ЛР 14 Интегральный таймер 555

1. Цель работы

−Изучение структуры и принципа работы интегрального таймера;

−Исследование работы мультивибратора на интегральном таймере;

−Исследование работы одновибратора на интегральном таймере.

2. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки (рис. 1) содержит интегральный таймер КР1006ВИ1, внешние навесные элементы (конденсаторы и резисторы) и переключатели.

Рис. 1. Схема лабораторного макета

R1=100кОм, R2=1кОм, R3=10кОм, R4=1кОм, R5=10кОм, R6=510 Ом, R7=100кОм,

C1=1,5нФ, C2=5,1нФ, Cр=0,2нФ, Cф=10нФ,

С помощью переключателя S4 реализуется схема мультивибратора (положение 2) или одновибратора (положение 1).

Можно построить схему мультивибратора в соответствии с рис. 3 или рис. 6. Если переключатель S2 находится в положении 2 или 3, то реализуется схема (рис. 3) с фиксированным сопротивлением резистора R=100кОм или R≈10кОм соответственно.

Вположении 1 реализуется схема с плавной регулировкой скважности выходных импульсов (рис. 6), которая осуществляется с помощью потенциометра R1.

Переключателем S1 задается сопротивление резистора в цепи источника питания. Если переключатель S1 находится в положении 1, то подключается резистор R4=1кОм, а в положении 2 подключается резистор R5=10кОм.

Переключатель S3 устанавливает емкость времязадающего конденсатора (С1=1500пФ или С2=5100пФ).

Всхеме одновибратора, реализуемой в соответствии с рис. 7, запускающий отрицательный импульс через встроенные цепи стенда от генератора GFG-3015 (гнездо XS2) подается на вход запуска таймера (гнездо XS3) через разделительный конденсатор Ср.

Набор конденсаторов и резисторов макета (рис. 1) позволяет получать импульсы длительностью от единиц до сотен микросекунд.

Конденсатор Cф емкостью 0,01 мкФ, подключенный к выводу 5 интегрального таймера, повышает помехоустойчивость компаратора к помехам в цепях питания.

3. Подготовка к работе

1.Изучить рекомендуемую литературу [1…3] и описание лабораторной работы.

2.Нарисовать схему мультивибратора (рис. 3) с учетом структурной схемы интегрального таймера. Рассчитать параметры выходных импульсов мультивибратора, исходя из имеющихся навесных элементов макета, и заполнить таблицу (см. п. 1 рабочего задания).

3.Нарисовать схему мультивибратора с плавной регулировкой скважности выходных импульсов (рис. 6) с учетом внутренней структуры интегрального таймера. Определить диапазон регулировки скважности Q (см. п. 2 рабочего задания). Построить график Q(R1bc).

4.Нарисовать схему одновибратора (рис. 7) с учетом структурной схемы интегрального таймера. Рассчитать параметры выходных импульсов одновибратора, исходя из номиналов навесных элементов макета, и заполнить таблицу (см. п. 3 рабочего задания).

4. Рабочее задание

1.Собрать схему мультивибратора в соответствии с рис. 3 и исследовать его работу.

−При разных параметрах элементов схемы измерить длительность импульса и паузу между импульсами. Рассчитать период и

скважность. Экспериментальные данные и расчеты занести в таблицу.

−Для одного из вариантов зарисовать осциллограммы напряжений на выходе мультивибратора, на времязадающем конденсаторе и на выходе разрядного транзистора интегрального таймера.

−При максимальной частоте работы мультивибратора определить фронт t01 и спад t10 выходного импульса.

2.Собрать схему мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов (рис. 6) и исследовать его работу (R4=10кОм, С=5,1нФ).

−Измерить длительность импульса tи и паузу tп между импульсами при разных положениях ручки потенциометра R1 и рассчитать скважность Q.

−На рассчитанный при подготовке к работе график Q(R1bc) нанести экспериментальные точки.

3.Собрать схему одновибратора на интегральном таймере (рис. 7) и исследовать его работу:

−подать с выхода импульсного генератора на вход одновибратора отрицательные запускающие импульсы длительностью. Амплитуду выходных импульсов генератора увеличивать до тех пор, пока не запустится одновибратор;

−зарисовать совмещенные осциллограммы напряжений на входе схемы, на времязадающем конденсаторе С и на выходе схемы при R4=10кОм

иС=5,1нФ;

−измерить длительность импульса при разных параметрах схемы и

сравнить экспериментальные и расчетные данные;

−для случая R4=10кОм, С=5,1нФ измерить длительность импульса и время восстановления. Сравнить экспериментальные и расчетные данные.

tи, мкс tв, мкс

Расчет

Эксперимент

Оформить отчет, включающий в себя домашнюю подготовку, рисунки всех исследуемых схем и результаты экспериментальных исследований.

5. Краткие сведения об интегральных таймерах и их применении

Структурная схема интегрального таймера и назначение элементов

Интегральные таймеры (ИТ) - это интегральные полупроводниковые схемы средней степени интеграции, предназначенные для формирования точных, стабильных временных интервалов. Стабильность обеспечивается применением в схемах таймеров мостовых времязадающих цепей, в которых напряжение Uc (t) , изменяющееся по экспоненциальному закону, достигает

порогового уровня при максимальной крутизне экспоненты dUdtc при

заданной длительности импульса. Схемы интегральных таймеров помимо элементов времязадающего моста содержат и ряд других элементов: триггеры, ключи, формирователи. Это позволяет реализовывать на основе таймера различные импульсные устройства. Диапазон длительности генерируемых прямоугольных импульсов в схемах на ИТ очень широк: от долей микросекунды до суток (для таймера типа К1006ВИ1 - от 10мкс до 1 часа).

Рис. 2. Структурная схема интегрального таймера

На рис. 2 представлена внутренняя структура таймера. Схема таймера состоит из двух компараторов (верхний КН2 и нижний КН1), триггера Т, разрядного ключа на транзисторе VT1, прецизионного резистивного делителя R1, R2 и R3 (резисторы имеют одинаковые номиналы по 5 кОм) и выходного формирователя на транзисторах VT2 и VT3. Временные интервалы задаются с помощью внешних R и C элементов. Внешний хронирующий конденсатор C включается обычно между выводом 6 компаратора КН2 и выводом 1 (земля), а резистор R между выводом 6 и шиной питания 8. Временной интервал задается мостом, образованным внешней RC-цепью и резистивным делителем R1- R2- R3. Верхний компаратор КН2 производит сравнение

напряжения на конденсаторе и опорного напряжения в точке 5 (опорное или управляющее напряжение может подаваться также от внешнего источника).

Резистивная цепь делителя, включающая три одинаковых резистора, устанавливает пороговые напряжения верхнего и нижнего компараторов

обеспечивающее на выходе (3) высокий уровень. Таймер остаётся в этом состоянии до тех пор, пока на входе порог (6) не появится сигнал выше 2/3Uпит. В этом случае срабатывает компаратор КН2 и триггер сбрасывается, обеспечивая на основном выходе (3) переход с высокого уровня на низкий. Одновременно открывается транзистор VT1, в результате чего на выходе разряд (7) устанавливается низкий уровень.

Мультивибраторы на интегральных таймерах

На рис. 3 показан мультивибратор на интегральном таймере. Заряд конденсатора С осуществляется через резисторы R и R4 при разомкнутом состоянии транзистора VT1 (см. рис. 2).

Конденсатор С заряжается в соответствии с законом:

Uc (t) =(Uпит −U1 )(1 −exp(−τtз ))+U1,

где U1 - начальный уровень напряжения на конденсаторе С, а τз=C(R+R4).