Клеммные колодки Keen Side

Регулируемый генератор треугольных/пилообразных импульсов на основе таймера 555

Texas Instruments LM358

Регулируемый генератор треугольных/пилообразных импульсов на основе таймера 555

Работа схемы основана на линейном увеличении или уменьшении напряжения на конденсаторе, когда постоянный ток втекает в конденсатор или вытекает из него. Если удастся заряжать и разряжать конденсатор одним и тем же постоянным током, то напряжение на конденсаторе будет иметь треугольную форму; в этом суть данной схемы (Рисунок 1).

Часто задаваемые вопросы о продукции MOSO

Схема генератора треугольных/пилообразных импульсов на основе таймера 555.
Рисунок 1. Схема генератора треугольных/пилообразных импульсов
на основе таймера 555.

После того, как схема достигла установившегося состояния, ее работа происходит следующим образом. Когда напряжение на конденсаторе равно 1/3VCC, на выходе таймера 555 будет высокий уровень, в результате чего диоды D1 и D4 будут смещены в обратном направлении, а D2 и D3 – в прямом. Поэтому конденсатор будет заряжаться через диод D2 постоянным током I1, и напряжение на нем будет линейно возрастать до тех пор, пока не достигнет уровня 2/3VCC. Когда это произойдет, уровень напряжения на выходе таймера станет низким, и диоды D3 и D2 будут смещены в обратном направлении, а D4 и D1 – в прямом, из-за чего конденсатор начнет разряжаться постоянным током I2 через диод D4. Если токи I1 и I2 равны, то переход от 1/3VCC к 2/3VCC будет происходить за такое же время, что и изменение в обратном направлении. Однако, если ток I1 отличается от I2, можно генерировать сигналы другой формы, такие как пилообразные импульсы с положительным или отрицательным наклоном.

Выражения для времени нарастания (TRISE) и спада (TFALL) будут следующими:

Если I1 и I2 сделать зависимыми от VCC, можно будет устранить зависимость времени от напряжения питания, что сделает приведенные выше выражения для TRISE и TFALL функциями только фиксированных параметров (подробнее об этом ниже). 

В целях моделирования предположим, что C = 100 нФ, I1 = I2 = 2 мА и VCC = 9 В, поэтому TRISE = TFALL = 150 мкс. Как видно из Рисунка 2, схема работает правильно.

Моделирование схемы генератора треугольных и пилообразных импульсов, показанной на Рисунке 1.
Рисунок 2. Моделирование схемы генератора треугольных и пилообразных
импульсов, показанной на Рисунке 1.

Давайте теперь перейдем к реальной схеме и посмотрим на осциллограммы реальных сигналов. Основной принцип остался тем же, но I1 и I2 заменены источниками тока, состоящими из одной микросхемы усилителя LM358 и двух транзисторов Q1 и Q2 (Рисунок 3).

Схема генератора треугольных/пилообразных импульсов с микросхемой LM358 и двумя транзисторами, используемыми в качестве  источников тока.
Рисунок 3. Схема генератора треугольных/пилообразных импульсов
с микросхемой LM358 и двумя транзисторами, используемыми
в качестве источников тока.

Теперь мы должны принять во внимание, что транзисторы Q1 и Q2 никогда не входят в насыщение. Максимальное напряжение коллектора Q1 будет порядка 2/3VCC + 0.7 В, поскольку VCC = 9 В. Поэтому спроектировать схему нужно так, чтобы избежать насыщения, для чего напряжение эмиттера должно быть выше или равно 2/3VCC + 1 В. Такой же принцип применяется к транзистору Q2. Однако теперь минимальное напряжение на коллекторе Q2 составляет около 1/3VCC – 0.7 В, поэтому напряжение на эмиттере нужно установить меньшим или равным 1/3VCC – 1 В. Благодаря отрицательной обратной связи операционного усилителя это легко сделать с помощью делителя напряжения (устраняя зависимость от VCC в выражениях 1 и 2), поскольку напряжения на неинвертирующем и инвертирующем входах одинаковы.

В данном конкретном случае I1 = I2 = 2 мА, поэтому должно получиться TRISE = TFALL = 150 мкс. Выводы подтверждаются импульсами треугольной формы, которые можно увидеть на Рисунке 4.

Осциллограмма треугольных импульсов из схемы, показанной на Рисунке 1.
Рисунок 4. Осциллограмма треугольных импульсов из схемы, показанной на Рисунке 1.

Таким образом, схема работает правильно, но если к резисторам R1 и R4 последовательно добавить потенциометры по 10 кОм, появится возможность изменять общее сопротивление в эмиттерах и, следовательно, изменять токи I1 и I2. Если, например, потенциометр в эмиттере Q2 вывернуть в 0 Ом, а в эмиттере Q1 – в 10 кОм, то I2 = 2/1 кОм = 2 мА и I1 = 2/11 кОм = 181 мкА, поэтому для того, чтобы зарядить конденсатор, потребуется в 11 раз больше времени (около 1.65 мс), и форма выходных импульсов будет пилообразной (Рисунок 5).

Пилообразные импульсы с положительным наклоном, формируемые схемой на Рисунке 1.
Рисунок 5. Пилообразные импульсы с положительным наклоном, формируемые
схемой на Рисунке 1.

Играя с потенциометрами, можно генерировать сигналы произвольной формы (в определенных пределах). Разумеется, уменьшение сопротивлений R4 или R1 приведет к увеличению токов I1 и I2 и уменьшению времени спада или нарастания.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments LM358
  2. Datasheet Diodes NE555

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Adjustable Triangle/Sawtooth Wave Generator Using 555 Timer

85 предложений от 40 поставщиков
Операционные усилители.Тип: Операционный усилитель общего примененияКоличество ОУ в корпусе: 2Напряжение питания: ± 16 ВНапряжение смещения нуля (Vio), мВ: 7Потребляемый ток, мА:...
Элрус
Россия
LM358
от 2.01 ₽
Akcel
Весь мир
LM358S
от 2.07 ₽
LIXINC Electronics
Весь мир
LM358H
Texas Instruments
от 10 ₽
LM358D,602
Texas Instruments
по запросу
ТМ Электроникс. Электронные компоненты и приборы. Скидки, кэшбэк и бесплатная доставка
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя