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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Impulsgenerator mit unabhängiger Frequenz- und Arbeitszyklussteuerung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer Vor nicht allzu langer Zeit musste ich einen Rechteckimpulsgenerator mit relativ starker Ausgangsleistung und sanfter manueller Steuerung von Frequenz und Arbeitszyklus zusammenbauen. Aufgrund einiger Erfahrung entschied ich sofort, dass die Basis des Generators der NE555-Timer-Chip (KR1006VI1) sein sollte. Es wird seit Jahrzehnten hergestellt, ist günstig, zuverlässig, verfügt über hervorragende Eigenschaften und ist problemlos mit CMOS- und TTL-Logikchips kompatibel. Die Versorgungsspannung des Timers kann zwischen 5 und 15 V liegen und der Ausgang hält einem Laststrom von bis zu 200 mA stand. Die Suche im Internet nach einer passenden Generatorschaltung brachte leider keine Ergebnisse. Alle gefundenen Modelle hatten den gleichen Nachteil: Wenn sich die Frequenz änderte, änderte sich auch das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse. Oder die Einstellung des Arbeitszyklus erfolgt stufenlos und die Frequenz erfolgt schrittweise über einen Schalter. Daraufhin wurde der benötigte Generator eigenständig entwickelt. Wie Sie wissen, verfügt der NE555-Timer über zwei Spannungskomparatoren. Die Ansprechschwelle eines von ihnen (bedingt der obere) beträgt ohne Anschluss zusätzlicher Widerstände 2/3 der Versorgungsspannung und der zweite (untere) ist doppelt so niedrig. Die Spannung am Zeitkondensator schwankt während des Generatorbetriebs zwischen diesen Schwellenwerten. Um den Arbeitszyklus zu ändern, ist eine klassische Technik bekannt: Legen Sie eine Spannung vom Ausgang der Mikroschaltung über multidirektionale Dioden an die äußersten Anschlüsse eines variablen Widerstands an, der den Arbeitszyklus reguliert, und verbinden Sie seinen Motor mit einem Zeitkondensator. Bei dieser Anpassung ändert sich die Pulsfrequenz nicht, da die Summe der Widerstände der Widerstände, über die der Kondensator geladen und entladen wird, konstant bleibt. Aber wie lässt sich die Frequenz stufenlos anpassen, ohne das Tastverhältnis zu ändern? Ich beschloss, dies zu erreichen, indem ich den Unterschied in den Ansprechschwellen der Komparatoren kontrollierte. Je kleiner es ist, desto weniger Zeit wird unter sonst gleichen Bedingungen benötigt, um den Kondensator von einem Schwellenwert zum anderen und zurück aufzuladen, und desto höher wird die Impulsfrequenz. Aufgrund einiger Erfahrung entschied ich sofort, dass die Basis des Generators der NE555-Timer-Chip (KR1006VI1) sein sollte.
Das Problem kann gelöst werden, indem der Generator gemäß der in der Abbildung gezeigten Schaltung zusammengebaut wird. Hier wird der interne untere Komparator des DA2-Timers durch einen externen ersetzt, der auf einem separaten DA1-Chip montiert ist. Sein nichtinvertierender Eingang ist mit dem Zeitkondensator C1 verbunden, und an den invertierenden Eingang ist ein Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R2, R3, R6-R8 angeschlossen, der die Betriebsschwelle einstellt. Wenn der variable Widerstand R7 offen ist oder wenn sein Widerstandswert sehr hoch ist, ist die Ansprechschwelle des Komparators DA1 genau die gleiche wie die des internen Komparators des ausgeschalteten Timers DA2 – 1/3 der Versorgungsspannung. Diese Gleichheit wird durch Anpassen des Widerstands R3 erreicht. Durch Verringern des Widerstandswerts des variablen Widerstands R7 symmetrisch zur halben Versorgungsspannung werden die Schwellenwerte des oberen Komparators des Timers DA2 und des externen Komparators DA1 näher zusammengebracht. Dadurch erhöht sich die Frequenz der Impulse und ihr durch den variablen Widerstand R4 eingestellter Arbeitszyklus bleibt unverändert. Es muss gesagt werden, dass in der ersten Version des Generators, dessen Diagramm ich im Forum des Internetportals KAZUS.RU kazus.ru/forums/showthread.php?t=94852 veröffentlicht habe, der Widerstand R6 fehlt. Aber wie sich herausstellte, ist es ohne sie nicht möglich, eine vollständige Symmetrie der Schwellenwerte zu erreichen; der an seinen Ausgang 5 angeschlossene Spannungsteiler innerhalb des Timers, der aus der oberen Schwelle die untere Schwelle bildet, stört. Der Widerstand R6, dessen Widerstandswert gleich der Summe der Widerstandswerte der Widerstände dieses Teilers ist, kompensiert seinen Einfluss und macht die gesamte Schwellenwertbildungsschaltung symmetrisch. Subjektiv kann die Qualität des Abgleichs beurteilt werden, indem ein Konstantspannungsvoltmeter zwischen Pin 3 des Timers und der gemeinsamen Leitung angeschlossen wird. Seine Messwerte sollten nur von der Position des variablen Widerstands R4 abhängen. Beim Einstellen der Frequenz mit dem variablen Widerstand R7 sollten sie sich nicht ändern. Dies wird durch einen abgestimmten Widerstand R3 erreicht. Wenn die Impulsfrequenz so niedrig ist, dass die Voltmeternadel im Takt mitschwingt, sollten Sie das Voltmeter über eine integrierende RC-Schaltung mit ausreichend großer Zeitkonstante an den Timer anschließen oder die Impulsfrequenz vorübergehend erhöhen, indem Sie einen Kondensator C1 kleinerer Größe einbauen Kapazität. Bei den im Diagramm angegebenen Elementwerten und einer Versorgungsspannung von 15 V regelt der Stellwiderstand R7 die Pulsfrequenz von ca. 50 bis 830 Hz. Eine Reduzierung der Versorgungsspannung auf 5 V führt jedoch zu einer Frequenzverringerung um fast die Hälfte. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, den Generator mit einer stabilisierten Spannung zu versorgen. Die Belastbarkeit des NE555-Timer-Ausgangs ermöglicht die direkte Steuerung von ziemlich leistungsstarken Aktoren und Schlüsselelementen. Dieser Umstand sowie die Möglichkeit der unabhängigen Regelung von Frequenz und Tastverhältnis können zu vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Generators führen. Autor: P. Galashevsky
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