1.6. Таймеры

Интегральный таймер – интегральная микросхема (ИМС) с помощью которой, используя навесные элементы RC-цепи, можно построить автоколебательный или ждущий мультивибраторы.

Интегральные таймеры относятся к классу универсальных и многофункциональных ИМС, характеризуются стабильными временными интервалами в диапазоне от единиц микросекунд до нескольких часов и являются базовыми элементами времязадающих устройств.

Основой структурной схемы таймера является наличие интегрального компаратора напряжения (или двух).

С труктурная схема простейшего однотактного таймера и его временные диаграммы работы приведены на рис. 4.18.

В исходном состоянии схемы КЛЮЧ открыт, и хронирующий конденсатор С разряжен через выходное сопротивление ключа. Запускающий сигнал U_ЗАП КЛЮЧ закрывает, и конденсатор С заряжается от источника питания Е_П с постоянной времени . Когда напряжение на нём достигнет уровня , происходит срабатывание КОМПАРАТОРА: изменяется напряжение на выходе ФОРМИРОВАТЕЛЯ, открывается КЛЮЧ, и конденсатор разряжается; схема таймера возвращается в исходное состояние.

Длительность импульса определяется по формуле:

.

Данный тип таймера позволяет реализовывать временные интервалы с длительностями импульсов от десяти микросекунд до часа при напряжениях питания Е_П=6–18 В, хорошо сопрягается с различными ИЛЭ и может работать с выходным током до 100 мА.

Оптимальное значение коэффициента деления ξ_ОПТ выбирают из условия равенства . При этом крутизна изменения напряжения на конденсаторе будет максимальна и равна значению .

П ромышленностью выпускается отечественный таймер КР1006ВИ1, структурная схема которого приведена на рис. 4.19.

Высокая стабильность временных интервалов (порядка 0,01%) обеспечивается малой погрешностью изменения напряжений на внешнем конденсаторе в интервале значений пороговых уровней напряжений на входах компараторов КН2 и КН1: и , которые при прецизионных сопротивлениях равны 0,33Е_П и 0,66Е_П, а в некоторых таймерах за счёт встроенного в его схему внутреннего стабилизатора напряжения.

Н а рис. 4.20 изображена принципиальная схема таймера, работающего в автоколебательном режиме с внешней времязадающей RC-цепью, подключённой к выводам (4, 6, 5) ИМС.

Как упоминалось выше, напряжение на хронирующем конденсаторе С изменяется в диапазоне (0,33-0,66)Е_П (рис. 4.20), а не в полном диапазоне Е_П, как это имеет место в схемах мультивибраторного типа. Это обеспечивается делителем напряжения R₁, R₂, R₃ в схеме таймера (рис. 4.19).

Длительность импульсов определяется регенерацией RS-триггера при срабатывании компараторов КН2 и КН1:

.

Время восстановления будет равно длительности t_И:

.

Период автоколебаний будет равен .

Изменения напряжений на хронирующем конденсаторе и выходе схемы (выводы 6, 3) приведены на рис. 4.20.

Таймер на рис. 4.21 может работать в ждущем режиме и, изменяя сопротивление R₂, можно изменять длительность импульса.

Д лительность импульса находится согласно выражению:

.

Д ля создания больших значений временных интервалов, до десятков часов, используются, так называемые, схемы многотактных таймеров, в большинстве своём, выполненных в виде интегральных микросхем. Структурная схема ИМС многотактного таймера включает в себя: однотактный таймер, двоичный счётчик и схему управления и внешнюю RC-цепь (рис. 4.22).

Схема управления многотактным таймером позволяет обеспечить заданный коэффициент умножения цикла работы однотактного таймера.

Схема двоичного счётчика обеспечивает длительность суммарного временного интервала. Например, в 4-х разрядном счётчике временной интервал связан с величинами t_И, 2t_И, 4t_И и 8t_И. Схема управления позволяет получать временные интервалы от t_И до 15t_И, а в некоторых таймерах до величины 255t_И.