APLICAÞII CU TEMPORIZATORUL INTEGRAT bE555
15.1 Scopul lucrãrii
Studiul funcþionãrii circuitului temporizator integrat bE555 ºi a unor aplicaþii tipice (circuit basculant monostabil - cu durata de temporizare ajustabilã, circuit basculant astabil - generator de de semnal rectangular cu perioada ºi umplerea ajustabilã, circuit basculant bistabil).
15.2. Consideraþii generale.
Circuitul integrat bE555
Circuitul integrat bE555,prezentat în fig.15.1 (schema bloc funcþionalã ºi conexiunile la capsulã), este un circuit integrat monolitic bipolar, care utilizeazã pentru temporizãri încãrcarea ºi descãrcarea controlatã a unui condensator exterior. Datoritã modului de control al tensiunilor din circuitul extern de temporizare ºi a calitãþii comparatoarelor, se asigurã o foarte bunã stabilitate în timp, ºi la variaþia temperaturii ºi tensiunii de alimentare.
|
|
|
Fig.15.1. |
Ieºirea
a circuitului basculant bistabil de tip RS (CBB-RS) comandã
etajul final inversor (EF) ºi tranzistorul de descãrcare al condensatorului din
circuitul exterior T1 (npn - inversor). Etajul final asigurã un curent de
ieºire de maxim 200 mA.
CBB-RS este comandat de ieºirile comparatoarelor C1 ºi C2. Comparatorul C1 comparã tensiunea de la intrarea PSus cu un potenþial de 0,66.VS ºi aplicã "1" la R, resetând CBB, dacã UPSus depãºeºte valoarea 0,66.VS, respectiv C2 comparã tensiunea aplicatã la intrarea PJos cu un potenþial de 0,33.VS ºi aplicã "1" la S, setând CBB, dacã UPJos este mai micã decât valoarea 0,33.VS. CBB-RS poate fi resetat ºi de intrarea r suplimentarã, dacã potenþialul de la intrarea AL0 ("aducere la zero") este mai micã decât +0,4V, tranzistorul T2 (pnp) fiind saturat.
Nivelele de potenþial de +0,33.VS ºi +0,66.VS pentru comparatoare se obþin prin divizarea tensiunii de alimentare aplicatã la pinul +V faþã de masã (GND), cu divizorul rezistiv format din 3 rezistenþe integrate de 5 kW. Aceste nivele pot fi modificate prin pinul de comandã (COM).
Alimentarea se poate face cu tensiune de la +4,5 V la +18 V, pentru +5 V se obþin nivele de tensiune a semnalelor compatibile cu familia TTL.
15.2.2. Circuite basculante monostabile cu bE555
Circuitele basculante monostabile (CBM) se caracterizeazã prin faptul cã au douã stãri din care una stabilã ºi una instabilã, în care comutã la aplicarea unui impuls de comandã ºi rãmâne un timp limitat.
este prezentatã în fig.15.2.a., condensatorul C este menþinut descãrcat (foarte aproape de nivelul de 0V ) de tranzistorul de descãrcare T1. Dacã se aplicã la intrarea de comandã PJos un impuls Ui de nivel logic 0, Ui < +0,33.VS , CBB-RS este setat (Q =1, Uo VS), T1 se blocheazã, iar condensatorul se încarcã prin R de la +VS. Dupã timpul To, când UC ³ 0,66.VS , CBB-RS se reseteazã (Q = 0, Uo 0V), T1 este comandat la saturaþie ºi va descãrca rapid condensatorul. Diagrama de variaþie a tensiunilor este prezentatã în fig.15.2.b.
|
|
|
Fig.15.2. |
Durata stãrii cvasistabile, To = 1,1.RC, reprezintã timpul necesar încãrcãrii condensatorului C de la 0V la +0,66.VS. Limita maximã a valorii pentru rezistenþa R este determinatã de curentul de fugã al condensatorului C ºi de curentul minim de comandã a comparatorului C1, iar valoarea minimã de timpul de comutare al comparatoarelor ºi de curentul maxim admisibil al tranzistorului de descãrcare T1. Se recomandã 1kW (pentru To = 2 msec, C = 50 pF) £ R£ 10 MW (pentru To = 24 sec, C = 2,2 mF).
