Работа таймера в астабильном режиме

Таймер, включенный в режиме мультивибратора, изображен на рисунке 2.5.

Рис. 2.5 - Схема мультивибратора на таймере КР1006ВИ1

Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С. Переключение цепи RC осуществляют компараторы К1 и К2. Таймер всегда находится в рабочем режиме.

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С начинает заряжаться по цепи R1C1 от установившегося значения нижнего порогового уровня напряжения U1 до верхнего порогового уровня напряжения U2, стремясь в пределе зарядиться до максимального значения выходного напряжения Umax (равного Uп), а разряжается от уровня напряжения U2 до уровня напряжения U1, стремясь разрядиться до минимального значения выходного напряжения Umin.

Другими словами, когда напряжение на входе " ПОРОГ" (вывод 6) превысит две трети напряжения питания, состояние на входе верхнего компаратора К2 изменится и на выходе триггера появится напряжение высокого уровня (логическая единица), которое откроет транзистор V11. Из-за наличия инвертирующего усилителя на " ВЫХОДЕ" (вывод 3) формируется напряжение логического нуля.

Теперь конденсатор С будет разряжаться током, который будет протекать через резистор R2 и транзистор V11. Через некоторое время напряжение на входе " ЗАПУСК" (вывод 2) уменьшится до одной трети напряжения источника питания и компаратор К1 изменит свое состояние, возвратив триггер в исходное состояние (единичное). На выходе Q появится напряжение низкого уровня, транзистор V11 откроется и на выходе таймера (вывод 3) появится напряжение высокого уровня (логическая единица). Таким образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.

Длительность импульсов, формируемых при заряде (tз) и разряде (tр) конденсатора определяются выражениями:

tз = (R1+R2)C× ln[(Umax - U1)/(Umax - U2)];

tp = R2C× ln[(U2 - Umin)/(U1 - Umin)]. (2.6)

Выражения для tз и tp можно получить следующим образом.

Напряжение на емкости возрастает экспоненциально от 1/3Uп до 2/3Uп и определяется уравнением:

Uc(t)=1/3× Uп + 2/3× Uп × (1 - e ^{- t/t}), (2.7)

где t = (R1+R2)× C.

Время заряда tз можно найти отсюда, заменив Uc = 2/3Uп. Тогда

Uc=2/3Uп=1/3× Uп+2/3× Uп× (1 – e ^{-t/((R1+R2)C)}). (2.8)

Отсюда tз = 0, 693× (R1+R2)C = 0, 7× (R1+R2)C.

Также напряжение на емкости, затухающее экспоненциально от 2/3× Uп до нуля, определяется по формуле:

Uc=2/3× Uп× e ^{- tp/t}, (2.9)

где t = R2C.

Подставив вместо Uc = 1/3× Uп получим:

Uc=1/3× Uп=2/3× Uп× e ^{- tp/R2C}.

Таким образом, будем иметь

tp = 0, 693× R2× C = 0, 7× R2× C.

Тогда период колебаний мультивибратора будет равен:

T = tз+tр = 0, 7× (2× R2× C+R1× C). (2.10)

Отсюда легко определить частоту автоколебаний таймера в этом режиме, а также скважность и коэффициент формы (Кф = t_вкл / t_выкл).

На рисунке 2.6 показана временная диаграмма работы мультивибратора. После включения питания Uп конденсатор С заряжается от 0 до 2/3× Uп за время t₀=1, 1× (R1+R2)C. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент t₀, когда напряжение на С достигнет величины 2/3× Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С начинает разряжаться от 2/3 до 1/3× Uп. Время t₀ определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся сигналы.

Период автоколебаний можно регулировать изменяя пороговые напряжения U1 и U2. Для этого можно выводами 5 и 8 или 5 и 1 таймера необходимо включить регулировочный резистор. При этом для обеспечения симметрии генерируемых мультивибратором импульсов должно быть выполнено условие:

(Umax - U1)/(Umax - U2)=(U2 - Umin)/(U1 - Umin). (2.11)

Если емкость конденсатора С изменять от 1000 пФ до 10 мкФ, сопротивления резисторов (R1+R2) от 1 до 1000 кОм, длительность импульсов tз и tp будет изменяться от долей микросекунд до единиц секунд, а частота генерируемых колебаний соответственно от единиц МГц до долей Гц.

Рис. 2.7 – Временные диаграммы работы мультивибратора на таймере КР1006ВИ1