Účel týchto zariadení je jasný už z názvu. S ich pomocou vytvárajú impulzy, ktoré majú určité parametre. V prípade potreby si môžete zakúpiť zariadenie vyrobené pomocou továrenských technológií. Ale tento článok bude diskutovať o schémach zapojenia a montážnych technológiách „urob si sám“. Tieto znalosti budú užitočné pri riešení rôznych praktických problémov.
Ako vyzerá generátor impulzov G5-54?
Keď stlačíte kláves na elektrickom hudobnom nástroji, elektromagnetické vibrácie sa zosilnia a prenesú sa do reproduktora. Zaznie zvuk určitého tónu. V tomto prípade sa používa generátor sínusového signálu.
Pre koordinovanú prevádzku pamäte, procesorov a ďalších komponentov počítača je potrebná presná synchronizácia. Vzorkový signál s konštantnou frekvenciou je vytvorený generátorom hodín.
Na kontrolu činnosti meračov a iných elektronických zariadení a na identifikáciu porúch sa používajú jednotlivé impulzy s potrebnými parametrami. Takéto problémy sa riešia pomocou špeciálnych generátorov. Bežný manuálny spínač nebude fungovať, pretože nebude schopný poskytnúť špecifický tvar signálu.
Pred výberom jednej alebo druhej schémy je potrebné jasne formulovať účel projektu. Nasledujúci obrázok ukazuje zväčšený pohľad na typickú štvorcovú vlnu.
Štvorcový impulzný obvod
Jeho tvar nie je ideálny:
Na určenie parametrov budúceho obvodu sa tiež používa koncept pracovného cyklu. Tento parameter sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:
Ak je pracovný cyklus nízky, je ťažké zistiť krátkodobý signál. To vyvoláva poruchy v systémoch prenosu informácií. Ak je časové rozdelenie najvyšších a nízkych hodnôt rovnaké, parameter sa bude rovnať dvom. Takýto signál sa nazýva meander.
Štvorcový priebeh a základné parametre pulzu
Pre jednoduchosť budú ďalej uvažované iba obdĺžnikové generátory impulzov.
Pomocou nasledujúcich príkladov môžete pochopiť princípy fungovania najjednoduchších zariadení tejto triedy.
Štvorcové obvody generátora impulzov
Prvý obvod je navrhnutý na generovanie jednotlivých pravouhlých impulzov. Je vytvorený na dvoch logických prvkoch, ktoré sú spojené, aby vykonávali funkcie klopného obvodu typu RS. Ak je tlačidlo v označenej polohe, tretia vetva mikroobvodu bude mať vysoké napätie a šiesta vetva bude mať nízke napätie. Po stlačení sa úrovne zmenia, ale nedôjde k odrazu kontaktu a zodpovedajúcemu skresleniu výstupného signálu. Keďže prevádzka vyžaduje vonkajší vplyv (v tomto prípade manuálne ovládanie), nepatrí toto zariadenie do skupiny samogenerátorov.
Jednoduchý generátor, ktorý však svoje funkcie vykonáva nezávisle, je znázornený v druhej polovici obrázku. Keď je napájanie privedené cez odpor, kondenzátor sa nabíja. Relé nepracuje okamžite, pretože po prerušení kontaktu je tok prúdu cez vinutie po určitú dobu zabezpečený nabíjaním kondenzátora. Po uzavretí okruhu sa tento proces opakovane opakuje, kým sa napájanie nevypne.
Zmenou hodnôt odporu a kondenzátora môžete na osciloskope pozorovať zodpovedajúce transformácie frekvencie a iných parametrov signálu. Vytvoriť takýto generátor štvorcových vĺn vlastnými rukami nebude ťažké.
Na rozšírenie frekvenčného rozsahu je užitočný nasledujúci obvod:
Generátor s variabilnými parametrami impulzov
Na realizáciu plánu nestačia dva logické prvky. Nie je však ťažké vybrať jeden vhodný mikroobvod (napríklad v sérii K564).
Parametre signálu, ktoré je možné zmeniť manuálnym nastavením, ďalšie dôležité parametre
| Prvok schémy zapojenia | Účel a vlastnosti |
|---|---|
| VT1 | Tento tranzistor s efektom poľa sa používa na to, aby sa v obvode spätnej väzby mohli použiť odpory s vysokým odporom. |
| C1 | Prípustná kapacita kondenzátora je od 1 do 2 µF. |
| R2 | Hodnota odporu určuje trvanie horných častí impulzov. |
| R3 | Tento odpor nastavuje trvanie spodných častí. |
Na zabezpečenie stability frekvencie pravouhlých signálov sa používajú obvody založené na kremenných prvkoch:
Aby ste uľahčili zostavenie generátora impulzov určitej frekvencie vlastnými rukami, je lepšie použiť univerzálnu dosku s plošnými spojmi. Bude to užitočné pre experimenty s rôznymi elektrickými obvodmi. Po získaní zručností a príslušných vedomostí nebude ťažké vytvoriť ideálne zariadenie na úspešné vyriešenie konkrétnej úlohy.
Obdĺžnikové generátory impulzov sa používajú v mnohých rádiových zariadeniach: elektronické merače, hracie automaty a používajú sa pri nastavovaní digitálnych zariadení. Frekvenčný rozsah takýchto generátorov môže byť od niekoľkých hertzov do mnohých megahertzov.
Na obr. Obrázok 51 zobrazuje schému generátora, ktorý generuje jednotlivé pravouhlé impulzy po stlačení tlačidla S1. Na logických prvkoch D1.1 a D1.2 je namontovaný spúšťač RS, ktorý zabraňuje prenikaniu odrazových impulzov z kontaktov tlačidla do prepočítavacieho zariadenia. V polohe kontaktov tlačidla S1, znázornenej na obrázku, bude mať výstup 1 vysoké napätie, výstup 2 nízke napätie; pri stlačení tlačidla - naopak. Tento generátor je vhodný na použitie pri kontrole výkonu rôznych meračov.
A na obr. Obrázok 52 zobrazuje schému najjednoduchšieho generátora impulzov založeného na elektromagnetickom relé. Keď je privedené napájanie, kondenzátor C1 sa nabíja cez odpor R1 a relé sa aktivuje, čím sa vypne zdroj napájania pomocou kontaktov K1.1. Ale relé sa neuvoľní okamžite, pretože nejaký čas bude prúdiť cez jeho vinutie v dôsledku energie nahromadenej kondenzátorom C1. Keď sa kontakty K1.1 opäť zatvoria, kondenzátor sa začne znova nabíjať - cyklus sa zopakuje.
Frekvencia spínania elektromagnetického relé závisí od jeho parametrov, ako aj od hodnôt kondenzátora C1 a odporu R1. Pri použití relé RES-15 (pas RS4.591.004) dochádza k prepínaniu približne raz za sekundu.
Takýto generátor možno použiť napríklad na prepínanie girlandov na novoročnom strome alebo na získanie iných svetelných efektov. Jeho nevýhodou je potreba použitia kondenzátora so značnou kapacitou.
Ryža. 51 Obvod generátora jedného impulzu
Ryža. 52 Impulzný obvod na elektromagnetickom relé
Na obr. Obrázok 53 zobrazuje schému ďalšieho generátora založeného na elektromagnetickom relé, ktorého princíp činnosti je podobný predchádzajúcemu generátoru, ale je menej výkonný. Po pripojení napájania sa kondenzátor C1 nabíja cez odpor R1. Po dosiahnutí pulznej frekvencie 1 Hz je kapacita kondenzátora desaťkrát menšia - na nejaký čas sa otvorí zenerova dióda V1 a relé K1 bude fungovať. Kondenzátor sa začne vybíjať cez odpor R2 a vstupný odpor kompozitného tranzistora V2V3. Čoskoro sa relé uvoľní a začne sa nový cyklus prevádzky generátora. Zahrnutie tranzistorov V2 a V3 podľa obvodu sledovača emitora zvyšuje vstupnú impedanciu kaskády.
Ryža. 53. Obvod generátora impulzov pomocou tranzistora a elektromagnetického relé
Obrázok 54. Generátor impulzov založený na logických prvkoch a tranzistore s efektom poľa
Relé K1 môže byť rovnaké ako v predchádzajúcom zariadení. Ale môžete použiť RES-9 (pas RS4.524.201) alebo akékoľvek iné relé, ktoré pracuje pri napätí 15...17 V a prúde 20...50 mA.
V generátore impulzov, ktorého schéma je znázornená na obr. 54, je použitý logický čip D1 a poľom riadený tranzistor V1. Pri zmene hodnôt kondenzátora C1 a rezistorov R2 a S3 generuje impulzy s frekvenciou od 0,1 Hz do 1 MHz. Takýto široký rozsah bol získaný použitím tranzistora s efektom poľa, ktorý umožnil použitie rezistorov R2 a R3 s odporom niekoľkých megaohmov. Pomocou týchto rezistorov môžete zmeniť pracovný cyklus impulzov: rezistor R2 nastavuje trvanie vysokého potenciálu na výstupe generátora a rezistor R3 nastavuje trvanie nízkeho potenciálu. Maximálna kapacita kondenzátora C1 závisí od jeho vlastného zvodového prúdu. V tomto prípade je to 1 ... 2 µF. Odpor rezistorov R2, R3 môže byť 10...15 MOhm. Tranzistor V1 môže byť ktorýkoľvek zo série KP302, KP303.
Tento generátor je vhodné zostaviť do puzdra a použiť ho ako samostatné zariadenie na konfiguráciu digitálnych zariadení.
Niekedy je potrebné postaviť generátor, ktorý generuje počet impulzov. Zodpovedá číslu stlačeného tlačidla. Dá sa použiť napríklad pri nastavovaní charakterografov alebo skúšajúcich, v ktorých každá odpoveď zodpovedá určitému počtu bodov. Schematický diagram takéhoto generátora počtu impulzov je znázornený na obr. 55.
Toto zariadenie pozostáva z generátora impulzov, počítadla a dekodéra. Generátor, ktorý produkuje pravouhlé impulzy s opakovacou frekvenciou asi 10 Hz, je zostavený pomocou logických prvkov D1.3, D1.4. Z výstupu prvku D1.4 sú impulzy odosielané do binárneho desiatkového počítadla zostaveného na čipe D2.
Ryža. 55. Obvod generátora impulzov (pozri originál)
Štyri výstupy tohto čítača (piny 12, 9, 8 a 11) sú pripojené na vstupy čipu D3, čo je dekodér so 4 vstupmi a 16 výstupmi. Keď je počítadlo v prevádzke, na jednom z výstupov dekodéra je prítomné nízke napätie a číslo tohto výstupu zodpovedá desiatkovému ekvivalentu binárneho čísla dodávaného v binárnom kóde na vstup dekodéra.
Keď je privedené napájacie napätie, kolík 9 prvku D1.3 bude mať nízke napätie a impulzy z výstupu generátora neprichádzajú na vstup počítadla. Keď stlačíte jedno z tlačidiel S1-S15, kondenzátor C3 sa okamžite nabije cez diódu V1 na vysoké napätie, na kolíkoch 2 a 3 mikroobvodu D2 sa v tomto čase objaví nízke napätie, čím sa počítadlo nastaví na počítanie vstupných impulzov. štát. Súčasne sa cez uzavretý kontakt stlačeného tlačidla privádza na vstup prvku D1.1 (vývod 2) vysoké napätie a do počítadla sa posielajú impulzy. Keď je počítadlo v prevádzke, na výstupoch dekodéra sa neustále objavuje nízke napätie. Akonáhle sa objaví na výstupe, ku ktorému je pripojený ľavý (podľa schémy) kontakt stlačeného tlačidla, prívod impulzov na vstup počítadla sa zastaví. Z pinu 11 prvku D1.4 sa odstráni počet impulzov zodpovedajúci počtu stlačeného tlačidla. Ak budete naďalej držať stlačené tlačidlo, potom sa po určitom čase kondenzátor C3 vybije cez odpor R2, počítadlo D2 sa nastaví na nulu a generátor vydá novú sériu impulzov. Je úplne jasné, že stlačené tlačidlo nemožno uvoľniť, kým sa séria impulzov neskončí.
Tvorca impulzov na prvkoch D1.1 a D1.2, ktorý je záložným multivibrátorom, zabraňuje prenikaniu impulzov vytvorených odskočením kontaktov tlačidla do vstupu počítadla.
Nastavenie zariadenia pozostáva z nastavenia požadovanej frekvencie opakovania impulzov generátora od jednotiek hertzov po desiatky kilohertzov výberom odporu R1 a kondenzátora C2.
V tu opísaných generátoroch impulzov môžete použiť odpory MLT-0,25 a kondenzátory K50-6. Tranzistory KT315B je možné nahradiť tranzistormi zo série KT312, KT315, KT316. Diódy - ktorákoľvek zo série D7, D9, D311. Tlačidlá S1 - S15 typ P2K, KM1-G atď. Mikroobvody môžu byť série K133, K134, K136, K158.
Pomocou operačného zosilňovača uA741 je možné získať obdĺžnikové impulzy so širokým rozsahom frekvencií a pracovných cyklov.
Schéma takéhoto generátora štvorcových impulzov je uvedená nižšie.
V diagrame kondenzátor C1 a R1 tvoria obvod na nastavenie času. Rezistory R2 a R3 tvoria delič napätia, ktorý dodáva pevnú časť výstupného napätia na neinvertujúci kolík operačného zosilňovača ako referenčné napätie.
Spočiatku bude napätie na kondenzátore C1 nulové a výstup operačného zosilňovača bude vysoký. V dôsledku toho sa kondenzátor C1 začne nabíjať z kladného napätia cez potenciometer R1.
Keď je kondenzátor C1 nabitý na úroveň, pri ktorej je napätie na invertujúcom kolíku operačného zosilňovača vyššie ako napätie na neinvertujúcom kolíku, výstup operačného zosilňovača sa prepne na záporný.
V tomto prípade sa kondenzátor rýchlo vybije cez R1 a potom sa začne nabíjať na záporný pól. Keď sa C1 nabíja zo záporného napätia, takže napätie na invertujúcej svorke je zápornejšie ako na neinvertujúcej svorke, výstup zosilňovača sa prepne na kladný.
Teraz sa kondenzátor rýchlo vybije cez R1 a začne sa nabíjať z kladného pólu. Tento cyklus sa bude donekonečna opakovať a jeho výsledkom bude súvislá štvorcová vlna na výstupe s amplitúdou od + Vcc do -Vcc.
Periódu oscilácie generátora štvorcových vĺn možno vyjadriť pomocou nasledujúcej rovnice:
Odpor R3 sa spravidla rovná R2. Potom možno rovnicu pre obdobie zjednodušiť:
T = 2,1976 R1C1
Frekvencia môže byť určená vzorcom: F = 1 / T
Operačný zosilňovač uA741 je veľmi populárny integrovaný obvod, ktorý možno použiť v mnohých obvodoch.
Operačný zosilňovač LM741 je dostupný v 8-pinovom plastovom DIP balení obsahujúcom jeden zosilňovač.
Operačný zosilňovač uA741 je možné použiť v rôznych elektronických obvodoch, ako sú: diferenciátor, integrátor, sčítačka, odčítač, diferenciálny zosilňovač, predzosilňovač, frekvenčný generátor atď.
Hoci uA741 spravidla pracuje z bipolárneho zdroja, môže úspešne fungovať aj z unipolárneho zdroja.
Priradenia pinov uA741 sú zobrazené na nasledujúcom obrázku:
Rozsah napájacieho napätia uA741 je +/- 5 až +/- 18 voltov.
Piny číslo 1 a 5 slúžia na nastavenie nulového posunu. To sa dá dosiahnuť pripojením 10K premenlivého odporu na kolíky 1 a 2 a posúvača odporu na kolík 4.
Maximálny stratový výkon uA741 je 500 mW.
