Електронні таймери. Оптронні схеми

Таймером називають електронний пристрій, призначений для формування імпульсних сигналів з регульованими тривалістю і скважністю. Це можуть бути і відповідні вузли цифрових пристроїв, і спеціалізовані ІС, які використовують для розроблення різних пристроїв, що задають час.

Усі існуючі на сьогодні таймери можна поділити на два класи: однотактні; багатотактні з вбудованим лічильником.

Однотактні таймери призначені для формування часових інтервалів тривалістю від одиниць мікросекунди до одиниць години. Вони являють собою комбінацію аналогової частини (компаратора) з цифровою послідовною схемою. Структурна схема такого пристрою наведена на рис. 158.

Рисунок 158 – Структурна схема однотактного таймера

 

Тривалість формованого таким пристроєм часового інтервалу визначається параметрами зовнішнього RС-кола. За активним значенням сигналу U_зап RS-тригер встановлюється в оди­ничний стан, що приводить до розмикання перемикача S1. Починається заряд конденсатора С зовнішнього кола, який задає час. У момент, коли напруга на конденсаторі досягає рівня опорної напруги (U_ОП), відбувається спрацьовування компаратора DА1, і його вихідний сигнал скидає RS-тригер. Перемикач S при цьому замикається, і конденсатор С розряджається. Однотактний таймер може формувати на виході тільки одиночні імпульси. Для забезпечення можливості формування послідовності імпульсів схему пристрою потрібно доповнити другим компаратором. Багатотактні таймериз вбудованими лічильниками розроблені для формування імпульсів наднизької частоти з тривалістю імпульсу до кількох десятків годин. Їх можна поділити на дві підгрупи:                             

-програмувальні таймери, в яких часовий інтервал задається програмним способом. У найпростішому випадку це здійснюється встановленням на виводах лічильника зовнішніх перемичок;

-спеціалізовані таймери, лічильник яких має жорстко заданий коефіцієнт перерахування.

Структурна схема багатотактного таймера (рис. 159) звичайно містить однотактний таймер і двійковий лічильник, спільну роботу яких формує додатковий логічний блок.

Рисунок 159 – Схема структурна багатоактного таймера

 

У 6агатотактному таймері фактично відбувається множення постійної часу зовнішнього RС-кола на модуль лічильника СТ. Під час надходження сигналу запуску U_зап вмикається мультивібратор, виконаний на однотактному таймері. Його вихідні імпульси надходять на вхід лічильника. На виходах останнього може бути сформовано кілька послідовностей імпульсів з періодом від Т_і до (2N -1) Т_і, де Т_і — період імпульсів, що знімаються з виходу однотактного таймера; N — кількість тригерів у лічильнику СТ.

Схеми, що використовують однотактний таймер, розглянемо на прикладі ІС типу 1006ВИ1, що серійно випускається промисловістю. Ця схема є аналогом широко використовуваного за рубежем ІС однотактного таймера 555. За кількістю галузей застосування ця ІС може конкурувати навіть зі стандартними операційними підсилювачами. Функціональну схему таймера 1006ВИ1 наведено на рис. 160.

Рисунок 160 – Функціональна схема таймера 1006ВИ1

 

Існує багато схем автоколивальних мультивібраторів, виконаних на основі ІС таймера. Розглянемо найпростішу з них, що потребує для побудови тільки RС-кола (рис. 161).

Рисунок 161 – Мультивібратор на основі ІС таймера (а); часові діаграми його роботи (б)

На рис.162 наведено умовне позначення таймера на схемі.

Рисунок 162 – Умовне позначення таймера 1006ВИ1

 

Таймер дозволяє будувати одновібратори з тривалістю імпульсів від десяти мікросекунд до однієї години і мультивібратори з частотою імпульсів до 500 кілогерц при точності 1%. При цьому напруга живлення може задаватися в межах від 4,5 до 18 вольт, а струм навантаження сягає 100 міліампер (200 міліампер у ІМС 555).

