Генератор прямоугольных импульсов на к155ла3 скрутить спидометр
При конструировании устройств на цифровых микросхемах нередко возникает задача построения генератора прямоугольных импульсов с теми или иными характеристиками. Данная статья призвана помочь конструктору-любителю подобрать схему задающего генератора той или иной степени сложности и необходимых характеристик.
Схема, представленная на рисунке 1 собрана на трех элементах микросхемы 155 ЛА3 и работает в режиме автогенератора благодаря задержке распространения сигнала через элементы. Для простой логики серии 155 время задержки одного элемента равно 20 нс, следовательно частота генератора, собранного на трех элементах будет примерно равна 8 МГц.
Классическая схема простейшего генератора с времязадающей цепью изображена на рис.2. Собрать его можно практически на любых элементах с инверсией (НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ), частота следования выходных импульсов зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления R1. Стоит учитывать, что при увеличении сопротивления R1 более 470 Ом, генерация будет неустойчивой. При номиналах R1= 300 Ом и С1=0.047 мкФ частота генерации будет составлять примерно 10 кГц.
Схема, изображенная на рис.3 содержит еще два элемента, один из которых (D1.3) служит для более устойчивой работы генератора, а другой (D1.4) используется в качестве буферного для улучшения формы выходного сигнала. При указанных на схеме номиналах R1 и емкости конденсатора 0.047 мкФ частота следования импульсов будет равна 10 КГц.
Частоту генерации мультивибратора на ТТЛ микросхемах несложно изменять не только номиналами сопротивления и емкости, но и изменением напряжения. На схеме, представленной на рис.4 управляющее напряжение подается на вход Упр. и может изменяться от нуля до напряжения питания микросхемы. При увеличении напряжения на входах у элементов быстрее наступает порог срабатывания в процессе перезаряда конденсаторов, а значит и увеличивается частота генерации.
Схема генератора, частоту и скважность которого можно оперативно менять с помощью переменных резисторов, изображена на рис. 5. При указанных на схеме номиналах резисторов и емкости конденсатора С1=0.1 мкФ скважность можно изменять от 1.5 до 3 (резистором R2), а частоту от 8 до 25 кГц (R1). Для другого диапазона частот придется изменить емкость конденсатора С1.
Особенность управляемого генератора импульсов, изображенного на рис.6 состоит в том, что длительность последнего генерируемого импульса не зависит от времени окончания управляющего сигнала. Когда бы сигнал Упр. не исчез, генератор в любом случае отработает период до конца. Достигнуто это тем, что один из входов управляющего элемента D1.1 подключен к выходу мультивибратора, собранного на элементах D1.2 – D1.4.
Запускается мультивибратор низким уровнем на входе Упр. и если в процессе работы генератора этот сигнал пропадет (станет высоким), то благодаря обратной связи (выход D1.4 – вход D1.1) мультивибратор остановится только тогда, когда отработает период полной длительности и уровень на его выходе не станет низким. В дополнение частоту генератора можно плавно изменять переменным резистором R2 (при указаных на схеме номиналах от от 4 до 25 кГц).
Обычно при построении генераторов на ТТЛ микросхемах используются резисторы небольшого номинала и потому емкости времязадающих конденсаторов получаются относительно большими, а диапазон регулировки частоты невелик. Увеличить диапазон регулировки до 200 раз можно, включив во времязадающую цепь транзистор с достаточно большим входным сопротивлением, как изображено на рис.7. При изменении емкости времязадающего конденсатора от 10 мкФ до 20 пФ, среднюю частоту генератора можно изменять от долей герца до нескольких МГц.
Еще одна схема, но уже с полевым транзистором, позволяет с помощью резистора R1 изменять частоту генератора в 50 000 раз (рис.8). Кроме того, высокое входное сопротивление затвора полевого транзистора позволяет получать низкую частоту генерацию при относительно небольшой емкости времязадающего конденсатора. К примеру, при указанных на схеме номиналах и максимальном значении R1 частота генерации составит примерно 0.5 Гц. Вполне очевидно, что для плавного изменения частоты в таком большом диапазоне, желательно, чтобы резистор R1 был многооборотным.
