Gerador de pulsos com controle independente de frequência e ciclo de trabalho. Esquema, descrição

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Não faz muito tempo, precisei montar um gerador de pulso retangular com uma saída relativamente poderosa e controle manual suave de frequência e ciclo de trabalho. Tendo alguma experiência, decidi imediatamente que o chip temporizador NE555 (KR1006VI1) deveria se tornar a base do gerador. É produzido há décadas, é barato, confiável, possui excelentes características e é facilmente compatível com microcircuitos lógicos CMOS e TTL. A tensão de alimentação do temporizador pode variar de 5 a 15 V e a saída pode suportar uma corrente de carga de até 200 mA.

Infelizmente, uma busca na Internet por um circuito oscilador adequado não encontrou nenhum resultado. Todos os encontrados sofriam da mesma desvantagem - quando a frequência mudava, o ciclo de trabalho dos pulsos de saída também mudava. Ou o ajuste do ciclo de trabalho é suave e a frequência é escalonada, usando um interruptor. Como resultado, o gerador desejado foi desenvolvido de forma independente.

Como você sabe, o temporizador NE555 possui dois comparadores de tensão. O limite de resposta de um deles (condicionalmente superior) sem conectar resistores adicionais é 2/3 da tensão de alimentação, e o segundo (inferior) é a metade. A tensão no capacitor de ajuste de tempo flutua entre esses limites durante a operação do gerador. Para alterar o ciclo de trabalho, é conhecido um truque clássico - aplicar tensão da saída do microcircuito através de diodos multidirecionais aos terminais extremos de um resistor variável que regula o ciclo de trabalho e conectar seu motor a um capacitor de ajuste de tempo. Com tal ajuste, a frequência do pulso não muda, pois a soma das resistências dos resistores através dos quais o capacitor é carregado e descarregado permanece constante.

Mas como ajustar suavemente a frequência sem alterar o ciclo de trabalho? Decidi fazer isso controlando a diferença nos limites dos comparadores. Quanto menor for, menor, sendo outras coisas iguais, leva tempo para recarregar o capacitor de um limite para outro e vice-versa, maior será a frequência do pulso.

Tendo alguma experiência, decidi imediatamente que o chip temporizador NE555 (KR1006VI1) deveria se tornar a base do gerador.

Gerador de pulso com controle independente de frequência e ciclo de trabalho
Fig. 1

O problema pode ser resolvido montando o gerador conforme esquema mostrado na figura. Aqui, o comparador inferior interno do temporizador DA2 é substituído por um externo montado em um chip DA1 separado. Sua entrada não inversora é conectada ao capacitor de ajuste de tempo C1, e um divisor de tensão dos resistores R2, R3, R6-R8 é conectado à entrada inversora, que define o limite de resposta. Com o circuito aberto do resistor variável R7 ou com sua resistência muito alta, o limite de resposta do comparador DA1 é exatamente o mesmo do comparador de temporizador interno desabilitado DA2 - 1/3 da tensão de alimentação. Esta igualdade é alcançada por um resistor sintonizado R3. Ao reduzir a resistência do resistor variável R7, simetricamente em relação à metade da tensão de alimentação, os limites do comparador superior do temporizador DA2 e do comparador externo DA1 são aproximados. Como resultado, a frequência dos pulsos aumenta e seu ciclo de trabalho, definido pelo resistor variável R4, permanece inalterado.

É preciso dizer que na primeira versão do gerador, cujo esquema publiquei no fórum do portal da Internet KAZUS.RU kazus.ru/forums/showthread.php?t=94852, não há resistor R6. Mas, como se viu, sem ele não é possível obter a simetria completa dos limites, o divisor de tensão dentro do temporizador conectado à sua saída 5, que forma o limite inferior do limite superior, interfere. O resistor R6, cuja resistência é igual à soma das resistências dos resistores deste divisor, compensa sua influência, tornando simétrico todo o circuito de limiarização.

Subjetivamente, a qualidade do balanceamento pode ser avaliada conectando um voltímetro DC entre a saída de 3 temporizadores e o fio comum. Suas leituras devem depender apenas da posição do resistor variável R4. Ao ajustar a frequência com um resistor variável R7, eles não devem mudar. Isto é conseguido usando um resistor sintonizado R3. Se a frequência de pulso for tão baixa que a agulha do voltímetro flutue em sincronia com ela, você deve conectar o voltímetro ao temporizador através de um circuito RC integrador com uma constante de tempo suficientemente grande ou aumentar temporariamente a frequência de pulso instalando um capacitor C1 menor.

Com os valores dos elementos indicados no diagrama e tensão de alimentação de 15 V, o resistor variável R7 regula a frequência de pulso de aproximadamente 50 a 830 Hz. No entanto, reduzir a tensão de alimentação para 5 V leva a uma diminuição da frequência quase por um fator de dois. Neste sentido, é desejável alimentar o gerador com tensão estabilizada.

A capacidade de carga da saída do temporizador NE555 permite controlar diretamente atuadores e elementos-chave bastante poderosos. Esta circunstância, bem como a possibilidade de controle independente de frequência e ciclo de trabalho, pode determinar uma ampla gama de aplicações de geradores.

Autor: P. Galashevsky

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