TEMPORIZATOARE

Temporizatoarele sunt circuite electronice care primesc o comanda la un moment de timp si efectueaza o actiune la un interval de timp bine precizat de la primirea comenzii.

In aceeasi categorie pot fi incluse si programatoarele care efectueaza o serie de actiuni la intervale de timp bine precizate de la momentul primirii unei comenzi de activare.

Temporizatoarele si programatoarele astfel definite spunem ca functioneaza in regim de monostabil.

Un alt regim de functionare este regimul astabil situatie in care circuitul functioneaza ciclic fara vreo comanda externa imediat dupa conectarea sursei de alimentare cu energie.

1. Temporizatoare cu circuitul integrat βE555

Circuitul integrat βE555, a carui schema bloc este aratata in figura 1, se alimenteaza cu tensiuni U_cc de maximum 18 V si poate sa furnizeze la iesirea Q₀, notata cu (3) in figura 1, un curent I₀ de maximum 200 mA.

Poate fi utilizat atat in regim de circuit basculant monostabil cat si in regim de astabil, in functie de componentele conectate la borne.

	Fig.4.1.

Circuitul are in componenta doua comparatoare notate cu C₁ si C₂, care au la una din intrari un potential constant (stabilit de divizorul rezistiv) iar la cealalta intrare, PJ/PS, au conectate surse de semnal.

In conditiile in care la borna CONTR, nu se conecteaza un rezistor, potentialele stabilite de divizorul rezistiv determina pragurile

U_p1=(R/3R) U_cc = 1/3 U_cc

si

U_p2=(R+R/3R)V_cc = 2/3V_cc,

astfel ca pentru U_cc =5V avem

U_p1= 1,67V, U_p2= =3,33 V.

Bistabilul RS (CBB pe figura 1) inscrie S la iesire (Q=S) daca intrarile sunt diferite (R≠S) si lasa iesirea Q nemodificata daca starea intrarilor este in zero logic (R=S=0)

Comparatorul C₁/C₂ determina un potential ridicat ("1 logic") la iesire daca tensiunea conectata la borna notata (+) este mai mare decat tensiunea conectata la borna notata (-) : V₊ > V-.

Tinand seama ca U_p1=U₁₊ si U_p2=U_I- in conditiile in care potentialele intrarilor PJ si PS se modifica intre valorile 0V si U_cc , s-au prezentat in figura 2 atat starile iesirilor celor doua comparatoare cat si starea iesirii bistabilului (CBB din fig. 1).

Deoarece in schema este prevazut amplificatorul A in regim de inversor, iesirea circuitului este .

Diagrama din figura 2 poate fii explicitata, in sensul ca starea iesirii Q₀ a circuitului integrat se modifica daca unul din semnalele de la intrarile PJ, PS iese din domeniul de limitare impus; deci daca

U_ps > U_p2 → Q₀=0, sau daca U_pj <U_p1 → Q₀=1.

Tranzistorul T_D (v. fig. 1), numit de descarcare, este saturat atunci cand Q₀ este in zero logic, ceea ce face ca iesirea DESC sa fie la potentialul GND ( de fapt la U = 70 mV)

altfel spus Q₀=0 → DESC = GND.

Schemele de utilizare a circuitului integrat contin totdeauna un condensator care se incarca potrivit utilizarii circuitului, iar T_D este utilizat la descarcarea rapida a acestui condensator.

Tranzistorul T_B, de blocare, se satureaza daca ADZ este conectata la GND, ceea ce face ca iesirea Q₀ sa nu se mai modifice ( ramane in "1 logic"), indiferent de starea intrarilor PJ, PS. Daca comanda de blocare nu este folosita, borna ADZ se conecteaza la sursa U_cc.

Intrarea CONTR este folosita uneori pentru a modifica pragurile U_p1, U_p2, de obicei fiind lasata in aer.

Daca intre CONTR si GND se conecteaza un rezistor de valoare R₁[kΩ] avem :

De exemplu, pentru R₁= 5 kΩ → U_p2 = 0,4U_cc, U_p1 = 0,2U_cc.

Regimul de monostabil al circuitului integrat βE555 se obtine prin conectarea unui condensator C la borna PS si comanda bascularii prin intermediul bornei PJ, ca in figura 3 a.

Starea stabila a circuitului se obtine pentru tensiune de comanda u_I > U_p1.

La conectarea sursei de alimentare, condensatorul C este descarcat →U_ps= 0 si daca u_I > U_p1, iesirea Q₀ se stabileste in 0 logic Q₀ = L. In aceste conditii=1→ T_D are potential mare pe baza, ceea ce implica T_D saturat si rezistenta mica r_CE a T_D scurcircuiteaza condensatorul C, ceea ce face ca iesirea circuitului integrat sa ramana in zero logic.