Все вышеописанные мультивибраторы не отличаются высокой стабильностью частоты, которая зависит от напряжения питания, температуры окружающей среды и еще целого ряда факторов, поэтому в случаях, когда к стабильности генерируемой частоты предъявляются высокие требования, в схему вводятся кварцевые резонаторы, работающие на необходимой частоте (рис.9). Строя подобные генераторы, следует иметь в виду, что приближение генерируемой частоты к граничной частоте переключения элементов, ухудшает форму сигнала, приближая ее форму к синусоидальной.
1. Параллельное и последовательное включение сопротивлений
- вычислить величину трёх параллельно включённых сопротивлений 1кОм
- вычислить величину трёх последовательно включённых сопротивлений 1кОм
2. Параллельное и последовательное включение конденсаторов
- вычислить величину трёх параллельно включённых конденсаторов 100 мкФ
- вычислить величину трёх последовательно включённых конденсаторов 100 мкФ
Краткий порядок задания :
2-1. Справка о мс К155ЛА3.
2-2. Сборка генератора (схема 4).
2-3. Общие рекомендации по сборке.
2-4. Этапная сборка схемы 4 (с проверкой этапов).
2-5. Схема 4k и выполнение задания.
2-6. Сборка генератора (схема 5).
2-7. Сборка генератора (схема 7).
2-8. Сборка двойного генератора (схема 6).
2-9. Период, частота.
2-10. Задание по схеме 6.
2-11. Сборка RS-триггера.
2-1. Справка о мс К155ЛА3.
На правом изображении "живая" микросхема К155ЛА3 в корпусе DIP14 (14 выводов):
Обратите внимание, с левой стороны корпуса микросхемы находится углубление – это её ключ; рядом с ним находится первая ножка корпуса микросхемы. Последующий порядок нумерации выводов показан на изображении. В одном корпусе микросхемы находится четыре логических элемента 2И-НЕ (левое изображение). Эти элементы используются при сборке последующих схем. Напряжение питания микросхемы - 5 вольт (для этого вывод 7 соединяется с GND-земля; а вывод 14 - с VCC=5 вольт).
На изображении микросхема установлена в макетку и к её выводам (N7, 14) подведено питание.
2-2. Сборка генератора (схема 4 и 4k) :
Генератор импульсов (схема 4) собирается на двух элементах микросхемы К155ЛА3, включённых инверторами. Частота мигания (количество импульсов в секунду) зависит от величины сопротивления R1 и конденсатора C1. К выводу 6 (выход второго элемента микросхемы, он же и выход генератора ) через токоограничивающее сопротивление R2 подключён светодиод VD1. Если он замигает после подачи питания на макетку, то схема собрана правильно.
DD1 – К155ЛА3, R1 – 330 Ом, R2 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.
На изображении собранный генератор :
В сборке элементом R1 является соединение из трёх сопротивлений с номиналом 1 кОм, а не одно сопротивление с номиналом 330 Ом.
2-3. Общие рекомендации по сборке :
2-4. Этапная сборка схемы 4 (с проверкой этапов) :
- подключите питание к выводам микросхемы (7- GND ; 14- VCC ).
- установите сопротивление R2 и светодиод VD1. После подачи питания светодиод должен постоянно светиться. Объясните, почему он светится ?
- установите перемычки между контактами 1-2, 4-5 микросхемы. После подачи питания светодиод должен также светиться.
- установите перемычку между контактами 3-4 микросхемы. После подачи питания светодиод не должен светиться. Объясните, почему он не светится ?
- установите элементы R1 и C1. После подачи питания светодиод должен постоянно мигать.
2-5. Схема 4k и выполнение задания :
На следующем изображении 4-я схема с небольшим изменением (светодиод включён катодом к земле – Схема 4k ).
DD1 – К155ЛА3, R1 – 330 Ом, R2 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.
Внесите нужные схемные изменения в монтаж. После подачи питания светодиод должен мигать. Светодиод в схеме подключён через сопротивление к выходу генератора (вывод 6 - сигнал C ) и служит для индикации его работы.
Задание по схеме 4k :
При сборке схемы 4k генератора участвуют два логических элемента микросхемы (1,2-3; 4,5-6), а два элемента остались не задействованными (13,12-11; 10,9-8). Необходимо собрать второй генератор на свободных элементах микросхемы.
- В тетрадке начертите схему 4k генератора без обозначения номеров выводов (1,2-3; 4,5-6) микросхемы К155ЛА3.