Pentru a evita modularea parazitã a duratei impulsului , este necesarã decuplarea intrãrii COM cu un condensator.
Dacã Ti (durata imopulsului de comandã) depãºeºte durata To, atunci ieºirea va urmãrii nivelul impulsului de comandã. Se poate astfel realiza un circuit de generare a unor impulsuri cu o duratã limitatã inferior.
La conectarea integratului bE555 într-un circuit cu integrate TTL, pentru asigurarea fronturilor de comutaþie, este indicatã utilizarea de porþi TTL (ex. ªI NU) la intrare ºi la ieºire. Se obþine un CBM mai stabil (mai precis) decât circuitul integrat CDB 4121.
CBM cu impuls modulat în duratã este prezentat în fig.15.3.a. Prin aplicarea unei tensiuni de modulare la pinul COM, nivelul pragurilor PSus ºi PJos sunt determinate de divizorul alimentat cu UCOM:
UPSus = UCOM, iar UPJos = 0,5 .UCOM. Prin încãrcarea condensatorului cu un curent constant I, furnizat de generatorul de curent constant compensat termic ("oglinda de curent"), variaþia tensiunii UC este liniarã în timp ºi va asigura o precizie mai mare modulãrii duratei To, To = UCOM.C / I.
|
|
|
Fig.15.3. |
Durata impulsului generat poate fi modulatã ºi prin modularea curenului generatorului cu o tensiune de modulare aplicatã în baza tranzistorului T1 faþã de masã.
Vloarea curentului I generat poate fi modificat prin rezistenþele divizorului R2 - R3, respectiv prin R1.
CBM fãrã consum în pauza dintre temporizãri este prezentat în fig 15.4. În starea iniþialã, dupã
|
|
alimentarea circuitului, tranzistoarele T1 ºi T2 sunt blocate, UC = 0V. Prin apãsarea butonului B(ND) - normal deschis - bE555 este alimentat, UC fiind mai mic decât 0,33.VS , Uo = VS. T1 ºi T2 intrã în conducþie la saturaþie, T2 menþine sub tensiune circuitul integrat. Când UC = 0,66.VS , Uo = 0V, T1 ºi T2 se blocheazã ºi dacã B nu este apãsat, circuitul este scos de sub tensiune pânã la o nouã comandã de declanºare. Dacã impulsurile de comandã Ui se succed la intervale mai mici decât To, tranzistorul T (tip pnp) va descãrca (deci va iniþializa tensiunea condensatorului, deci Uo = VS. Dacã lipseºte un impuls, condensatorul se încarcã pânã la nivelul pragului de sus (+0,66.VS ),deci Uo = 0V, semnalând acest fapt. Schema este prezentatã în fig.15.5.a. |
|
Fig.15.4. |
( fig.15.5.b) Tranzistorul T (npn) este menþinut saturat de nivelul "1" al tensiunii Ui, deci condensatorul este descãrcat, iar Uo = VS . Dacã Ui = "0", T se blocheazã, condensatorul începe sã se încarce, Uo = VS se menþine la ieºire. Când UC = 0,66.VS ciercuitul basculeazã , Uo = 0V. Ieºirea va reveni la Uo = VS ºi C se va descãrca numai când Ui = "1". Este necesar ca Ti > To = 1,1.RC.
|
|
|
Fig.15.5. |
15.2.3. Circuite basculante astabile cu bE555
Integratul bE555 permite realizarea de oscilatoare astabile (circuite basculante astabile - CBA), principial structura este prezentatã în fig.15.6.a, cele douã intrãri de comparaþie PSus ºi PJos sunt
|
|
conectate împreunã la bornele condensatorului. C se încarcã de la +VS prin Ra ºi Rb, tranzistorul de descãrcare fiind blocat ºi Uo = VS. La atingerea pragului de sus (0,66.VS), schema basculeazã, tran- zistorul se satureazã, C se descarcã prin Rb, iar Uo = 0V. La atingerea pra- gului de jos (+0,33.VS), schema basculeazã din nou, reluându-se ciclul. |
|
Fig.15.6. |
Tensiunea pe condensator variazã în limitele determinate de pragul de sus ºi de pragul de jos.