Starea stabila a circuitului se obtine pentru tensiune de comanda u_I > U_p1. La conectarea sursei de alimentare, condensatorul C este descarcat →U_ps= 0 si daca u_I > U_p1, iesirea Q₀ se stabileste in 0 logic Q₀ = L.

In aceste conditii=1→ T_D are potential mare pe baza, ceea ce implica T_D saturat si rezistenta mica r_CE a T_D scurcircuiteaza condensatorul C, ceea ce face ca iesirea circuitului integrat sa ramana in zero logic.

Bascularea circuitului are loc pe frontul descrescator al tensiunii u_I cand aceasta scade sub pragul U_p1 (S=1 cu R=0 face ca Q sa creasca →Q=1). Schimbarea starii iesirii determina conectarea bazei T_D la GND (=0) si condensatorul C nu va mai fi scurcircuitat.

Incepe procesul de incarcare a condensatorului de la sursa de alimentare U_cc prin rezistorul R, tensiunea la bornele acestuia modificandu-se conform ecuatiei

,

in care τ = RC este constanta de timp de incarcare.

Procesul de incarcare inceteaza atunci cand u_ps ≥ 2/3U_cc, la t = T₁, deoarece comparatorul C₂ isi basculeaza iesirea in R=1.

Se determina astfel expresia timpului

T₁= τ ln 3 = 1,1 RC.

Schimbarea starii iesirii comparatorului C₂ determina si schimbarea starii iesirii circuitului integrat Q₀ = 0, deoarece CBB primeste la intrare R=1, S=0 → Q₀ = 0. Totodata tranzistorul T_D va avea baza conectata la =1 , acesta se va satura si condensatorul C se descarca de sarcina acumulata prin spatiul colector - emitor intr-un timp scurt - de ordinul a T₂ = (2 . 10) μs.

Considerand timpul T₁ de acelasi ordin de marime cu T₂, frecventa maxima a tensiunii u_I este

Regimul de astabil (generator de tensiune cu forma de unda dreptunghiulara) al βE555 se obtine prin conectarea in scurtcircuit a intrarilor PJ si PS ca in figura

La conectarea sursei cu t.e.m. U_cc, condensatorul C este descarcat, U_pj < <1/3U_cc → S=1, U_ps < 2/3U_cc → R=0 → Q₀ =1, =0 → T_D blocat In aceste conditii condensatorul se incarca prin suma rezistentelor R_A si R_B cu constanta de timp τ₁ = (R_A + R_B )C.

Cand u_c > 1/3U_cc atunci u_pj > 1/3U_cc → S=0, dar cum R=0 rezulta ca starea iesirii nu se modifica (ramane Q₀ =1).

Iesirea Q₀ basculeaza atunci cand tensiunea u_c ≥ 2/3U_cc→

u_ps ≥ 2/3U_cc→R=1 cu S=0 ceea ce determina Q₀=0. Deoarece devine 1 logic, baza T_D se va conecta la potential ridicat, T_D se satureaza si conecteaza punctul DESC la masa, deci conecteaza R_B la GND.

Condensatorul se va descarca de sarcina acumulata prin rezistenta R_B cu o constanta de timp

τ ₂ = R_BC.

Rebascularea iesirii are loc cand u_c scade sub valoarea de prag a PJ, adica u_c = u_pj ≤1/3U_cc rezulta ca S=1 cu R=0 → Q₀ =1.

Intervalele de tip T₁ si T₂ se determina din conditiile mai sus enuntate astfel :

u_c = 2/3 U_cc=U_cc -( U_cc -1/3 U_cc )

T₁ = (R_A + R_B )C ln2 =0,693 (R_A + R_B ) ;

u_c = 1/3 U_cc=0 -( 0 -2/3 U_cc )

T₂ = R_BCln2 = 0,693R_BC .

Perioada tensiunii generate este atunci

T= T₁ +T₂ = 0,693C(R_A + 2R_B ),

la un factor de umplere

Un generator de tensiune liniar variabila se obtine cu circuitul bE555 daca condensatorul se incarca la curent constant, spre exemplu, prin intermediul tranzistorului T, ca in figura 5.

Circuitul din figura 5. functioneaza ca circuitul astabil cu deosebirea ca in intervalul incarcarii condensatorul va avea un curent de incarcare constant, dictat de polarizarea tranzistorului T.

Potentialul bazei tranzistorului poate fi exprimat in doua moduri, care determina egalitatea

din care se determina curentul de incarcare

Durata de incarcare a condensatorului se stabileste considerand relatia de definitie a capacitatii

de unde rezulta timpul

Descarcarea condensatorului are loc pe rezistenta R_B, asa incat T₂ are aceeasi expresie ca la circuitul astabil cu bE

2. Temporizatoare cu circuitul integrat 8038

Circuitul integrat 8038 are in structura tranzistore de tipul Schottky ceea ce ii permite sa functioneze la frecvente de pana la 1MHz.

Referindu-ne la schema de principiu a circuitului integrat 8038 din figura 6, la iesirea 3 se furnizeaza un semnal triunghiular, la iesirea 9 un semnal dreptunghiular si la iesirea 2 un semnal sinusoidal. Se obtin distorsiuni ale formei de unda mai mici decat 1%, la un curent de iesire de maximum 25mA (I₃, I₉). Iesirea de semnal dreptunghiular este cu colectorul in gol, ceea ce ii permite sa furnizeze semnale TTL prin dimensionarea rezistorului R_L conectat intre pinul 9 si sursa de alimentare U_CC.

Circuitul permite alimentarea cu o singura tensiune U_CCmax = 36V sau cu tensiune diferentiala U_CCmax = 18V, conectata intre pinul 6 si 11.

Functionarea circuitului se bazeaza pe incarcarea la curent constant a condensatorului extern C.Excursia de tensiune pe condensator este stabilita de circuitul de simulare a bE555 care comanda inchiderea si deschiderea comutatorului K.

In aceste conditii u_CI[U_PJ, U_PS] unde

Potentialul pinului 7 este fixat prin intermediul a doua rezistoare interne la 4/5U_CC fata de pinul 11 (si 1/5U_CC fata de pinul 6).

Daca pinul 8 este conectat la pinul 7 curentii furnizati de generatoare sunt stabiliti de rezistoarele externe R_A si R_B la valorile

Daca pinul 8 are un potential stabilit din exterior, curentii I₁ si I₂ se stabilesc la valori determinate de relatiile

Comutatorul K deschis determina curentul de incarcare al condensatorului: I_Cinc = I₁, iar comutatorul K inchis determina curentul de descarcare: I_Cdesc = I₂ - I₁

In conditiile schemei din figura 7 rezistenta R_A este formata din R₁ si kP

R_A = R₁ + kP iar R_B = R₂ + (1-k)P,

ceea face ca factorul de umplere sa poata fi modificat prin intermediul pozitiei cursorului potentiometrului P.

Incarcarea si descarcarea condensatorului avand loc la curent constant si relatia

devine

In acelasi mod se calculeaza timpul de incarcare T₁ si cel de descarcare T₂

Frecventa de oscilatie

si factorul de umplere:

Modificarea factorului de umplere se face prin schimbarea pozitiei cursorului potentiometrului P.

Amplitudinea varf-varf a semnalului dreptunghiular depinde de tensiunile U_PJ si U_PS:

Expresia de mai sus a excursiei de tensiune pentru semnalul dreptunghiular conduce la ideea ca se poate realiza un modulator de tensiune prin modificarea valorii tensiunii U_CC de catre semnalul modulator(u_m):

De notat ca valorile rezistoarelor R_A si R_B sunt limitate de domeniul curentilor ce pot fi livrati de generatoare. Deoarece domeniul curentilor I₁ si I₂ este 10mA.5mA, rezistoarele R_A,R_B au domeniul 1kW.10MW

Modularea in frecventa a semnalelor furnizate de circuitul integrat 8038 s-ar putea face utilizand un rezistor comandat in tensiune (cu un tranzistor MOS) in locul rezistorului R_A/R_B. De obicei nu se foloseste aceasta solutie deoarece circuitul permite modificarea curentilor furnizati de generatoarele I₁ si I₂ prin potentialul pinului 8 fata de pinul 11.

Se obtine un modulator in frecventa conectand semnalul modulator u_m(t) la pinul 8.

In aceste conditii, rezulta semiperioadele:

si frecventa:

Constatam ca factorul de umplere

ramane la o valoare constanta.

Impedanta de intrare la borna 8 poate fi crescuta prin conectarea unui rezistor R₈ intre pinul 8 si pinul 7, la valoarea R_in = R + 8kW

Deviatia de frecventa poate fi marita daca u_m se aplica intre pinul 8 si pinul 6.

Deoarece tensiunea sinusoidala este aproximata de circuitul de formare prin segmente de dreapta, in scopul micsorarii distorsiunilor formei de unda, intre pinii 1 si 6 si intre pinii 12 si 11 se conecteaza cate un potentiometru semireglabil de 100kW