- Закончите схему, указав на освободившемся месте новые номера выводов от ранее не задействованных элементов микросхемы(13,12-11; 10,9-8)
- Выполните сборку второго генератора согласно новой схеме.
При правильной сборке два светодиода (от двух генераторов) должны мигать.
2-6. Сборка генератора (схема 5) :
DD1 – К155ЛА3, R1-R3 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.
- выполните сборку на макетке в соответствии с принципиальной электрической схемой (схема 5),
- зарисуйте схему в рабочей тетрадке и найдите более оптимальный вариант сборки схемы,
- внесите коррективы в схему и в сборку :
2-7. Сборка генератора (схема 7) :
DD1 – К155ЛА3, R1-R4 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.
2-8. Сборка генератора (схема 6) :
Сравните, ранее собранную, схему 4k (см. выше) и следующую 6-ую схему. В 6-ой схеме - уже два генератора.
DD1 – К155ЛА3, R1-R3 – 1 кОм, R4-330 Ом, С1 – 470,0 мкФ, C2 – 47,0 мкФ.
Величину сопротивления R1 можно уменьшить до 500 Ом (. ). Для индикации к выходам генераторов через сопротивления подключены светодиоды VD1 , VD2 . Обратите внимание на правильность их подключения - катодами к линии GND. Соединение, обозначенное на схеме и на сборке знаком (!) , устанавливается в последнюю очередь.
На схемах 4-7 изображены простые схемы генераторов на микросхеме К155ЛА3 .
2-9. Период, скважность, частота :
Если схема генератора собрана правильно, то светодиод, подключенный к выходу генератора, должен мигать (при соответствующих параметрах RC элементов). Или, светодиод периодически светится и не светится.
По схеме 4k светодиод VD1 будет светиться при высоком уровне напряжения на выходе генератора (вывод 6 , сигнал C ), и не будет светиться – при низком уровне напряжения. Форма периодически меняющегося выходного сигнала генератора показана на следующем изображении :
Временной отрезок с высоким уровнем напряжения (импульс) и низким (пауза) в сумме составляют величину T , при этом они периодически повторяются. Т – это Период или промежуток времени, через который повторяются значения напряжений.
Если длительность импульса и паузы равны, то такой периодический сигнал прямоугольной формы называется Меандр .
T = k * R1 * C1 - формула, по которой определяется период, при этом, величина коэффициента k может меняться в зависимости от схемы.
Например :
для схемы 5 формула примет вид - Т = 2 * R1 * C1 ,
а для схем 4 или 4k точней будет при - Т = 3 * R1 * C1 .
Из формулы следует, что длительность периода или частота мигания светодиода зависит от номиналов сопротивления R1 и конденсатора C1 .
- в большинстве схем генераторов, построенных на элементах 155 серии, номинал сопротивления должен быть менее 500 Ом (только тогда генератор будет работать).
- временные отрезки импульса и паузы будут почти равными при R1 =100 Ом, а при увеличении сопротивления R1 длительности импульса и паузы начинают отличаться друг от друга и даже в несколько раз при максимальной величине сопротивления.
Если время периода T поделить на время длительности импульса (высокий уровень напряжения), то получим величину Скважности ( S ). При меандре S = 2, а если длительность импульса меньше длительности паузы, то величина S > 2.
Частота - f = 1/T - как часто или сколько проходит импульсов и пауз (периодов) в течение одной секунды.
Например, при T = 0.5 сек (полсекунды), f = 1 / 0.5 c = 2 Гц (за секунду можно заметить две вспышки светодиода).
Но, чем частота ближе к значению 25 Гц, тем хуже человеческий глаз будет различать световые вспышки светодиода и паузы между ними. Свечение светодиода постепенно сливается, и при частоте более 25 Гц он будет как бы постоянно светиться. Для этого попробуйте изменять номиналы элементов.
2-10. Задание по схеме 6 :
Схема 6 состоит из двух генераторов.
- в сборке временно уберите соединение, обозначенное (!) ,
- подсчитайте периоды для обоих генераторов,
- нарисуйте две временные диаграммы с выводов 6 и 8 мс (располагая - вторая под первой),
- установите соединение (!) ,
- нарисуйте (под первыми двумя) опять временную диаграмму с вывода 8 мс (при наличии соединения (!) ),
- объясните логику работы второго генератора (вывод 8 мс).