|
|
- durata încãrcãrii: t1 = (Ra + Rb)C.ln2; - durata descãrcãrii: t2 = Rb.C.ln2; - perioada de oscilaþie: T = t1 + t2 = (Ra + 2.Rb)C.ln2; - factorul de umplere: F = t1/T = (Ra + Rb) / (Ra + 2Rb); F Dupã cum se observã, factorul de umplere este limitat ºi apare o nesimetrie care este înlãturatã de schema de CBA cu factor de umplere F = 0,5 (t1 = t2) din fig.15.7. Circuitul de încãrcare al condensatorului C este realizat de la ieºirea Uo a circuitului. t1 = t2 = RC.ln2 0,693.RC T = t1 + t2 = 2.RC.ln2 1,386.RC Ajustarea factorului de umplere sau a perioadei de oscilaþie se poate realiza prin modificarea continuã a rezistenþelor Ra ºi Rb, iar condensatorul în trepte. |
|
Fig.15.7. |
CBA cu factor de umplere ºi perioadã ajustebilã se prezintã în fig.15.8. Diodele prin caracteristicile lor de conducþie dependentã de polaritate, permit separarea circuitului de încãrcare (Ra -D1) de cel de descãrcare (Rb - D2).
|
|
|
Fig.15.8. |
Montajul din fig.15.8.a permite ajustarea factorului de umplere într-un domeniu F [0,1; 0,9] fãrã a modifica semnificativ perioada T (variaþia perioadei T este mai micã de 1%).
t1 = Ra.C.ln2; t2 = Rb.C.ln2; T = (Ra + Rb).C.ln2 = const.;
Se observã cã Ra + Rb = R1 + R2 + R3 = const., dacã se neglijeazã rezistenþa dinamicã a diodelor în conducþie.
In fig.15.8.b se prezintã schema unui CBA cu ajustarea independentã a lui t1 ºi t2, perioada T = t1 + t2.
|
|
Este necesarã limitarea valorilor minime pentru rezistenþele circuitelor de încãrcare Ra ³ 1kW, respectiv de descãrcare Rb ³ 3kW Circuite basculante bistabile cu bE555 Circuitul integrat bE555 fiind prevãzut cu un CBB-RS comandat de tensiunile aplicate la PSus ºi PJos, prin comparatoare, poate fi utilizat ca ºi CBB . În fig.15.9 se prezintã o aplicaþie de CBB comandat manual prin senzorii S0 ºi S1. Rezistenþa epidermei fiind mult mai micã decât R1 sau R2 de 10MW, potenþialele aplicate la PSus ºi PJos vor determina bascularea CBB-RS ºi implicit ieºirea Uo. |
|
Fig.15.9. |
15.3. Partea practicã
Se vor identifica elementele plãcilor
experimentale, punctele de mãsurã ºi se pune în funcþiune osciloscopul catodic.
Se dimensioneazã elementele montajelor
Se
verificã funcþionarea experimentalã, vizualizând variaþia tensiunilor (de
comandã, de pe condensator, de la ieºirea circuitului) ºi se vor reprezenta grafic.
Se
comandã circuitele CBM cu semnale de la standul cu microcontrolere.
Se verificã modul de realizare a
ajustãrii continue a duratelor.
15.3.1. Studiul funcþionãrii circuitelor CBM realizate cu bE555, din figurile 15.2.a, 15.3.a, 15.4, 15.5.a ºi b.
15.3.1. Studiul funcþionãrii circuitelor CBA realizate cu bE555, din fig. 15.6.a, 15.7, 15.8.a ºi b.
15.3.1. Studiul funcþionãrii circuitelor CBB realizate cu bE555, din fig.15.9.
|