ІМС таймера 555 знайшла якнайширше використання при побудові імпульсних пристроїв. У США якось навіть оголошувався конкурс: хто запропонує більше варіантів застосування цієї ІМС.

Основою оптоелектронних схем є оптрон.

Оптрон – оптоелектронний прилад, що складається з світловипромінювача і фотоприймача, конструктивно пов'язаних один з одним тим або іншим видом оптичного і електричного зв'язку.

Принцип дії оптрона - в світловипромінювачі електрична енергія сигналу перетворюється в світлову, а остання у фотоприймачі перетворюється в електричний сигнал. Електричний сигнал на випромінювач може поступати від зовнішнього джерела і від фотоприймача, а світловий сигнал на фотоприймач – від випромінювача і ззовні. Тому і світловипромінювач і фотоприймач можуть виконувати роль елементів електричного або оптичного ланцюгів.

Переваги:

- наявність елементів ланцюгів позитивного і негативного зворотного електричного і оптичного зв'язку (обумовлює великі функціональні можливості оптронів);

- відмінні розв'язуючі властивості;

- достатньо висока швидкодія;

- повна сумісність, з інтегральними мікросхемами по електричних, конструктивно – технологічним і експлуатаційним параметрам (відкривають широкі перспективи використовування в сучасній радіоелектронній апаратурі різного призначення).

В даний час застосовуються прості оптрони – оптопари(рис.163,а), що складаються з випромінювача і оптично пов'язаного з ним фотоприймача, і оптоелектронні інтегральні мікросхеми, що складаються з однієї або декількох оптопар і електрично з'єднаних з ними погоджувальних або підсилювальних пристроїв. Для ІП найприйнятнішими є оптоелектронні перемикаючі мікросхеми (рис.163, б і в).

Рисунок 163 – Схеми оптоелектронних інтегральних мікросхем

Як світловипромінювач в оптроні звичайно використовується світловипромінюючий діод (світлодіод), а як фотоприймач – фотодіод, фототранзистор, фототиристор і фоторезистор.

Залежно від того, з чим поєднується світлодіод, розрізняють оптрони діодні, транзисторні, тиристорні і резисторні. У резисторних оптронів як випромінювач використовуються електролюмінісцентні конденсатори і лампи розжарювання.

Для ІП(інтегральних підсилювачів) використовується діодний оптрон – має найвищу швидкодію. Як елемент електричного ланцюга діодний оптрон є чотириполюсником, вхідні характеристики якого визначаються характеристиками світлодіоду.

Прикладом діодного оптрону є ІС АОД101. Вихідні характеристики оптрона залежать від фотодіоду, а передатні – від світлодіоду, фотодіоду і світлопровідного середовища.

Основний недолік сучасних оптронів: дуже малий (0,01…0,03) коефіцієнт передачі вхідного струму. В оптроних перемикачах-інверторах цей недолік зведений до мінімуму завдяки застосуванню підсилювача – складного інвертору (рис.164).

Сучасні оптрони мають смугу пропускання від 0 до 100 МГц і більш. Повна однонаправленість передачі інформації, великий опір гальванічної розв'язки (10¹⁶ Ом) і мала ємність паразитного зв'язку (0,0001 пФ), можливість виконання у вигляді інтегральної мікросхеми – всі ці переваги роблять оптрони прекрасними замінниками імпульсних трансформаторів в різного роду інтегральних підсилювачах.

Рисунок 164 - Оптроний перемикач

Оптроний перемикач містить: оптопару і інвертор – елемент НЕ.

 

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1Які мікросхеми є основою для побудови схем ТТЛ з відкритим колектором?

2 Щоб забезпечити високий рівень напруги на виході, що потрібно підключити до виходу схеми?

3 Приведіть приклади навантаження, яке може підключатися до виходу схеми?

4 Що, на Вашу думку, може означати значок   на мікросхемі?

5 Для чого призначений вхід ОЕ?

5 Пояснити, як можна перетворити таймер КР1006ВИ1 у тригер Шмідта?

 

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.