Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

контакт 7 (вывод разряда) соединен с плюсом источника через резистор 10 кОм и подстроечный потенциометр 500 кОм. Резистор номиналом 10 кОм нужен, чтобы контакт 7 не был напрямую подключен к положительной шине источника питания.

Кроме того, к этому же контакту подключен конденсатор емкостью 15 мкФ. Хм, резистор, за которым следует конденсатор, не напоминает ли это вам резистивно-емкостную цепочку? Может быть, эта комбинация из резистора и конденсатора номиналом 15 мкФ служит для задания длительности выходного импульса?

Да, именно так и есть. Внутри микросхемы таймера хитроумная электронная схема определяет напряжение на конденсаторе, а затем таймер использует эти данные для прерывания импульса на выходе.

Вы можете исследовать это самостоятельно. Установите движок подстроечного потенциометра номиналом 500 кОм на создание импульса большой длительности и с помощью мультиметра измерьте напряжение на левой (по схеме) обкладке конденсатора емкостью 15 мкФ. Вы должны увидеть, что оно растет, пока не достигнет величины около 6 В. Для таймера это служит сигналом к прекращению выходного импульса, и напряжение резко снижается, потому что конденсатор оказывается заземленным. Вот почему контакт 7 называется выводом разряда: таймер разряжает через него конденсатор.

Итак, когда напряжение на времязадающем конденсаторе достигает 2/3 от величины питающего напряжения, импульс на выходе таймера прекращается.

Но зачем соединены вывод разряда и вывод порога? Вы узнаете это в следующем эксперименте, когда таймер будет подключен по-другому для генерации периодической последовательности, а не одиночного импульса. Тогда он будет работать в автоколебательном режиме. А сейчас мы используем его в моностабилъном (ждущем) режиме.

Выводы:

• В ждущем режиме в ответ на запускающее событие таймер выдает только один импульс.

• В автоколебательном режиме таймер генерирует непрерывную периодическую последовательность импульсов.

И в заключение вас, возможно, заинтересует причина подключения конденсатора емкостью 0,01 мкФ к контакту 5. Этот вывод является «управляющим»: подавая на него напряжение, можно управлять чувствительностью таймера. Мы пока не пользовались этой функцией, а конденсатор, соединенный с контактом 5, предотвращает возникновение паразитного самовозбуждения, т. е. повышает устойчивость работы схемы.

Следите за нумерацией выводов

На всех схемах в этой книге микросхемы показаны так, как вы видите их на макетной плате, с выводами, следующими в порядке номеров.

На других схемах, которые вы можете найти на веб-сайтах или в книгах, все может быть иначе. Для удобства рисования схем выводы компонентов часто располагают в ином порядке. Компоновка макетной платы также может быть произвольной. Приведу вам пример – схемы на рис. 4.16 и 4.11 идентичны, но выводы были переставлены для упрощения схемы подключения и минимизации количества пересечений проводов.

Перестановка выводов в некоторых случаях позволяет упростить понимание схемы (особенно если плюс источника питания находится сверху, а минус снизу), но вам придется нарисовать компоновку устройства на бумаге, прежде чем вы сможете собрать его на макетной плате.

Рис. 4.16. Эта схема идентична показанной на рис. 4.11, но выводы микросхемы расположены в другом порядке для упрощения схемы

Длительность импульса на выходе таймера

Когда вы исследовали резистивно-емкостную цепочку в эксперименте 9, потребовалось выполнить некоторые нудные вычисления, чтобы установить, сколько времени понадобится конденсатору для достижения определенного напряжения. С использованием таймера 555 все становится гораздо проще. Просто отыщите требуемое значение длительности выходного импульса в табл. 4.1. Сопротивление между выводом 7 и положительной шиной источника питания указано в шапке таблицы, емкость времязадающего конденсатора приведена слева, а числа в таблице подскажут вам приблизительную длительность импульса в секундах.

Таблица 4.1. Длительность выходного импульса, с

При выборе номиналов элементов времязадающей цепи следует придерживаться нескольких правил:

• Нельзя использовать резисторы с номиналом ниже 1 кОм.

• Нежелательно выбирать резисторы с номиналом ниже 10 кОм, поскольку они увеличивают потребление энергии.

• Конденсаторы емкостью выше 100 мкФ могут привести к неточным результатам, потому что ток утечки конденсатора становится сопоставимым с зарядным током.

А если вам потребуется длительность более 1110 секунд или менее 0,01 секунды? Или вам необходима длительность, которая находится в промежутке между значениями, указанными в табл. 4.1?

Можно воспользоваться простой формулой:

Т = R × С × 0,0011

где Т – длительность импульса в секундах, R – сопротивление в килоомах, а C – емкость в микрофарадах.

Учтите, результат может быть неточным в связи с погрешностью номиналов резистора и конденсатора, а также в результате действия других факторов, например, температуры окружающей среды.

Работа таймера 555 в ждущем режиме

Пластиковый корпус таймера 555 содержит тонкую кремниевую пластину, на которой выполнены десятки транзисторных соединений, схема которых слишком сложна для объяснения здесь. Тем не менее, можно обобщить их функции, разделив таймер на несколько структурных блоков, как показано на рис. 4.17.

Символы «плюс» и «минус» внутри микросхемы – это источники питания, которое, собственно, подводится от выводов 1 и 8 соответственно.

Для наглядности я опустил внутренние соединения для этих выводов.

Два треугольника – это компараторы. Каждый компаратор сравнивает два входных сигнала (при основании треугольника) и выдает выходной сигнал (от вершины треугольника) в зависимости от того, одинаковы или различны сигналы на входах. Буквами FF (от. англ, flip-flop) обозначен триггер – логический компонент, который может находиться в одном из двух состояний. Я нарисовал его как переключатель на два направления, хотя в реальности он состоит из полупроводниковых компонентов.

Вначале, когда вы подаете питание на микросхему, триггер находится в верхнем положении, при котором на выход, через контакт 3, подается низкое напряжение. Если триггер получает сигнал от компаратора А, то он переключается в нижнее положение и остается в нем. Когда он получает сигнал от компаратора В, то переключается обратно в верхнее положение и остается там. Обозначения «Верх» и «Низ» у компараторов будут напоминать вам, как каждый из них меняет состояние при срабатывании.

Рис. 4.17. Упрощенное представление внутренних блоков таймера 555, работающего в ждущем режиме

Обратите внимание на внешний провод, который соединяет контакт 7 с конденсатором С. Пока триггер находится в верхнем положении, он потребляет положительное напряжение, проходящее через резистор R к выводу 7, и не дает конденсатору зарядиться положительно.

Если напряжение на контакте 2 падает до 1/3 от подаваемого, компаратор А фиксирует это и переключает триггер в нижнее положение. При этом на контакте 3 (т. е. на выходе таймера) появляется положительный импульс, а вывод 7 отключается от отрицательной шины питания. Теперь конденсатор может начать заряжаться через резистор. Пока продолжается заряд конденсатора, на выходе таймера