эту проблему, используем биполярный транзистор, работающий с режиме электронного ключа. Возьмем самый распространенный NPN транзистор 2N2222. Также в этой схеме можно использовать полевой N-канальный транзистор, например 2N7000.

Нашим светодиодам потребуется токозадающий резистор. Суммарный ток пяти параллельно соединенных светодиодов должен быть равен I = 20 мА*5 = 100 мА. Напряжение питания всей схемы 9 Вольт. На светодиоде красного цвета напряжение падает на 2 Вольта. Таким образом закон ома на данном участке цепи имеет вид:

100 мА = (9В-2В)/R;

отсюда R2 = 7В/0.1А = 70 Ом.

Округлим сопротивление до 100 Ом, которое можно получить параллельным соединением двух резисторов на 200Ом. А можно и вовсе оставить один резистор на 200Ом, просто светодиоды будут гореть немного тусклее.

Задания

  1. Генератор звука. В схеме гирлянды заменить группу светодиодов на пьезодинамик. Увеличить частоту звука, например, до 100 Гц. Если поднять частоту до 15 кГц, то можно будет отпугивать комаров!
  2. Железнодорожный светофор. Подключить к таймеру два светодиода таким образом, чтобы один соединялся с таймером катодом, а второй анодом. Установить частоту импульсов — 1 Гц.

Заключение

Как уже говорилось, таймер 555 — очень популярная микросхема. Это объясняется тем, что большинству электронных устройств свойственны периодические процессы. Любой звук — это периодический процесс. ШИМ сигнал, управляющий скоростью двигателя — тоже периодический, причем с изменяющимся коэффициентом заполнения. И как уже говорилось, работа любого микроконтроллера и процессора основана на тактовом сигнале, имеющем очень точную частоту.

На следующем уроке мы сделаем бинарные часы с помощью таймера и двоичного счетчика. Будет немного сложнее, но интереснее!

Полезные ссылки

Сборник проектов на таймере 555

Источник: http://robotclass.ru/tutorials/timer-555/

Генератор прямоугольных импульсов на логике HEF4011BP

В радиолюбительской практике часто возникает потребность в настройке различных преобразовательных узлов схем, особенно если дело касается изобретательской деятельности, когда схема зарождается в голове. В такие моменты будет как нельзя кстати источник управляющего сигнала.

Представляю Вашему вниманию генератор сигнала прямоугольной формы.

Характеристики

Питание: 10 ÷ 15 В постоянного тока.

Три режима генерации:

1 – симметричный (меандр), дискретное переключение диапазонов генерируемых частот, плавная регулировка частоты внутри диапазона;

2 – независимый, дискретное переключение диапазонов генерируемых частот, плавная раздельная регулировка длительности импульса и паузы между импульсами внутри диапазона;

3 – широтно-импульсная модуляция (ШИМ), дискретный выбор частоты переключателем диапазонов, плавная регулировка скважности импульсов.

Два раздельных канала – прямой и инверсный.

Раздельная регулировка уровня выходного сигнала каналов от 0 В до значения напряжения источника питания при подключении высокоомной нагрузки, и до половины напряжения источника питания при подключении нагрузки с входным сопротивлением 50 Ом.

Выходное сопротивление канала примерно 50 Ом.

Базовые схемы

Рисунок 1. Мультивибратор на логических инверторах.

Для построения генератора за основу взята схема автогенератора на двух логических инверторах (рисунок 1). Принцип её работы основан на периодической перезарядке конденсатора.

Момент переключения состояния схемы определяется степенью заряда конденсатора C1. Процесс перезаряда происходит через резистор R1. Чем больше ёмкость C1 и сопротивление R1, тем дольше происходит процесс заряда конденсатора, и тем больше длительность периодов переключения состояния схемы.

И наоборот.

Для построения схемы генераторов в качестве логических элементов была взята микросхема с четырьмя элементами 2И-НЕ – HEF4011BP. Базовая схема, показанная выше, позволяет получать на выходе Q прямоугольный сигнал фиксированной частоты и скважности 50% (меандр). Для расширения возможностей устройства было принято решение объединить в нём три различных схемы, реализуемых на тех же двух логических инверторах.

Схема генератора меандра

Схема генератора меандра изображена на рисунке 2-а. Времязадающая ёмкость схемы может изменяться от значения C1 до суммарного значения C1 и ёмкости, подключаемой перемычкой П. Это позволяет изменять диапазон частот генерируемого сигнала.

Рисунок 2. Принципиальные схемы генераторов на логических инверторах.