2-11. Сборка RS-триггера :
Сборка схемы RS-триггера выполняется на элементах мс К155ЛА3 (логика 2И-НЕ).
Триггер - устройство способное длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. В этой схеме его состояние меняется при нажатии кнопок KN1 и KN2 . Само состояние триггера определяется по состоянию светодиода VD1 .
Какие особенности схемы обеспечивают устойчивость состояний на выходе ?
Соберите схему, поочерёдно нажимайте на кнопки KN1 и KN2 :
При нажатии на кнопку KN1 (вход R ) светодиод выключается (сброс - Reset ).
При нажатии на кнопку KN2 (вход S ) светодиода включается (установка - Setting ).
Основная функция триггера - запоминать двоичную информацию. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия сигналов (нажатия на кнопки). Приняв одно из состояний за 1 (логическую единицу), а другое за 0 (логический ноль), можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
При изготовлении триггеров преимущественно используются транзисторы. В настоящее время триггеры используются в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.
Для более четкого представления о работе прибора рассмотрим некоторые его основные узлы. Начнём рассматривать работу бегущих огней с микросхемы К155ЛА3 которая является набором из четырёх логических элементов 2И-НЕ изображённого на рис.1.
1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8;
3 - выход Y1;
6 - выход Y2;
7 - общий;
8 - выход Y3;
11 - выход Y4;
14 - напряжение питания;
Мы используем только два элемента 2И-НЕ. Ниже приведённая схема генератора выдаёт чередование прямоугольных импульсов логического нуля и логической единицы показанных на графике.
На генераторе предусмотрена регулировка скорости и продолжительности чередования логических импульсов с помощью R1 и C1.
Если к выводу 6 подключить светодиод через резистор 1 кОм – то мы увидим, что у нас получилась простая мигалка на микросхеме с регулируемой скоростью мерцания.
Далее рассмотрим микросхему К155ТМ2 – которая включает в себя два независимых D-триггера, срабатывающих по положительному фронту тактового сигнала, к ней и осуществим подключение тактового генератора.
Условное графическое обозначение К155ТМ2 приведено на рис.2. На рис.3 приведена структурная схема и таблица истинности одного из элементов микросхемы, где каждый элемент состоит из четырёх элементов 2И-НЕ.
А ниже приводится "расшифровка" выводов микросхемы:
1 - инверсный вход установки "0" R1;
2 - вход D1;
3 - вход синхронизации C1;
4 - инверсный вход установки "1" S1;
5 - выход Q1;
6 - выход инверсный Q1;
7 - общий;
8 - выход инверсный Q2;
9 - вход Q2;
10 - инверсный вход установки "1" S2;
11 - вход синхронизации C2;
12 - вход D2;
13 - инверсный вход установки "0" R2;
14 - напряжение питания;
Далее мы кратко рассмотрим работу одного каскада триггера изображённого на рис.4.
Подключим вывод 2 к инверсному выводу 6 и подключим к выводу 3 тактовый генератор. При поступлении логической единицы на вывод 3 на выводе 5 будет переключение на логическую единицу, при прохождении очередной логической единицы на вывод 3 - произойдёт переключение на логический ноль (вывод 5) и так будет происходить переключение до бесконечности. На выводе 6 (который является инверсным) будет зеркальное значение 5-го вывода.
А бегущие огни составим из тактового генератора и четырёх элементов триггера (2 микросхемы К155ТМ2) рис.5
На схеме мы видим не фиксируемую кнопку S2 которая служит для переключения подпрограмм и селектор S1 которым осуществляется переключение основных программ. Если сделать небольшие изменения в схеме - отсоединить вывод идущий к 13 ноге D1.2 и подключить его к выводу 10 D1.2 и сделать то же самое на второй микросхеме, то изменятся и программы индикации (изменение отмечено на схеме пунктиром). Если использовать многосекционный селектор S1, то можно подключить отмеченное пунктиром изменение к селектору и тем самым увеличить число программ.
В схеме используются лампочки напряжением 2.5-3.6 вольта, но если использовать светодиоды, то надобность в транзисторах отпадает (на схеме отмечено красным квадратом) и подключение светодиодов осуществляется к Т,Т1,М,М1,Р,Р1,F,F1 рис.5а.
