Мультивибратор на таймере 555 с индуктивным компонентом

За последние 50 лет схема мультивибратора на микросхеме 555 стала стандартным выбором многих любителей и даже профессионалов. Пара формул для частоты и коэффициента заполнения позволяет легко рассчитать комбинации номиналов конденсатор-резистор, удовлетворяющие требуемым параметрам выходных импульсов. Но могут возникнуть ситуации, когда лучшим решением было бы использование дросселя и резисторов. Примером может служить высокотемпературная среда, которая сокращает срок службы электролитических конденсаторов. В этом случае стоит рассмотреть схему, показанную на Рисунке 1.

Рисунок 1.	В мультивибраторе на микросхеме 555 используются дроссель и резисторы.

При включении питания напряжение на выводе 2 (V_RB) равно нулю, а уровень выходного сигнала (V_OUT) на выводе 3 – высокий. В это время светодиод горит, а разрядный транзистор (вывод 7) выключен. Ток дросселя экспоненциально нарастает до тех пор, пока напряжение V_RB не достигнет уровня 2V_CC/3. Этот уровень воспринимается входом порога (вывод 6), и напряжение на выводе V_OUT становится низким. Разрядный транзистор включается, а светодиод гаснет.

Вывод 7 эффективно обеспечивает низкоомный путь к земле (с сопротивлением R_ON), благодаря которому ток дросселя и напряжение V_RB постепенно уменьшаются до нуля. Когда напряжение на выводе 2 падает ниже V_CC/3, выходное напряжение V_OUT снова становится высоким, светодиод загорается, а вывод 7 возвращается в отключенное состояние.

Рисунок 2.	Сопротивление дросселя постоянному току (RS).

Чтобы рассчитать значения длительности импульса T_H и паузы T_L, можно использовать формулу (1), полученную из анализа переходной характеристики RL-цепи. Она определяет время протекания зарядного (или разрядного) тока при его изменении от начального до конечного значения:

(1)

Символы формулы (1) определены в Таблице 1.

Кроме того, в формулу входит сопротивление дросселя постоянному току R_S, которым при низкой добротности можно пренебречь. Также, согласно 1],

В течение интервалов T_H и T_L символы принимают определенные значения, показанные в Таблице 1. Полезно выполнять все расчеты в электронной таблице, особенно когда нужно выяснить, насколько результат зависит от допусков компонентов.

Таблица 1. Символы формулы для расчета временных характеристик и их значения Символ Определение TH TL II Начальный ток IF Конечный ток R Эквивалентное. сопротивление τ Постоянная времени VS Напряжение на RL VCC

Таблица 2. Номиналы компонентов, использованных в экспериментальной установке Компонент Цветовой код номинала Измеренное значение RA (Ом) 100 99.6 RB (Ом) 1000 969 L (мГн); RS (Ом) 18; — 17.77; 120.3

Таблица 3. Сравнение расчетных и измеренных значений Выходные характеристики Расчетные Измеренные % отличия TH (мкс) 17.6 16.8 2.05 TL (мкс) 15.22 15.533 4.66 Период (мкс) 32.82 32.333 1.49 Частота (кГц) 30.471 30.928 1.49 К-т заполнения (%) 53.6 51.96 3.17

Для проверки этих идей, я выбрал компоненты, перечисленные в Таблице 2, и использовал измеритель LCR для измерения их фактических характеристик (Рисунок 2). Чтобы рассчитать значения T_H, T_L и другие выходные характеристики, я ввел данные в электронную таблицу. Результаты расчетов приведены в Таблице 3.

Рисунок 3а.	Экспериментальная установка.

Рисунок 3б.	Осциллограммы сигналов VRB и VOUT.

Для питания экспериментальной установки я использовал оценочную плату ADALM2000 компании Analog Devices (Рисунок 3а), а временные диаграммы (Рисунок 3б) снимал на выводах 2 и 3 микросхемы таймера. Измерения показывают, что формула (1) в сочетании со значениями из Таблицы 2 точно моделирует поведение предложенной схемы. При испытаниях схемы были отмечены спады и всплески напряжения V_RB во время переходов на выводе 7, в основном из-за длинных проводов питания. Они были ослаблены парой конденсаторов, расположенных в непосредственной близости от вывода 8.

Ссылка

1. Phil Rogers. Использование таймера 555 в схемах с низкими коэффициентами заполнения

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments LM555CN/NOPB