Аналоговые таймеры

Чтобы иметь возможность прервать выполнение тай­мером заданной функции, независимо от завершенности временного цикла, введен переключатель S2. При по­даче сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю до тех пор, пока сигнал сброса не будет снят. Обычно при подаче сигнала сброса на выходе таймера устанавливается низкое напряжение.

Многот

актные таймеры разработаны для аппарату­ры, требующей использования генераторов сигналов сверхнизкой частоты с продолжительностью импульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две основные группы (рис. 1.1). К первой группе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый временной интервал задается программно, установкой соответствующих перемычек на выходах счетчика. В зависимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени RC-цепи в n раз (n-определяет диапазон программирования или коэффициент деления счетчиков). Программируемые таймеры содер­жат таймеры общего применения, выполненные по би­полярной технологии, и микромощные. Ко второй груп­пе относятся специализированные таймеры со встроен­ными счетчиками, у которых однозначно задан коэф­фициент деления п.

Программируемые таймеры работают следующим образом (рис. 1.2, б). При подаче на вход запуска им­пульса включается внутренний мультивибратор на однотактном таймере, генерирующий импульсы длительностью Tn==RtCt. Подключенный к выходу таймера N-разрядный двоичный счетчик подсчитывает входные импульсы и формирует на N выходах счетчика времен­ные интервалы, длительность которых может устанав­ливаться от Тn до (2n-1)Тn. На первом выходе фор­мируется импульс длительностью Тn, на втором – длительностью 2Тn, а на N-ном длительностью (2n-1) Гц. Счетчик допускает объединение выходов, причем дли­тельность формируемого в этом случае временного ин­тервала определяется суммой длительностей импульсов на объединенных выходах. Например, объединены выходы, формирующие отдельно импульсы длитель­ностью Tn, 8Тn и 128Тn, тогда длительность формируе­мого временного интервала равна Tn+8Тn+128Тn= 137Тn. Таким образом, объединяя соответствующие выходы, можно получить любую длительность импуль­са или задержку его фронта в диапазоне Tn - (2n-1)Tn. Выполнение таким таймером предварительно заданной программы можно прервать, подав на специальный вход импульс сброса. Для синхронной работы внутреннего однотактного таймера и счетчика исполь­зуется управляющая цифровая ИС.

1.2. Особенности структур таймеров общего применения

В полупроводниковых таймерах наибольшее распро­странение получили структуры, использованные в однотактных таймерах NE 555, LM 322 и программируемом XR 2240. Структура таймера КР1006ВИ1, аналогичного NE 555, показана на рис. 1.3,а. Эти таймеры состоят из четырех функциональных узлов: двух компараторов напряжения на входе, RS-триггера и инвертирующего усилителя мощности на выходе [6]. Внутренний резисторный делитель задает пороговые напряжения, рав­ные 2Un/3 для компаратора А1 и Un/3 для компара­тора А2. Длительность генерируемых выходных импуль­сов устанавливается внешней времязадающей цепью RtCt. Аналогичен NE 555 по структуре и параметрам таймер XR 320, разработанный фирмой Ехаг. Этот таймер, в отличие от NE 555, может управляться не только спадом, но и фронтом импульса. Кроме того, XR 320 в дополнение к низкоомному выходу имеет инверсный выход с открытым коллектором. Существенным преи­муществом XR 320 является то, что времязадающий конденсатор Сt заряжается внутренним генератором постоянного тока, величину которого определяет внешний резистор Rt [6]. Благодаря этому напряжение на Сt увеличивается линейно, что важно для некоторых применений однотактных таймеров. Тем не менее, этот таймер используется сравнительно редко, не имеет такого схемотехнического обеспечения как NE 555 и обладает незначительными преимуществами по сравнению с последним. Наиболее удачной структурой таймера является использованная в LM322. Этот таймер, второй по массовости применения среди однотактных, существенно превосходит NE 555 по сочетанию пара­метров точности, быстродействия и потребления. LM322 часто относят к прецизионным, подразуме­вая под этим не столько его высокие точностные харак­теристики, сколько специфичность применения в аппа­ратуре. Таймер содержит источник опорного напряже­ния 3,15 В к которому подключается внешний время­задающий резистор. Применен только один компаратор быстродействие, которого можно увеличить, подключив дополнительный вывод N к источнику питания. За­пускается таймер положительным фронтом импульса. Таймер LM322 существенно отличается от NE355 конструкцией выходного каскада. Хотя использованное в схеме включение транзистора VT2 и делает более уни­версальным выход таймера, для большинства применений предпочтительнее мощный выходной каскад, как в NE355.

Наиболее распространенным в современной микроэлектронной аппаратуре среди многотактных программируемых таймеров является XR 2240, полная функ­циональная схема которого приведена на рис.1.4 [6] Таймер состоит из трех основных узлов, выделенных штрихпунктирными линиями: однотактного таймера подобного NE 555; 8-разрядного двоичного счетчика и управляющего триггера. Двоичный счетчик и управляющий триггер питаются от внутреннего источника стабилизированного напряжения 6,3 В. Внутренний резисторный делитель устанавливает на входах компараторов А1 и А2 поро­говые напряжения переключения, равные 3Un/4 и Un/4 соответственно. Выходами двоичного счетчика являют­ся открытые коллекторы транзисторов VT4-VT12. Триггер D10 управляет работой счетчика D2-D9 и триггера D1 в однотактном таймере, который в свою очередь управляет работой первого каскада D2 счетчи­ка.

1.3. Особенности применения и основные параметры

однотактного таймера

Для полного и правильного использования различ­ных возможностей таймера КР1006ВИ1 необходимо знать назначение его выводов, характеристики и тре­бования к выбору параметров времязадающих эле­ментов.

Назначение выводов таймера КР1006ВИ1 (рис. 1.3,а) незначительно отличается от рассмотренного ранее для обобщенной структуры на рис. 1.2,а. Напряжение питания Un, подаваемое на вывод 8 и измеряемое относительно вывода 1, равно 5-16,5 В. Приращение потребляемого таймером тока на 1 В из­менения напряжения питания равно 0,7 мА (рис. 1.5,а). Таймер способен отдать в нагрузку или принять из нее ток не более 200 мА, что позволяет управлять непосредственно лам­почками и даже электромагнитными реле. Выходное сопротивление около 10 Ом как для низкого, так и для высокого уровней выходного напряжения. Запуск таймера осуществляется подачей на вывод 2 напряжения менее Un/3 (эту цепь обычно называют триггерным входом). По отношению к выходу этот вход является инверти­рующим. Зависимость минимальной длительности Тn запускающего импульса от низкого уровня его напря­жения U показана на рис. 1.5,6. При высоком напряжении на выводе 2 состоянием выхода таймера можно управлять с помощью компаратора А1 по выводу 6, называемому обычно пороговым входом (рис. 1.3,а). Относительно изменений выходного напряжения этот вывод является неинвертирующим входом таймера. Входной ток, втекающий для компаратора А1 (вывод 6) и вытекающий для компаратора А2 (вывод 2), не превышает 0,5 мкА. Для сброса таймера, т. е. установ­ления на его выходе низкого напряжения, независимо от напряжения на выводах 2 и 6, используется вывод 4. Если напряжение на этом выводе меньше – равно 0,4 В, напря­жение на выходе равно 0,1-0,2 В. При напряжении большем 1 В цепь сброса выключена и не влияет на рабо­ту таймера. Кроме низкоомного выхода (вывод 3) таймер имеет и вспомогательный высокоомный выход (вы­вод 7), представляющий собой открытый коллектор тран­зистора VT1 (рис. 1.3,а), Этот вывод обычно использует­ся для организации обратной связи с выхода на входы (выводы 2 и 6) таймера. Допустимое изменение напряжения на выводах 2, 4, 6 и 7 лежит в пределах 0 - 16,5 В. В таймере имеется доступ через вывод 5 к входам внутренних компараторов, на которые поданы пороговые напряжения. Этот вывод от резисторного делителя позволяет дополнительно управлять работой таймера, изменяя пороговые напряжения компараторов при постоянном напряжении питания. Чтобы избежать влияния внешних помех и пульсаций напряжения питания на точность работы таймера рекомендуется шунтировать вывод 5 конденсатором емкостью около 0,01 мкФ.

 Скачать реферат