Если использовать лампы на 220 вольт, то вместо транзисторов нужно подключить симисторы или как их ещё называют симметричные тиристоры, триодный тиристор или триак. Условное графическое обозначение симистора на рис.6
Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих направлениях. Симистор имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис.6а. На рис.6 б внешний вид симистора КУ208.
На Рис.7 показана схема бегущих огней с симисторным управлением.
Собранный девайс изнутри и внешний вид устройства.
Используемые детали в бегущих огнях можно заменить на импортные и отечественные аналоги: К155ЛА3 на SN7400, К155ТМ2 на SN7474N, транзисторы КТ315 на КТ342; КТ503; КТ3102; 2N9014; ВС546В, а КУ208 на BT134; BT136. Светодиоды можно применять любые. Стоимость деталей приблизительно составляет 60 - 100 рублей.
Данную схему легко переработать и изменить алгоритм работы.
Сама схема имеет минимум легкодоступных деталей, легка в сборке и при правильном монтаже в наладке не нуждается.
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
В идеале использовать трехполюсную схему включения. Ну а так. У терморезистора есть график или таблица зависимости сопротивления от температуры. Если подать напряжение на него через резистор то получится делитель ток через который на термодатчике создаст определенное напряжение. Меняется температура, меняется сопротивление делителя и ток через него. Соответственно меняется и напряжение на нем. Так строится кривая зависимости напряжения на терморезисторе от температуры. При выборе номинала резистора через который подается питание на терморезистор нужно учитывать что ток протекающий через цепь неизбежно будет нагревать терморезистор и менять его сопротивление. Тоесть ток нужен такой чтобы резистор минимально нагревался. Но если ток будет слишком маленький то напряжение на терморезисторе тоже будет малеьким и тогда мерять его будет сложнее. Тоесть должен быть определенный компромис. Так что все элементарно считается по закону Ома. Добавив смешение на вход операционника можно попытаться убрать лишнее напряжение. Добавив усиление увеличим напряжение на входе АЦП. Скачайте себе МИКРОКАП. В сети есть и книго по нему. Решит наглядно многие ваши проблемы
Похожий контент
Продам абсолютно новый.
Амперметр СА3010/3 индицирует измеренные значения тока на цифровом светодиодном индикаторе с высотой цифр 14 мм, имеющем пять десятичных разряда, плюс знак. Переключение пределов измерения и рода измеряемого тока производится с помощью кнопочных переключателей с индикацией значений пределов. Питание СА3010/3 осуществляется постоянным напряжением от 9 до 18 В или через адаптер от сети переменного тока напряжением (220±22) В, частотой (50±1) Гц. Потребляемая мощность не более 5 Вт.
цена 25 т.р (торг)
Продам вольтметр, несколько раз в пользовании.
Вольтметр универсальный В7-82 предназначен для измерения напряжения постоянного тока и силы постоянного тока, среднего квадратичного значения напряжения переменного тока, сопротивления постоянному току, частоты и периода электрических сигналов и обеспечивающих математическую и логическую обработку результатов измерений.
В7-82 может быть использован при наладке, контроле, ремонте измерительных приборов и систем различного назначения.
130 т.р (торг)
Генератор сигналов специальной формы GW Instek GFG-8250A Абсолютно новый, полный комплект. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Модель Генератор сигналов специальной формы GW Instek GFG-8250A Особенности исполнения: Настольный Количество каналов: 1 Максимальная частота: 5 МГц Максимальная частота дискретизации: 0 Форма сигнала: Синус, Меандр, Пила, Треугольная Амплитуда: 10 В Мощность: Виды модуляций: Аналоговая Дополнительные возможности: Редактирование формы сигнала Интерфейс связи с ПК: Торговая марка (производитель): GW Instek
18 т.р (торг)
Интересует происхождение названия генератора синусоиды с 4-мя фазовращ. RC-цепями на ОУ -- Bubba Oscillator, к-й переводят как "генератор Буббы" или "Бубба генератор".
Первая версия -- название придумано инженерами TI и вошло в обиход ввиду отсутствия иного термина, т.е. это не фамилия изобретателя схемы.
У кого-нибудь есть более подробные сведения об этимологии и причинах наименования?
Доброго времени суток, в multisim не работает мультивибратор на элементах "И-НЕ". В чем может быть проблема? П о идее на выходе должен быть прямоугольный сигнал.
Читайте также: