Генератор на К561ЛА7 с регулировкой частоты
Цифровые микросхемы могут реализовывать не только математическую логику. Один из примеров альтернативного функционала – генераторы тактовых импульсов.
В самом простейшем виде генератор представляет собой ни что иное, как колебательный контур, собранный на базе конденсатора и сопротивления (так называемый RC-контур). Однако, такие схемы отличаются низким качеством выходного сигнала и нелинейностью формируемых импульсов.
Придать им правильную "квадратную" форму смогут микросхемы, реализующие простую логику "И-НЕ", такие как К561ЛА7 или аналоги. Но обо всем поподробнее.
Описание К561ЛА7
Микросхема реализует логику четырёх независимых элементов "И-НЕ" (схема с цоколевкой ниже).
Рис. 1. К561ЛА7
Номинальное напряжение для питания – 10 В, максимальное – не более 15 В.
Может работать практически при любой температуре (от -45 до +85°С), потребляет совсем немного тока (до 0,3 мкА) и имеет небольшое время задержки (80 нс).
К прямым аналогам можно отнести микросхему CD4011A. Однако, в описываемой задаче могут применяться также:
- К176ЛЕ5 (допустима прямая замена без изменения схемы);
- Микросхемы из серии К561;
- К176ПУ2/или ПУ1;
- А также другие микросхемы, реализующие логику четырёх или более независимых инверторов.
На всякий случай приведем таблицу истинности.
Рис. 2. Таблицу истинности
Простой генератор частоты
Схема, обозначенная ниже, будет формировать меандр (прямоугольные импульсы).
Рис. 3. Схема, которая будет формировать меандр
Фактически можно обойтись и без последнего блока D1.4.
Колебания задаются контуром C1R1, а логические элементы преобразуют синусоидальный сигнал в прямоугольный, отсекая фронты спада и подъема согласно логике инвертирования (есть сигнал на входе, превышающий пороговое значение – выдается на 0, отсутствует – выдается логическая единица).
Недостаток такого генератора – отсутствие возможности регулирования частоты (она фиксированная и определяется номиналом конденсатора с резистором) и влияния на время паузы, длительности импульса (или их соотношение – то есть скважность).
Регулируемый генератор
Схема, обозначенная ниже позволяет отдельно регулировать время паузы и длительность импульса.
Рис. 4. Схема, которая позволяет отдельно регулировать время паузы и длительность импульса
За эту логику отвечают настроечные резисторы R2 и R3. Частотный диапазон регулируется незначительно и потому для его кардинальной смены можно предусмотреть включение нескольких конденсаторов разной емкости (на замену C1), включаемых в схему попеременно.
Еще одна версия с возможностью регулирования скважности (основана на схеме все того же мультивибратора).
Рис. 5. Вариант схемы с возможностью регулирования скважности
Можно назвать ее практически универсальной для различного рода экспериментов с ГТИ (генераторами тактовых импульсов).
Выглядит она следующим образом.
Рис. 6. Схема с различной формой сигнала
Номинал резисторов и конденсаторов не особо принципиален и может быть изменен под свои нужды.
Как видно выше, есть сразу три выхода с прямоугольным сигналом (меандром), треугольным и синусом.
Каждый из них может быть изменен соответствующими подстроечными резисторами.
Дата публикации: 06.03.2018
Мнения читателей
- Виталий
/ 17.05.2019 - 16:50
Подскажите а как увиличить амплитуду сигнала если в первой схеме поставить с1 на 100п например?и как рассчитать правельно резистор? - Антон
/ 31.08.2018 - 22:04
Достаточно неплохо.
На рисунке 2 показана схема простейшего реле времени с индикацией на светодиодах Отсчет времени начинается в момент включения питания выключателем S1. В самом начале конденсатор С1 разряжен и напряжение на нем мало (как логический ноль). По этому на выходе D1.1 будет единица, а на выходе D1.2 - ноль. Будет гореть светодиод HL2, а светодиод HL1 гореть не будет. Так будет продолжаться до тех пор, пока С1 не зарядится через резисторы R3 и R5 до напряжения, которое элемент D1.1 понимает как логическую единицу В этот момент, на выходе D1.1 возникает ноль, а на выходе D1.2 - единица.