Резистор R1 позволяет плавно изменять ток заряда (перезаряда) ёмкости. Резистор R2 является токоограничивающим, для исключения перегрузки выходного канала логического элемента DD1.1 в случае, когда ползунок резистора R2 находится в крайнем верхнем положение и его сопротивление приближено к нулю.

Поскольку заряд и перезаряд конденсатора производится по одной цепочке с неизменными параметрами, длительности импульса и паузы между ними равны. Такой сигнал имеет симметричную прямоугольную форму и называется меандр.

Регулировкой R1 изменяется только частота генерируемого сигнала в определённом диапазоне, заданном времязадающей ёмкостью.

Читайте также  Как проверить щетки генератора мультиметром

Схема генератора прямоугольных импульсов с раздельной регулировкой длительности импульса и паузы

На рисунке 2-б цепь заряда и цепь перезаряда разделены диодами VD1 и VD2. Если импульс формируется во время заряда времязадающей ёмкости, его длительность характеризуется сопротивлением цепочки VD1-R2-R1. Длительность паузы между импульсами при обратном перезаряде ёмкости характеризуется сопротивлением цепи R1-R3-VD2. Так, изменяя положение ползунков резисторов R2 и R3 можно плавно раздельно задавать длительность импульса и паузы между ними.

Диапазон частот генерируемого сигнала, как и в первом случае, переключается перемычкой П.

Схема генератора с ШИМ

Схема на рисунке 2-в имеет аналогичное разделение цепей прямого и обратного заряда времязадающей ёмкости с той разницей, что переменные сопротивления являются плечами переменного резистора R2, которые имеют обратную зависимость параметров по отношению друг к другу. Т.е.

, при увеличении одного плеча резистора прямопропорционально уменьшается второе, а общая сума их сопротивлений постоянна. Таким образом, регулируя соотношение плеч резистора R2 можно плавно изменять соотношение длительности импульсов к длительности пауз между ими, а время периода следования импульсов будет оставаться неизменным.

Этот способ регулировки позволяет реализовать функцию широтно- импульсной модуляции (ШИМ)

Частота генерируемого сигнала в данной схеме выбирается дискретно переключением перемычки П. При необходимости можно использовать несколько перемычек П для суммирования больших и малых значений ёмкостей, добиваясь более точной требуемой частоты генерации сигнала внутри всего диапазона.

Окончательная схема генератора

На рисунке 3 представлена схема генератора, в которой реализованы все три схемы, рассмотренные на рисунке 2. В основе генератора два логических инвертора на элементах DD1.1 и DD1.2. Выбор диапазона частот (частоты в режиме ШИМ) осуществляется переключением перемычки П.

Рисунок 3. Схема генератора прямоугольных импульсов.

Для сборки нужного варианта схемы генератора введены штыревые разъёмы, коммутируемые параллельными сборками перемычек, изображенных цветными линиями. Каждый цвет перемычек соответствует своей схеме соединений. Перемычки реализованы путём соединения пар контактов проволочками от шлейфа разъёма типа FC-10P A. Сами штыревые разъёмы расположены тремя группами по пять пар для удобства коммутации. Разъём-перемычки позволяет переключать режим генерации.

Элементы DD1.3 и DD1.4 выполняют роль инвертирующих повторителей и служат для развязки времязадающих и выходных цепей генератора для исключения их взаимовлияния. С выхода DD1.3 берётся инвертированный сигнал, с выхода DD1.4 – основной.

Резисторы R5 и R6 служат для регулировки уровня напряжения импульсов соответствующих каналов. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме эмиттерного повторителя для усиления сигналов, снимаемых с ползунков резисторов  R5 и R6 соответственно. Транзисторы VT3 и VT4 шунтируют выходные цепи своих каналов, подтягивая к минусу питания.

Их роль важна при подаче сигнала генератора на нагрузку с наличием ёмкости, когда в бестоковую паузу необходим разряд этой ёмкости, как например при управлении полевыми транзисторами. Диоды VD5 и VD6 отделяют базовые цепи шунтирующих транзисторов от выхода генератора, исключая влияние ёмкостной нагрузки на работу этих транзисторов.

Резисторы R9 и R10 необходимы для согласования выходов генератора с сопротивлением нагрузки 50 Ом, а также для ограничения максимального тока транзисторов выходных каскадов каналов.

Диод VD3 защищает схему от подключения питающего напряжения обратной полярности. Светодиод VD4 выполняет роль индикатора питания. Конденсатор C21 частично сглаживает пульсации при питании от нестабилизированного источника.

Особенности схемы

С целью уменьшения габаритов устройства для времязадающей ёмкости применены SMD конденсаторы C1-C20. При наименьшей ёмкости конденсатора C1=68 пФ генератор формирует сигнал частотой до 17÷500 кГц. При промежуточных значениях ёмкостей 3,3 нФ и 100 нФ генератор формирует сигналы в диапазонах частот 360÷20000 Гц и 6,25÷500 Гц соответственно.

При наименьшей ёмкости С2=5,1 мкФ получается частота в диапазоне 0,2-10 Гц. Таким образом, при использовании всего четырёх конденсаторов можно перекрыть диапазонами частот интервал от 0,2 Гц до 500 кГц. Но при этом в режиме ШИМ будет доступна генерация сигнала всего четырёх значений частоты при использовании одной перемычки П.

Поэтому, для улучшения характеристики генератора было принято решение ввести в схему 20 конденсаторов различной ёмкости с равномерным распределением значений по интервалам.

Дополнительную точность установки частоты в режиме ШИМ можно получить, применяя несколько перемычек идентичных П, которые позволят корректировать частоту подключением емкостей меньших значений в сравнении с основной добавочной.

Питание схемы имеет некоторые ограничения. Не смотря на достаточно широкий диапазон напряжения питания микросхемы 3÷15 В, как показал опыт, при напряжении питания схемы ниже 9 В не происходит запуск генератора. При напряжении 9 В запуск не стабилен. Поэтому рекомендуется использовать источник питания 12÷15 В.

При напряжении питания 15 В, нагрузке сопротивлением 50 Ом подключенной к одному каналу генератора и максимальном выходном уровне сигнала, устройство потребляет не более 2,5 Вт мощности. При этом основная доля мощности рассеивается на нагрузке и согласующем выходном резисторе R9 (R10).

Не рекомендуется включать генератор на короткозамкнутую нагрузку, поскольку выходной транзистор при этом работает в предельном режиме. Это касается и тестирования схем с биполярными ключами, не имеющими в цепи базы ограничивающего резистора. В таких случаях рекомендуется уровень выходного сигнала снижать как минимум за половину оборота ручки резистора, а потом по мере необходимости добавлять.

В моём случае для варьирования частотных диапазонов генерации я использовал следующий ряд номиналов конденсаторов:
С1 — 68 пФ;С2 — 100 пФ;С3 — 220 пФ;С4 — 330 пФ;С5 — 680 пФ;С6 — 1 нФ;С7 — 2,2 нФ;

С8 — 3,3 нФ;

С9 — 9,1 нФ;С10 — 22 нФ;С11 — 33 нФ;С12 — 47 нФ;С13 — 82 нФ;

С14 — 100 нФ;

Читайте также  Как устроен генератор переменного тока

С15 — 220 нФ;С16 — 330 нФ;С17 — 510 нФ;С18 — 1 мкФ;С19 — 2,4 мкФ;

С20 — 5,1 мкФ.

Источник: https://volt-info.ru/generator-pryamougolnyh-impulsov-na-logike-hef4011bp

2-х канальный генератор сигналов произвольной формы MHS-5200A

Здравствуйте! Расскажу я сегодня про 2-х канальный генератор сигналов MHS-5200A.

За небольшую стоимость генератор поражает своими возможностями: — выдаёт синусоидальный сигнал с частотой до 25 МГц с разрешающей способностью в 0,01 Гц; — амплитуда выходного сигнала регулируется от 0 до 20 В; — помимо стандартных сигналов (синусоида, меандр, разные пилы) способен выдавать сигнал любой формы, которую можно нарисовать мышкой; — имеет измерительный вход, которым может измерять частоту, период, длительности положительных и отрицательных импульсов, считать их количество. В общем просто бомба, а не генератор.

Заинтересовавшихся прошу.

Перерыв разные форумы и онлайн магазины, наткнулся на героя обзора и понял, что лучшего за эти деньги не найти. Дальше начал искать где купить и очередной раз убедился, что Али уже не тот. Ведь ещё года 2 назад большинство покупок их Китая я делал именно на Али, но сейчас можно найти такой же товар, но дешевле, на других площадках… Достаточно лирики, пора переходить к обзору.

Технические характеристики:

Основные способности генератора я привёл в «шапке», более детальные привожу из руководства по эксплуатации.

Посылка и упаковка:

Картонная упаковочная коробка с генератором была завёрнута в обычный стандартный полиэтиленовый серый пакет. Фото делать не стал, но процесс распаковки есть в видеоролике в конце обзора.

Комплектация:

Комплект состоит из: — генератора; — блока питания с «неправильной» вилкой; — переходника под «правильную» розетку; — переходника для TTL входа и выходов; — USB кабеля; — 2-х кабелей BNC-крокодилы;

— CD диска с софтом, драйверами и инструкцией.

Разборка:

Разбирается корпус легко, достаточно открутить 4 самореза на нижней части и аккуратно отделить верхнюю часть от нижней. Далее отсоединить 4 плоских кабеля от основной платы к передней панели (благо все кабели оборудованы разъёмами) и открутить маленькие саморезы, крепящие основную плату.На плате с кнопками, которая находится на передней панели, присутствует неотмытый флюс. Других претензий к качеству монтажа нет.

Рассмотрим поближе маркировку микросхемСвоеобразным «сердцем» генератора является Программируемая Логическая Интегральная Схема (ПЛИС) LCMXO2-1200HC-4TG144C от компании Lattice Semiconductor Corporation работающая под управлением микроконтроллера STM8S00 от STMicroelectronics. Также на плате присутствует микросхема eeprom 24lc512 и USB-UART преобразователь CH340.

В аналоговой части можно увидеть операционные усилители от Analog Devices.

Тестирование:

Сначала пару слов об органах управления и контроля. На передней панели расположены: — 2-х строчный ЖК индикатор (1); — три светодиода указывающих на статусы выходов (2); — шесть кнопок управления, одна из которых «SHIFT», позволяет выбрать альтернативные функции остальных кнопок (3); — энкодер (4);

— разъёмы входа и выходов (5, 6, 7).

На задней панели расположены: — гнездо подключения блока питания (8); — гнездо подключения USB кабеля (9); — разъём подключения переходника для TTL входа и выходов (10);

— выключатель (11).Управление достаточно простое и интуитивно понятное. В видеоролике в конце обзора я сделал некоторые пояснения.

Для начала я проверил точность выдаваемой частоты, но т.к. мой мультиметр может измерять максимум 1 МГц, то я проверил крайние точки: 1 Гц — 999 КГцВ указанном диапазоне к частоте генерируемых импульсов претензий никаких.
Далее я подключил самодельный осциллограф DSO068 для проверки формы сигнала при частоте 1 Гц:Также есть возможность выбрать 15 дополнительных форм сигнала, которые заранее необходимо загрузить в память генератора через специальное ПО, но об этому чуть ниже.
Далее я поднял частоту до 10 КГц:Вопросов не возникло.
Для дальнейшего увеличения частоты мне пришлось выбрать меньшее время развёртки и появились искажения формы связанные с частотой дискретизации осциллографа:К сожалению на бОльших частотах мне нечем просмотреть форму сигнала.

Подключение к компьютеру:

Перед подключением генератора к компьютеру сначала необходимо установить пакет NI-VISA Run-Time Engine, который находится в комплекте на CD диске
Далее подключить генератор и установить USB драйвер, который также присутствует на диске, но у меня система установила драйвер автоматически, после чего появился виртуальный СОМ порт:
Теперь самое время установить прикладное ПО с того же диска: Запускаем.

Окно прикладного ПО содержит 4 вкладки. На первой необходимо выбрать номер виртуального СОМ порта и нажать «CONNECT».

На второй вкладке можно делать всё то же самое, что и с передней панели генератор, но тут органов управления существенно больше, поэтому управлять удобнее. Сразу же в специальных окошках можно наблюдать за выбранной формой сигнала. На третьей вкладке расположены дополнительные функции, такие как: — измерение параметров сигналов подаваемых на вход генератора; — генератор импульсов с регулируемой длиной импульса, периодом и амплитудой; — генератор «качающейся» частоты с выбором границ и частоты «качания», а также формой;

— генератор фигур Лиссажу (но у меня нет осциллографа с входом по оси «Y», поэтому проверить данную функцию не смог).

Четвёртая вкладка самая интересная, на мой взгляд. Здесь можно буквально нарисовать мышкой форму сигнала, загрузить в генератор в одну из 15 ячеек памяти и выдавать этот сигнал с регулировкой частоты и амплитуды.Также можно воспользоваться генератором форм.

Итог:

Мне нужен был генератор стандартных сигналов. Я купил почти самый дешёвый, который смог найти. В итоге я получил даже больше, чем надеялся. Конечно же я доволен приобретением. Минусов за эту цену я не обнаружил. Удачи.

P.S. Если кому-то нужно содержимое диска, то вот оно.

Источник: http://skuonline.ru/blog/gearbest/7915.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий