книги / Применение аналоговых микросхем

ром по выводам 10, 11 необходимы импульсы с логическими уров­ нями, соответствующими уровням ТТЛ-схемам, длительностью бо­ лее 1,5 мкс.

Выход внутреннего однотактного таймера (вывод 14) необхо­ димо подключать через резистор сопротивлением более 20 кОм к шине стабилизированного внутреннего источника напряжения пи­ тания. Вывод 14 можно использовать и в качестве автономного входа счетчика, работающего от внешних импульсов. Для этого необходимо закрыть транзистор VT2, заземлив, например, вывод 13 через резистор сопротивлением 1 кОм. В этом случае счетчик срабатывает по спаду положительных импульсов, подаваемых на вывод 14. Этот вывод может использоваться и в качестве дополни­ тельной цепи управления работой счетчика. Счет прекращается независимо от состояния транзистора VT2, если вывод 14 зазем­ лить. Для управления по выводу 14 необходимы уровни напряже­ ний ТТЛ-схем.

может работать от внешних сигналов с частотой до 1,5 МГц. Как и в однотактном таймере, в программируемом имеется вы­

вод от внутреннего резисторного делителя. Это позволяет управ­ лять работой счетчика с помощью аналогового сигнала, подавае­ мого на вывод 12.

Таймер спроектирован таким образом, что в момент включения его напряжения питания £/п производится автоматический самосброс счетчика, если на выводах 10 и 11 напряжения около нуля. Цепи сброса и запуска не равнозначны при управлении триггером D10. Если одновременно поданы положительные импульсы на вы­ воды 10 и 11, то управляющий триггер D10 отреагирует только на импульс запуска.

При разомкнутой цепи ОС с выходов счетчика на вывод 10 таймер работает в режиме мультивибратора, генерирующего не­ прерывные последовательности выходных импульсов после подачи на вывод 11 положительного импульса. Если цепь ОС замкнута, то после подачи положительного импульса на вывод 11 таймер генерирует последовательности выходных импульсов до прихода первого положительного импульса на вывод 10.

Включение программируемого таймера XR2240 по схеме одно­ вибратора показано на рис. 4.19. При заданных параметрах RtCr

выходов таймера с общим выходом одновибратора. Одновибратор запускается положительным импульсом, подаваемым на вывод УД в результате на выходе устанавливается напряжение, около нуля на время f3. а по истечении этого времени — напряжение 5 В. По­ скольку это же напряжение появляется и в цепи сброса таймера, то сформированное выходное напряжение сохранится на выходе до тех пор, пока в цепь запуска не поступит следующий импульс.

Одновибраторы на программируемых таймерах можно соеди­ нять последовательно, если необходимо получить время задержки длительностью до года. В этом случае выводы запуска и сброса таймеров соединяют попарно, а счетчик второго таймера блокиру­ ют, соединяя с выходом первого. Времязадающую цепь содержит

Я)

Рис. 4.20. Схемы генераторов импульсов с кратными значениями частот (а) и сверхнизкой частоты (б)

только первый таймер. Сигнал сброса поступает на первый тай­ мер с выхода второго, благодаря чему задержка сигнала, форми­ руемого двумя таймерами, может быть увеличена до 655367\„ где Тп— период импульсов запуска.

Программируемый мультивибратор импульсов с частотой от 100 кГц до 10~4 Гц можно получить с помощью таймера XR2240, включив его по схеме на рис. 4.20,а. В этой схеме формируются импульсы длительностью RtCt и частотой U(n+l)RtCt, где п оп­ ределяется суммой коэффициентов умножения объединенных вы­ ходов таймера. Минимальная частота выходных импульсов />= = 1/(2567?*С*) получается, когда к выходной шине подключены все выводы 1—<5. Генератор работает следующим образом. При напря­ жении на выходной шине около нуля напряжение на выводах 10, 11 тоже близко к нулю. В момент появления положительного им­ пульса на выходной шине напряжение на выводе 10 также стано­ вится положительным и происходит общий сброс счетчика тайме­ ра. Через время 0,3RiCi>l,5 мкс положительное напряжение на выводе И увеличивается до порога срабатывания управляющего триггера D10 и счетчик запускается (см. рис. 4.17). На выходах таймера появляются последовательности импульсов с частотой, кратной 1/(2RtCt). Время до появления очередного положительно­ го импульса на выходе таймера зависит от того, какие из выводов 1—8 подключены к выходной шине. Если, например, объединены выводы 1, 5 и 7, то это время равно (1+ 16+64)RtCt. Затем опи­ санный цикл работы повторяется. Изменяя сопротивления резисто­ ров Rm и Rtt2 (рис. 4.20,6), можно изменять амплитуду генерируе­ мых импульсов в диапазоне 5... 15 В. Требуемое значение ампли­ туды определяется из выражения UBhlx— (£/„—UÂ)/{l-\~RHl/RH2). Включение диода последовательно с RH2 позволяет устранить влияние этого резистора при низком выходном напряжении тай­ мера. Соотношение между сопротивлениями RH1 и Rn2 должно вы-

бираться с таким расчетом, чтобы UBых^ 4 В. Для исключения от­ каза счетчика из-за недостаточной длительности выходных им­ пульсов внутреннего таймера вывод 14 целесообразно при питании таймера напряжением более 10 В и при небольших емкостях Ct шунтировать конденсатором емкостью 50... 310 пФ.

На базе XR2240 можно построить мультивибратор, формирую­ щий одновременно восемь последовательностей импульсов с коэф­ фициентом заполнения 50% и кратными значениями частоты (рис. 4.20,6). Генератор запускается в момент включения источни­ ка питания, что достигается использованием интегрирующей цепи на выводе 11. При включении Un напряжение на выводе 11 близко к нулю. Затем через t0æQ,5R\Ci на входе запуска напряжение увеличивается до 1,5 В — значения, соответствующего порогу сра­ батывания управляющего триггера D10 (см. рис. 4.17). При этом на восьми выходах таймера появляются периодические импульсы с коэффициентом заполнения около 50% и частотой 4/2RtCt на выводе 1, l/ARtCt на выводе 2 и т. д. Если необходимо получить конечное число импульсов с одного или нескольких выходов, то вывод, следующий за последним используемым из числа выводов 1—5, необходимо соединить с выводом 10. Например, при выпол­ нении какой-либо вычислительной операции или подпрограммы в микроЭВМ, если требуются 16 тактов с периодом 2RtCt и один такт с периодом 32RtCt, необходимо соединить выводы 6 и 10. В этом случае в момент появления положительного импульса на выводе 6 генерирование тактовых сигналов прекратится и на всех выходах таймера установится напряжение £/„• Для управления ра­ ботой генератора можно использовать цепь R1C1, отключив ее от источника Un.

Генератор сигналов ступенчатой формы, построенный на базе программируемого таймера, представлен на рис. 4.21. Запускает­ ся генератор положительным сигналом, подаваемым на вывод 11, а останавливается положительным сигналом, подаваемым на вы­ вод 10 (рис. 4.17). Чтобы обеспечить нормальную работу счетчи­ ка, напряжение 0 оп= 5 В. В этом случае на выходах счетчика формируются импульсы напряжения, достаточные для работы его каскадов. В исходном состоянии, когда выходные транзисторы счетчика (см. рис. 4.17) закрыты, весовые резисторы R1—R8 не влияют на работу ОУ и выходное напряжение А1 равно £/оп, а на выходе А2 напряжение около нуля. В момент подачи импульса запуска все транзисторы работают в режиме насыщения и инвер­ тирующий вход Al оказывается заземленным через резистор с со­ противлением R/2. Следовательно, сопротивление резистора /?п должно быть также равно R/2, чтобы А1 работал без насыщения выходных каскадов. Тогда Г/Вых1=2(Уот а £/вых2— ^Л)п* Генерируе­ мые выходные напряжения имеют форму изменяющихся ступенча­ то сигналов с амплитудой приращения Ua„/256.

Дополнив схему такого генератора компаратором и RS-тригге-

Рис. 4.21. Схема генератора сигналов ступенчатой формы

Рис. 4.22. Схема аналого-цифрового преобразователя

ром, можно реализовать 8-разрядный аналого-цифровой преобра­ зователь (рис. 4.22). При поступлении тактового импульса осу­ ществляется общий сброс счетчика таймера, на выходе RS-тригге­ ра устанавливается напряжение лог. 1 и входной однотактный таймер работает в режиме мультивибратора. По мере увеличения содержимого счетчика изменяются выходные напряжения А1 и А2. Когда напряжение А2 достигнет значения U3X, то компаратор переключится, установив тем самым на выходе RS-триггера на­ пряжение, соответствующее напряжению лог. 0. При этом увели­ чение содержимого счетчика прекращается, и на выходах 1—8 тай­ мера сохраняется результат преобразования до поступления сле­ дующего тактового импульса. Минимальное время преобразования определяется максимальной частотой формируемых таймером им­ пульсов и равно 6 мс.

Применение таймеров в микроэлектронной аппаратуре доста­ точно разнообразно. В первую очередь это контрольно-измеритель­ ные устройства, источники вторичного электропитания, преобра­ зователи аналоговых величин, устройства бытовой и автомобиль­ ной электроники. Некоторые функциональные узлы, выполненные на таймерах, описаны в гл. 3, 7 и 8.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

5.1.КЛАССИФИКАЦИЯ

Всовременных электронных устройствах для

обеспечения их оптимального функционирования в качестве источ­ ников вторичного электропитания используются стабилизаторы на­ пряжения. С развитием интегральных микросхем были разрабо­ таны стабилизаторы напряжения и тока, изготовленные в виде по­ лупроводниковых микросхемы и гибридных микросбоок. Кроме этого разделения на два вида интегральные стабилизаторы можно классифицировать и по другим критериям.

В соответствии с назначением стабилизаторы напряжения мож­ но разделить на стабилизаторы, предназначенные для цифровых микросхем, аналоговых микросхем и стабилизаторы общего при­ менения.

Для работы цифровых ТТЛ-микросхем необходимо стабилизи­ рованное напряжение 5 В. Для микросхем на полевых транзисто­ рах требуется обычно более высокое напряжение. Для аналоговых микросхем необходимо, как правило, симметричное напряжение питания от ± 5 до ±18 В. По этим причинам выпускается широ­ кая номенклатура интегральных стабилизаторов с различными значениями стабилизированного напряжения и мощности. При этом, используя стабилизаторы общего применения, можно полу­ чить различные значения стабилизированного выходного напряже­ ния в зависимости от параметров внешних элементов, определяю­ щих рабочий режим стабилизатора.

По принципу функционирования стабилизаторы разделяют на линейные и импульсные. В этой главе описываются наиболее ши­ роко используемые микросхемы, применяемые в качестве стабили­ заторов напряжения или тока, и приводятся примеры построения вторичных источников напряжения и тока на базе интегральных стабилизаторов.

5.1.1. ЛИНЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

Структурная схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 5.1. Основным является регулирующий элемент (РЭ), вклю­ ченный по схеме переменного резистора, сопротивление которого регулируется в зависимости от значения выходного напряжения Увых. При регулировании на РЭ рассеивается избыточная мощ­ ность, что снижает КПД стабилизатора. Выходное стабилизиро­ ванное напряжение поступает через цепь измерения (ЦИ) в цепь сравнения (ЦС). В этой цепи осуществляется сравнение фактиче­

VT1 Rf

Рис. 5.3. Последовательное (a) и параллельное (б) включение транзисторов в регулирующем элементе

ко параллельно включенных транзисторов (рис. 5.3,6). При этом необходимо обеспечить одинаковый ток в транзисторах VT1 и VT2, что достигается подбором сопротивлений резисторов R1 и R2. Для уменьшения рассеиваемой на резисторах RI, R2 мощности их со­ противления подбираются с таким расчетом, чтобы падение на­ пряжения на них не превышало 1 В при максимальном токе /н.

Источник опорного напряжения можно реализовать на основе диода либо стабилитрона. Источник опорного напряжения, цепь сравнения и усилитель разности являются основными компонен­ тами стабилизатора, поскольку усиление в петле ОС в значитель­ ной степени определяет параметры стабилизатора. Возможные схемы объединения этих компонентов показаны на рис. 5.4. При повышенных требованиях к стабильности [/ВЫх вместо транзистор­ ного усилителя используется ОУ (см. табл. П5.1).

В стандартных стабилизаторах используются обычно два вида защиты: от превышения напряжения и от перегрузки по току.

При неправильном включении либо отказе стабилизатора на его выходе может возникнуть более высокое, чем необходимо, на­ пряжение, которое может вывести из строя подключенную к нему нагрузку. Поэтому в стабилизатор встраивают цепь защиты от пе­ ренапряжения, которая в случае превышения напряжением на вы­ ходе заданного уровня вызывает короткое замыкание выходного конденсатора или отключает питание стабилизатора. Необходимо, чтобы эта цепь срабатывала с минимальной задержкой, и по­ этому для этой цели используют тиристоры, время срабатывания которых составляет обычно десятки микросекунд. Пример схемы стабилизатора с тиристорной защитой показан на рис. 5.5.

Стабилизатор обычно настроен на определенный максимальный ток нагрузки при заданном выходном напряжении в соответствии с допустимой мощностью, рассеиваемой на регулирующем эле­ менте. В связи с этим необходима защита регулирующего эле­ мента от короткого замыкания на выходе. При использовании стандартной схемы защиты ток в нагрузке при коротком замыка­ нии на выходе ограничен конкретным значением, которое несколь-

Рис. 5.4. Схемы источников опорного напряжения в цепи сравнения:

ко выше номинального тока нагрузки (рис. 5.6). Диоды VD1, VD2 закрыты до тех пор, пока ток /н не увеличится настолько, что па­ дение напряжения на резисторе Rn станет равно 0,7 В. При дости­ жении током в нагрузке номинального значения / нн диоды откры­ ваются и шунтируют транзистор VT. Включив между резистором Rn и диодами усилитель, можно добиться, что превышение тока

Рис. 5.6. Схема цепи защиты от короткого замыкания (а) и ее вольт-амперная характеристика (б)

вариантов схемы стабилизатора с такой защитой показан на рис. 5.7.

При токах меньше номинального усилитель обратной связи А2 управляет A3 таким образом, что обеспечивается требуемая ста­ билизация выходного напряжения. При превышении током в на­ грузке номинального значения управление стабилизатором перехо­ дит к усилителю А1. Его рабочая точка отрегулирована так, что с уменьшением выходного напряжения, вызванного повышением по­ требляемого тока, усилитель А1 закрывает регулирующий транзис­

Необходимо отметить, что схема стабилизатора на рис. 5.7 по способу регулирования и подключения регулирующего элемента