Кнопка S2 служит для повторного запуска реле времени (когда вы ее нажимаете она замыкает С1 и разряжает его, а когда её отпускаете, - начинается зарядка С1 снова). Таким образом, отсчет времени начинается с момента включения питания или с момента нажатия и отпускания кнопки S2. Светодиод HL2 показывает, что идет отсчет времени, а светодиод HL1 - что отсчет времени завершен. А само время можно устанавливать переменным резистором R3.
На вал резистора R3 можно надеть ручку с указателем и шкалой, на которой подписать значения времени, измерив их при помощи секундомера. При сопротивлениях резисторов R3 и R4 и емкости С1 как на схеме, можно устанавливать выдержки от нескольких секунд до минуты и немного больше.
В схеме на рисунке 2 используется только два элемента микросхемы, но в ней есть еще два. Используя их можно сделать так, что реле времени по окончании выдержки будет подавать звуковой сигнал.
На рисунке 3 схема реле времени со звуком. На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор, который вырабатывает импульсы частотой около 1000 Гц. Частота эта зависит от сопротивления R5 и конденсатора С2. Между входом и выходом элемента D1.4 включена пьезоэлектрическая «пищалка», например, от электронных часов или телефона-трубки, мультиметра. Когда мультивибратор работает она пищит.
Управлять мультивибратором можно изменяя логический уровень на выводе 12 D1.4. Когда здесь нуль мультивибратор не работает, а «пищалка» В1 молчит. Когда единица. - В1 пищит. Этот вывод (12) подключен к выходу элемента D1.2. Поэтому, «пищалка» пищит тогда, когда гаснет HL2, то есть, звуковая сигнализация включается сразу после того, как реле времени отработает временной интервал.
Если у вас нет пьезоэлектрической «пищалки» вместо неё можно взять, например, микродинамик от старого приемника или наушников, телефонного аппарата. Но его нужно подключить через транзисторный усилитель (рис. 4), иначе можно испортить микросхему.
Впрочем, если нам светодиодная индикация не нужна, - можно опять обойтись только двумя элементами. На рисунке 5 схема реле времени, в котором есть только звуковая сигнализация. Пока конденсатор С1 разряжен мультивибратор заблокирован логическим нулем и «пищалка» молчит. А как только С1 зарядится до напряжения логической единицы, - мультивибратор заработает, а В1 запищит На рисунке 6 схема звукового сигнализатора, подающего прерывистые звуковые сигналы. Причем тон звука и частоту прерывания можно регулировать Его можно использовать, например, как небольшую сирену или квартирный звонок
На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор. вырабатывающий импульсы звуковой частоты, которые через усилитель на транзисторе VT5 поступают на динамик В1. Тон звука зависит от частоты этих импульсов, а их частоту можно регулировать переменным резистором R4.
Для прерывания звука служит второй мультивибратор на элементах D1.1 и D1.2. Он вырабатывает импульсы значительно более низкой частоты. Эти импульсы поступают на вывод 12 D1 3. Когда здесь логический ноль мультивибратор D1.3-D1.4 выключен, динамик молчит, а когда единица - раздается звук. Таким образом, получается прерывистый звук, тон которого можно регулировать резистором R4, а частоту прерывания - R2. Громкость звука во многом зависит от динамика. А динамик может быть практически любым (например, динамик от радиоприемника, телефонного аппарата, радиоточка, или даже акустическая система от музыкального центра).
На основе этой сирены можно сделать охранную сигнализацию, которая будет включаться каждый раз, когда кто-то открывает дверь в вашу комнату (рис. 7).
Для пуска таймера нажимают кнопку SB1, давая возможность разрядиться конденсатору С1 (и С2, если он подключен выключателем SA1). После отпускания кнопки конденсатор начинает заряжаться через резистор R2 или цепочку последовательно соединенных резисторов R2—R12 — это зависит от положения подвижного контакта переключателя SA2. Как ^только напряжение на входах элемента DD1.1 достигнет порога переключения, на выходе элемента появится уровень логической 1 и включится генератор. Его колебания частотой около 1000 Гц поступят через инвертор и усилитель на головной телефон, являющийся звуковым индикатором. Усилитель нужен для согласования нагрузки (телефона) с выходом инвертора. В отсутствие колебаний транзистор находится в закрытом состоянии. Этим обеспечивается высокая экономичность таймера — в режиме ожидания он потребляет ток не более 0,5 мА.
В таймере использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы О и С2—К53-14 (С2 составлен из шести параллельно соединенных конденсаторов), СЗ—КЛС. Под эти детали и рассчитана печатная (рис. Т-5), изготовленная из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На месте транзистора VT1 могут работать любые транзисторы серий МП39—МП42. Вместо указанных конденсаторов К53-14 подойдут другие конденсаторы с малым током утечки (например, ЭТО или К52-2), но, возможно, под них придется изменить размеры платы.
Звуковой индикатор BF1 — любой телефонный капсюль (головной телефон) с сопротивлением обмотки 40...120 Ом. Его можно заменить малогабаритной динамической головкой, например 0,1ГД-6, но включать ее в коллекторную цепь транзистора следует через выходной трансформатор от малогабаритного приемника типа «Селга», «Сокол». Громкость звука в обоих вариантах устанавливают подбором резисторов R16 и R15.
Кнопка SB1 и выключатель SA1 могут быть любого типа, а переключатель SA2 желательно применить галетный на 11 положений (например, 11П1Н) с керамической платой. На лепестках платы монтируют резисторы R2—R13.
Источник питания GB1 — «Крона» или аккумуляторная батарея 7Д-0,115. Таймер работает устойчиво при снижении напряжения питания до 4 В, но при этом длительность выдержек несколько возрастет, а громкость звукового сигнала упадет.
И остальные детали таймера размещены в корпусе (рис. Т-6), который может быть самодельный или готовый (скажем, корпус малогабаритного транзисторного приемника).
Налаживание таймера сводится к подбору конденсатора С2 и резисторов R2—R12. Емкость конденсатора должна быть такой, чтобы при подключении его выключателем SA1 выдержка, например на первом поддиапазоне, увеличивалась в 10 раз. Точнее выдержку, указанную для первого поддиапазона, устанавливают подбором резистора R2, для второго поддиапазона — подбором резистора R3, для третьего — подбором резистора R4 и т. д. Естественно, выдержки могут быть иные по сравнению с указанными на схеме — достаточно лишь установить резисторы R2—-R12 соответствующих сопротивлений.
Если таймер захотите использовать для отсчета непродолжительных выдержек (до 30 мин), его можно упростить, заменив переключатель SA2 и резисторы R3—R13 переменным резистором сопротивлением 3,3...4,7 МОм.
Б.С. Иванов. Энциклопедия начинающего радиолюбителя
Из почти подручных материалов. Не смотря на всю свою простоту, металлоискатель работает, он может найти монету на глубине до 10 см, кастрюлю на глубине до 30 см, а канализационный люк прибор видит на глубине 60 см. Это конечно немного, но для такого просто прибора довольно неплохо. Впрочем, если работать с ним на пляже или просто построить в ознакомительных целях, то зря времени вы не потеряете.
Материалы и инструменты для самоделки :
- полный перечень деталей платы можно увидеть на схеме, она включает микросхему К176ЛА7;
- провод для катушки (ПЭВ-2 0,08…0,09 мм);
- броневой магнитопровод;
- эпоксидка;
- наушники;
- паяльник с припоем;
- материалы для создания штанги, корпуса и так далее.
Процесс изготовления металлоискателя:
Шаг первый. Пару слов о схеме
L1 нужно намотать на каркасе с тремя секциями с подстроечным сердечником и разместить в броневом магнитопроводе диаметром 8.8 мм, сделанного из феррита 600НН. Всего катушка имеет 200 витков провода ПЭВ-2 0,08…0,09 мм.
Катушка L2 делается из куска алюминиевой трубки диаметром 6-9 мм и длиной 950 мм. Через нее нужно продеть 18 отрезков провода с хорошей изоляцией. Далее трубку нужно согнуть с помощью оправки, в диаметре она должна быть примерно 15 см. Отрезки провода соединяются последовательно. Индуктивность такого рода катушки должна находится в пределах 350 мкГн.
Концы трубки замыкать не нужно, но один из них надо соединить общим проводом.
Для описанной выше схемы автор использовал резиновый шланг с металлической основой внутри, а также цельный провод, покрытый лаком. Чтобы не повредить изоляцию, применялся пинцет с резиновыми трубочками на концах. Обмотку нужно зафиксировать как можно тщательно, иначе прибор будет давать ложные срабатывания.
Важно отметить тот факт, что кабель, идущий от платы к катушке, должен быть экранирован.
Шаг второй. Дальнейшая сборка и настройка
Для настройки ручку конденсатора нужно повернуть в среднее положение, а затем путем вращения подстроечного сердечника L1 нужно добиться отсутствия биений в наушниках. Настройка будет являться правильной, если при повороте ручки переменного конденсатора на небольшой угол в наушниках будет слышен гул.
Настройка проводится на расстоянии не менее одного метра от массивных металлических предметов.
Автору удавалось повышать чувствительность прибора в том случае, если ввернуть сердечник подстроечной катушки до упора, а путем регулирования настройки с помощью переменного конденсатора достичь почти полного отсутствия звука в наушниках. При этом, если включить наушники на полную мощность, звук будет тихим.
Если будет так, что звук в наушниках вообще не слышен, нужно на выводах 4 DD1 и DD2 проверить наличие П-образного сигнала, для таких целей будет нужен осциллограф. На выводе 11 и 8 DD3 должна быть смесь сигналов.
Также следует отметить, что в оригинальной схеме указано сопротивление R3 300 кОм, но с таким сопротивлением наушники работать не будут. Его нужно заменить на 3 кОм. Вместо конденсаторов 5600 пФ автор также использовал на 4700 пФ, так как первых найти не удалось.
К недостаткам схемы можно отнести то, что палата чувствительна к температуре окружающей среды, в связи с этим прибор нужно постоянно настраивать переменным конденсатором, добиваясь нулевых биений.
Шаг три. Завершающий этап сборки
Катушку автор рекомендует залить эпоксидкой, это позволит надежно зафиксировать провода. В противном случае неизбежно будут ложные срабатывания, так как в процессе поиска приходиться задевать о камни, палки и другие препятствия, к тому-же, катушку можно легко повредить. Вместо эпоксидки подойдет воск или пластилин, который нужно расплавить и залить. Парафин использовать не следует, так как он становится после застывания хрупким и не имеет эластичности. Если выбор пал на пластилин, то нужно позаботиться о том, чтобы он не вытек, разогревшись на солнце.
Помимо всего прочего в схеме нежно заменить резистор R3, его номинал должен быть 300 кОм. Также нужно настроить частоту образцового генератора таким образом, чтобы в наушниках слышались уверенные и четкие щелчки. Чувствительность прибора определяется частотой следования щелчков, чем она ниже, тем лучше. С такими настройками автор находит копеечную монету СССР на глубине 10 см, которая лежит горизонтально.
Если сделать частоту щелчков высокой, то наличие металла под поисковой катушкой можно определить по изменению звучания.
Автор собрал также еще один такой прибор и у него обнаружилась проблема - отсутствие звука в наушниках. Решением стало удаление из схемы конденсатора С7. Также автор убрал регулятор громкости, поскольку звучание само по себе стало тише. С такой доработкой прибор не утратил чувствительности.
Корпус для прибора из пластика можно купить в радиомагазине, автору он обошелся в 31 рубль. Для экранирования схемы из картона нужно вырезать "рубашку" и обвернуть фольгой. Края фольги крепятся к картону скотчем, потом с помощью степлера крепится провод и подключается к минусу.
Также в схему нужно установить электролитический конденсатор 47-100 мкф после включения питания с напряжением не менее 10В.
Логическая микросхема. Состоит из четырёх логических элементов 2И-НЕ. В состав каждого из этих элементов входят четыре полевых транзистора, два n-канальных - VT1 и VT2, два p-канальных - VT3 и VT4. Два входа А и В могут иметь четыре комбинации входных сигналов. Принципиальная схема и таблица истинности одного элемента микросхемы показаны ниже.
Логика работы К561ЛА7
Рассмотрим логику работы элемента микросхемы . Если на оба входа элемента подать напряжение высокого уровня, то транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в открытом состоянии, а VT3 и VT4 в закрытом. Таким образом, на выходе Q будет напряжение низкого уровня. Если на любой из входов подать напряжение низкого уровня, то один из транзисторов VT1, VT2 будет закрыт, а один из VT3, VT4 открыт. Это установит напряжение высокого уровня на выходе Q. Такой же результат, естественно, будет если на оба входа микросхемы К561ЛА7 будет подано напряжение низкого уровня. Девиз логического элемента И-НЕ - ноль на любом входе даёт единицу на выходе.
| Вход | Выход Q | |
|---|---|---|
| A | B | |
| H | H | B |
| H | B | B |
| B | H | B |
| B | B | H |
Таблица истинности микросхемы К561ЛА7
Цоколёвка микросхемы К561ЛА7
