Модернизация схемы одновибратора на таймере NE555

Борис Соколов, Радиолоцман №1-2/2024, ст.74

Таймерами называются микросхемы для точного задания временных интервалов. Мик­росхемы аналоговых таймеров из серии 555 довольно популярны благодаря своей уни­версальности. Ждущий мультивибратор или одновибратор широко применяется в радио­аппаратуре [1]. Автору статьи удалось улуч­шить и модернизировать узел запуска схемы одновибратора на таймере NE555.

Упрощенная схема модуля запуска одно­вибратора на таймере NE555 приведена на Рисунке 1. Схема находится в устойчивом состоянии, и выходной импульс формирует­ся только тогда, когда приходит запускающий сигнал. Длительность формируемого тайме­ром интервала времени определяется током заряда внешнего времязадающего конденса­тора Ст. Ток заряда C_T, в свою очередь, опре­деляется сопротивлением внешнего время­задающего резистора R_T. Формируемый тай­мером временной интервал T пропорциона­лен постоянной времени R_TC_T.

В исходном состоянии на выходе 3 тайме­ра DA1 будет низкий уровень напряжения. В этом устойчивом состоянии схема может находиться сколь угодно долго. При появле­нии запускающего импульса по отрицатель­ному фронту на входе 2 таймера (при нажа­тии кнопки SB1 «Пуск») произойдет заряд конденсатора C_T по экспоненте через резис­тор R_T — на выходе 3 таймера будет высокий уровень напряжения.

C выхода 3 таймера этот положительный импульс поступает на базу транзистора VT1, работающего в ключевом режиме, который открывается и подключает реле К1 к входу стабилизированного напряжения +12 В. Кон­такты реле К1.1 замыкаются, и стабилизиро­ванное напряжение +12 В теперь поступает на выход в течение времени T = 1 с. О подаче напряжения +12 В на выход сигнализирует светодиод HL1 «Пуск». Как только напряжение на C_T достигнет уровня 2/3 от U_ПИТ, верхний компаратор таймера срабатывает и обнуляет триггер, а его внутренний разрядный транзистор через вывод 7 подключается к конденсатору C_T, чтобы его разрядить. На выходе 3 таймера будет уже низкий уровень напряжения.

При таком включении микросхемы DA1 всякий раз, когда запускающий импульс пода­ется на вход 2, на выходе 3 формируется оди­ночный положительный импульс. Длитель­ность этого выходного импульса определяет­ся по формуле: T = 1.1-R_T-C_T. Так на Рисун­ке 1 при R_T = 1 МОм и С_т = 1 мкФ длительность выходного импульса будет составлять T = 1 с.

Для регулировки длительности выходного импульса обычно используют R_T — перемен­ный или подстроечный резистор, а C_T — кон­денсатор постоянной емкости остается, как правило, неизменным. Для реализации большой задержки в схеме на Рисунке 1 нужно использовать кон­денсатор C_T значительной емкости (более 22 мкФ), который подключается непосре­дственно к выводу 7 цепи разряда DA1. При этом ток разряда конденсатора C_T может превысить значение, допустимое для внут­реннего разрядного транзистора таймера, который просто может перегреться и выйти из строя. Это надо помнить.

В процессе эксплуатации модуля запуска на Рисунке 1 проявились некоторые схемные замечания:

• Оказался мал диапазон длительности выходного импульса таймера: для увели­чения длительности выходного импульса Т необходимо увеличивать значения RT и C_T, где имеются свои ограничения;
• Наличие дребезга контактов реле К1 при включении: в конечном итоге происходит «залипание» контактов реле К1 и выход его из строя;
• Неудобство установки заданной длитель­ности выходного импульса таймера с помощью переменного или подстроечного резистора R_T;

На Рисунке 2 приведен улучшенный вари­ант схемы запуска одновибратора на таймере NE555, где использованы новые схемные решения:

• Удалось увеличить длительность выход­ного импульса до 20 секунд и более за счет увеличения емкости времязадающего конденсатора С2, в качестве которого лучше выбрать танталовый;
• Введена дискретная регулировка дли­тельности выходного импульса Т с помощью переключателя SA1 на 10 поло­жений и последовательным соединением резисторов R2-R11 с шагом 10%;
• Применение более мощного внешнего разрядного транзистора VT1 с максималь­ным током 3 А, напряжением 100 В и час­тотой 3 МГц;
• Бесконтактная подача напряжения +12 В (СТАБ.) от стабилизированного источника питания (СИП) [2] через p-канальный полевой транзистор VT3 с сопротивлени­ем открытого канала не более 0.175 Ом при токе до 11 А и напряжением 55 В (сток- исток) на выход +12 В Е1;

В схему на Рисунке 2 добавлен мощный разрядный транзисторный ключ VT1, позво­ляющий емкость С2 увеличить во много раз в зависимости от необходимой величины дли­тельности выходного импульса, а открытый коллектор внутреннего разрядного транзис­тора (вывод 7) через резистор R12 соединен с шиной +12 В. Теперь он только управляет коммутацией основного мощного разрядного ключа VT1.

Для удобства пользователя вместо время- задающего резистора введена дискретная регулировка длительности выходного им­пульса с шагом Т = 2 с переключателем SA1 на 10 положений с последовательным соеди­нением резисторов R2-R11 одинакового номи­нала R = 10 кОм. Для каждого из 10 положений переключателя рядом на схеме указана дли­тельность выходного импульса Т. Диапазон формируемых выходных импульсов можно рассчитать по формулам Т_МИН = 1.1-R2-C2 и Тмах = 1.1-(10-R2)-C2. При не нажатой кнопке SB1 «Пуск» на выхо­де 3 таймера DA1 будет низкий уровень на­пряжения, и работающий в ключевом режиме транзистор VT2, подключенный к этому выхо­ду, будет закрыт. Транзисторный ключ VT2 управляет состоянием «ВКЛ-ОТКЛ» р-канального полевого транзистора VT3, который осуществляет бесконтактную коммутацию напряжения от СИП +12 В на выход +12 В Е1. Высокое значение сопротивления резистора R17 в цепи стока VT3 здесь оправдано, так как ток в цепи затвора р-канального МОП- вентиля VT3 не течет.

Также и на выходе 7 таймера будет низкий уровень напряжения, поскольку коллектор внутреннего разрядного транзистора тайме­ра здесь подключен через резистор R12 к +12 В. Более мощный транзисторный ключ VT1 в это время подключается параллельно конденсатору С2, и происходит его быстрый разряд. Так как р-канальный полевой тран­зистор VT3 в это время закрыт, светодиодный индикатор HL1 не светится — на выходе отсу­тствует напряжение +12 В Е1.

При кратковременном нажатии на кнопку SB1 «Пуск» и при выбранном предварительно положении переключателя SA1 на выходе 7 таймера уже будет положительный импульс, разрядный транзистор VT1 при этом закроет­ся, и произойдет заряд конденсатора С2 по экспоненте до напряжения 2/3 от и_ПИТ. На выходе 3 таймера будет положительный импульс, который теперь открывает транзис­торный ключ VT2, управляющий коммутацией p-канального полевого транзистора VT3 — он включается. О подаче напряжения +12 В на выход сигнализирует светодиод HL1 «Пуск».

Когда заканчивается заряд конденсатора С2 до напряжения 2/3 от и_ПИТ, верхний компа­ратор таймера DA1 срабатывает и обнуляет триггер; на выходе 7 будет низкий уровень напряжения. Мощный внешний разрядный ключ VT1 теперь будет подключен к конден­сатору С2, и произойдет его быстрый разряд.

При таком включении таймера всякий раз, когда отрицательный фронт запускающего импульса подается на вход 2, на выходе 3 и на выходе 7 таймера формируются одиноч­ные положительные импульсы. Транзистор­ный ключ VT1 закрыт, происходит заряд С2 до напряжения 2/3 от U_ПИТ. При формировании длительных времен­ных интервалов при работе одновибратора в аппаратуре с высоким уровнем помех необ­ходимо шунтировать вывод 5 конденсатором С3 емкостью 0.01 мкФ. Конденсаторы С1, С4 и С5 обеспечивают более надежную работу модуля запуска одновибратора, подавляя импульсные помехи и наводки.

На Рисунке 3 показан стенд для запуска одновибратора от стабилизированного источника питания СИП +12 В. Данный вари­ант схемы одновибратора собран на макет­ной плате с размерами 40 * 35 мм.

Вывод: при настройке на стенде улуч­шенного варианта одновибратора на тайме­ре NE555 модуль запуска показал стабиль­ную работу, выдавая положительные импульсы одинаковой длительности даже при разных напряжениях питания +5 В, +9 В, + 12 В и +15 В. рЛ

Литература

1. Шелестов И.П. Особенности применения ана­логовых интегральных таймеров — Радиолю­бителям: полезные схемы, книга №5, 2003 г., стр.108-134.
2. Соколов Б.В. Двуполярный стабилизирован­ный источник питания — Радио, № 6, 2023 г., стр. 36-37.