Многоканальный шифратор на таймерах КР1006ВИ1
Принципиальная схема
Микросхема таймера КР1006ВИ1 является многофункциональным устройством и используется в самых различных радиолюбительских конструкциях. На ее базе удобно реализовы-вать как автоколебательные, так и ждущие мультивибраторы. Длительность импульсов в обоих случаях можно регулировать изменением постоянных времени цепей заряда и разряда накопительного конденсатора или изменением величины постоянного напряжения на выводе 5 микросхемы.
Как при настройке предлагаемого образца, так и при самосто; ятельном конструировании других устройств с использованием КР1006ВИ1, полезно представлять ее внутреннее устройство. Остановимся на этом подробнее.
На рис. 2.35 приведена структура микросхемы. Она содержит делитель, обеспечивающий формирование опорных напряжений 1/3Un и 2/3Un, два операционных усилителя, RS-триггер, два транзисторных ключа и инвертор Ш. Для того чтобы рассмотрение было предметным, на микросхеме собран автоколебательный мультивибратор, для чего потребовались только три внешних элемента.
В момент подачи питающего напряжения начинается заряд конденсатора С1 через последовательно включенные R1 и R2.
Напряжение с конденсатора прикладывается к прямому входу ОУ1, и до момента tj остается меньше опорного напряжения на его инверсном входе (рис. 236, а). Все это время на выходе ОУ, а значит и на входе «R» триггера напряжение близко к нулю (логический 0).
Это же напряжение приложено и к инверсному входу ОУ2 и некоторое время остается ниже опорного напряжения на его прямом входе (l/3f/n). Как известно, в этом случае напряжение на выходе ОУ близко к напряжению питания (логическая 1). Оно прикладывается к входу «S» триггера. При такой комбинации сигналов на входах, напряжение на выходе триггера равно нулю, а на выходе инвертора (вывод 3 микросхемы)— соответственно, напряжению питания. Транзисторный ключ VT1 заперт и не оказывает никакого влияния на работу схемы. Ключ VT2 в этом варианте включения микросхемы постоянно заперт, так как его база соединена с эмиттером.
В момент превышения напряжением на конденсаторе опорного уровня 1/3Un напряжение на выходе ОУ2 скачкообразно обращается в нуль. Теперь на обоих входах триггера логические нули, но состояние его выхода не меняется, так как для этого должны поменяться на противоположные состояния обоих входов. В момент tj напряжение на конденсаторе достигает второго опорного уровня, и нуль на выходе ОУ1 сменяется единицей.
При этом комбинация сигналов на входе триггера становится противоположной исходной, и состояние его выхода изменяется с нуля на единицу. На выходе инвертора соответственно начинается фаза формирования отрицательного импульса (см. рис. 2.36, б). Кроме того, единица с выхода триггера прикладывается к базе транзистора VT1. Читателя не должна смущать непосредственная подача высокого потенциала на базу транзистора.
На схеме отражены только функциональные связи без излишней детализации. В реальной схеме, разумеется, предусмотрены соответствующие базовые цепи. Ключ открывается, подключая точку соединения резисторов R1 и R2 к корпусу. Начинается разряд конденсатора С1 через резистор R2.
Практически сразу же напряжение на прямом входе ОУ1 становится меньше опорного, а на его выходе скачком опять устанавливается логический «О». К опрокидыванию триггера это не приводит, так как меняется состояние только одного входа «R». Триггер как бы подготавливается к опрокидыванию.
Когда же напряжение на конденсаторе уменьшится до величины 1/3Un (момент t2 на рисунке), изменится состояние на выходе ОУ2 и входе «S» триггера — произойдет его обратное переключение, и напряжение на выходе инвертора опять станет высоким. Ключ VT1 разомкнётся, и начнется заряд конденсатора С1.
Далее процессы будут повторяться. Очевидно, период следования вырабатываемых импульсов будет равен сумме длительностей положительного и отрицательного импульсов. В свою очередь, длительность положительного импульса определяется постоянной времени C1-(R1+R2) и может быть приближенно вычислена по формуле т+ = 0,685(R1+R2)C1; длительность отрицательного определяется постоянной времени разряда конденсатора и вычисляется по формуле т. = 0,685R2C1.
Из рис. 2.36, а видно, что если с помощью внешних цепей принудительно менять напряжение на выводе 5 микросхемы, то будут меняться опорные уровни и, как следствие, длительность обоих импульсов. Этот факт используется для электронного управления длительностями.
Работа схемы в режиме ждущего мультивибратора во многом аналогична рассмотренной ранее, поэтому здесь не приводится. Следует только упомянуть, что формирование выходного положительного импульса в этом случае может быть в любой момент прервано подачей короткого отрицательного импульса на вход 4, который должен быть подключен к плюсу источника через резистор величиной 1—3 кОм. Отрицательный импульс вызовет отпирание ключа VT2, что в свою очередь — отпирание VT1 и быстрый разряд накопительного конденсатора. Схема подключения конденсатора в режиме ждущего мультивибратора отличается от рассмотренной (см. рис. 2.37, например канал №1).
Теперь собственно о шифраторе. Его схема приведена на рис. 3.36. Генератор тактовых импульсов реализован на DA1 по схеме автоколебательного мультивибратора. Требуемый период повторения устанавливают подбором величины R1 или R2. Вывод 5 микросхемы зашунтирован конденсатором СЗ для предотвращения попадания на опорный вход помех, что приводило бы к хаотическому изменению периода повторения.
Импульсы с выхода генератора (рис. 2.38, а) дифференцируются цепью C4R3, на выходе которой формируются короткие всплески, соответствующие фронтам (рис. 2.38, б). Отрицательные всплески, следующие с периодом Тп, запускают ждущий мультивибратор, собранный на таймере DA2.
Исходная длительность его импульсов определяется постоянной времени т = R4C8, а регулировка в пределах ±0,5 мс — изменением постоянного напряжения на выводе 5 с помощью потенциометра R6.
Точная подгонка границ изменения достигается подбором R5 и R7. Канальный импульс формируется на выводе 3 микросхемы (рис. 2.38, в). После его дифференцирования цепью C7R8 отрицательный всплеск, соответствующий заднему фронту, запускает полностью аналогичную схему формирователя второго канального импульса (рис. 2.38, г). В случае восьмиканального варианта последующие каскады строятся по точно таким же схемам.
Отрицательные импульсы с дифференцирующих цепей всех трех каскадов через диоды VD1—VD3 поступают на ждущий мультивибратор формирования кодовой посылки DA4. Последний вырабатывает короткие импульсы стандартной длительности т = 0,5 мс (рис. 2.38, д).
Параметры этих импульсов определяются постоянной времени т = R15C11. Расстояние между передними фронтами соседних пар равно длительностям соответствующих канальных импульсов.
Детали и конструкция
Печатная плата двухканального варианта изображена на рис. 2.39, а восьмиканального — на рис. 2.40. Перед установкой микросхем DA1 необходимо впаять перемычку со стороны расположения деталей, на рисунках она изображена пунктирной линией. Микросхемы таймеров можно заменить импортным аналогом, например LM555.
Оптимально использовать микросхемы типа 556, содержащие в одном корпусе по два таймера.
Разводку платы, естественно, придется изменить. Наилучший выбор — микросхемы типа 7555 и 7556, выполненные по технологии КМОП и имеющие существенно меньшие токи потребления. Все времязадающие конденсаторы (С2, С5, С8, С11) должны быть пленочными. Диоды — любые малогабаритные.
Стабилизатор, используемый в схеме, допускает повышение входного напряжения вплоть до 20 В. Потенциометры R6, R11 должны обладать повышенной износостойкостью, их характеристика регулирования — типа А (линейная).
Настройка
Временно припаяв вместо R1 переменный резистор на 100 кОм, устанавливают период повторения равным 20 мс для восьми-канального варианта и 10 мс для двухканального. В последнем случае емкость конденсатора С1 можно уменьшить до 0,22 мкФ. Далее, установив ручку управления, связанную с движком R6, в нейтральное положение, подбором величины R4 необходимо установить длительность канального импульса на выводе 3 микросхемы равной 1,5 мс. Для этой цели удобно временно припаять вместо постоянного резистора переменный.
Отклонив ручку управления в крайнее положение, проконтролировать изменение длительности импульса. Если оно больше 0,5 мс, то ось или корпус потенциометра нужно повернуть так, чтобы сопротивление между движком и нижним выводом уменьшилось. Подбором R4 восстановить исходную длительность импульсов в нейтральном положении ручки управления. Проделав эти операции несколько раз, добиться требуемых параметров канального импульса. Настройка остальных каналов полностью аналогична. По окончании настройки вместо временных переменных резисторов впаиваются эквивалентные постоянные.
Днищенко В. А. 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями. СПб.: Наука и техника, 2007. — 464 е.: ил.