Низкочастотный генератор на компараторе LM393

Уже несколько десятилетий радиолюбители создают сотни видов различных генераторов звуковых и световых импульсов. Нередко с построения подобной конструкции человек начинает свои первые шаги в электронике. В настоящее время можно приобрести множество «мигалок» и «гуделок» в уже готовом промышленном исполнении — мигающие светодиоды и излучатели звука со встроенным генератором.

К сожалению, их рабочие параметры обычно жестко заданы производителем, поэтому, например, нельзя произвольно изменить частоту вспышек мигающего светодиода. Пока в продаже отсутствуют «программируемые» мигающие светодиоды и излучатели звука, для реализации их функций можно собирать несложные модули, которые позволяют гибко изменять параметры их работы.

Генераторы звуковых и световых импульсов можно собирать не только на транзисторах и интегральных цифровых микросхемах, например, серий К561, К555, но и на интегральных операционных усилителях и компараторах. Такие генераторы обычно чуть более сложны, но позволяют создавать более «гибкие» конструкции с расширенным диапазоном питающих напряжений. Несложный генератор пачек звуковых или световых импульсов может быть собран с применением сдвоенного интегрального компаратора LM393 (аналоги LM193, LM293).

Внутренний состав одного канала такого компаратора показан на рис.1.

Принципиальная схема управляемого генератора пачек звуковых или световых импульсов показана на рис.2.

Этот генератор представляет собой унифицированный узел, который можно легко перестроить под выполнение
конкретных задач. Например, он может управлять елочной гирляндой, быть сигнализатором включения указателей поворотов, оповещать о возникшей опасной ситуации, сигнализировать о включенном состоянии мощных электронагревательных приборов и множество других применений.

Частота работы генератора на DA1.2 выше частоты генератора на DA1.1.

Функционально генератор состоит из трех узлов:

1. управляющий генератор на DA1.1,
2. управляемый генератор на DA1.2 ,
3. узла блокировки работы генераторов, выполненного на транзисторе VT1.

Форма колебаний на выходе каждого генератора прямоугольная, по скважности близкая
к 2, слабо зависит от напряжения питания.

Частота генератора на DA1.1, в основном, зависит от емкости конденсатора С2 и сопротивления резистора R6, при указанных на схеме номиналах этих элементов частота составляет около 0,8 Гц. Частота второго генератора, в основном, зависит от емкости конденсаторов С6 или С5 и сопротивления резистора R12. При подключенном конденсаторе С5 частота на выходе генератора DA1.2 составляет около 3 Гц, светодиод HL1 выдает пачки импульсов — четыре-шесть вспышек — пауза. При отключенном С5 частота этого генератора около 900… 1000 Гц и излучатель звука BF1 выдает длинные «телефонные» гудки,

Выход каждого компаратора выполнен по схеме открытого коллектора. Резисторы R7, R13 -нагрузки компараторов.

Когда выходной транзистор компаратора DA1.1 открыт, напряжение на выходе DA1.1, вывод 1, близко к нулю. Это приводит к значительному снижению напряжения на инвертирующем входе компаратора DA1.2, работа генератора DA1.2 прерывается. Выходной транзистор этого компаратора будет закрыт, светодиод HL1 не светит. Когда выходной транзистор компаратора DA1.1 закрыт, напряжение на выв. 1 равно напряжению питания, управляющий генератор не оказывает влияния на работу управляемого генератора.

Чтобы была возможность управлять работой генератора, включать и выключать его, установлен узел на транзисторе VT1. Когда управляющий вход никуда не подключен или напряжение на нем менее 1 В, транзистор VT1 закрыт и не оказывает влияния на работу генератора DA1.1. Если на вход управления поступит напряжение высокого уровня, например, с выхода ТТЛШ или КМОП микросхемы, транзистор VT1 откроется, что приведет к остановке работы обоих генераторов. Потребляемый в таком состоянии устройством ток около 1,2 мА при напряжении питания 5 В.

• Диод VD2 — противоэкстратоковый, устанавливают в случае подключения к выходу компаратора индуктивной нагрузки.
• Диод VD3 защищает устройство от переполюсовки напряжения, которая может произойти, например, при макетировании или отладке.
• Конденсаторы СЗ, С4 -блокировочные по цепи питания.
• Конденсатор С1 препятствует проникновению на вход управления высокочастотных помех.
• Резистором R14 можно установить желаемую яркость вспышек светодиода при заданном напряжении питания.
• Резистор R15 снижает избыточную громкость работы излучателя звука и уменьшает ток нагрузки компаратора DA1.2.
• Выходной транзистор каждого компаратора ИМС DA1 рассчитан на ток нагрузки до 20 мА. Его реальное значение для микросхемы LM393 несколько меньше. Поэтому, когда вам нужен больший выходной ток, генератор можно дополнить силовым ключом на транзисторе VT2, например, так, как показано на рис.3.

Для увеличения тока коммутации транзистор VT2 может быть составным.

Сопротивление резистора R16 указано для напряжения питания узла до 10 В. В этом случае, при напряжении питания 10 В ток коллектора выходного транзистора DA1.2 составляет около 9 мА (при отключенных HL1, BF1). Это позволяет, при коэффициенте передачи тока базы VT2 более 100 при максимальном токе коллектора 1 А, получить ток в нагрузке не менее 0,9 А, а также подключить в цепь коллектора VT2, например, динамическую головку, лампу накаливания, импульсный трансформатор.

Конструкция и детали

Устройство смонтировано на плате размерами 44×20 мм.

Монтаж низкопрофильный — общая высота монтажа составила менее 6 мм. Миниатюрность устройства позволяет его легко встроить в ограниченное пространство различной промышленной и самодельной аппаратуры. Занимаемый устройством объем можно было бы сократить еще в 2 -3 раза, но это бы значительно затруднило ручной монтаж.

Все элементы, не показанные на фото, SMD, распаянные со стороны соединений.

Конденсатор С2 — малогабаритный танталовый.

Диоды 1N914 можно заменить 1N4148 или любыми из серий КД512, КД521, КД522. Вместо диода КД208А подойдет любой из серий КД105, КД209, КД243, 1 N4001 -1 N4007.

Светодиод RL50-UR543 красного цвета свечения можно заменить любым аналогичным с непрерывным свечением. При установке сверхъяркого светодиода белого, синего или фиолетового цветов свечения нижняя граница питающего напряжения, при котором будет светить такой светодиод, составит4 В.

Транзистор 2SC2410 можно заменить любым из серий 2SC3199, SS9014, КТ3102, КТ645. Вместо компаратора LM393 можно применить любой из серий LM193, LM293, LM393, LM2903, NCV2903. Отечественный аналог К1401 САЗ. Все эти компараторы являются высокоточными, допускают однополярное напряжение питания в диапазоне 2…36 В. Компараторы, выполненные в корпусе DIP8, имеют наибольшую рассеиваемую мощность — 1,2 Вт, а компараторы серии LM393 имеют наименьший диапазон рабочих температур — 0.. .70°С.

Это, конечно, не означает, что LM393 при -15°С работать не будет, но ее параметры при такой температуре не нормируются, что для предлагаемой конструкции несущественно.

Излучатель звука BF1 — любой телефонный капсюль с сопротивлением не менее 240 Ом для напряжения питания генератора не более 8 В. Конструкцию можно изготовить так, что при подключении BF1 один из выводов конденсатора С5 отсоединялся бы от общего провода. Это позволит автоматизировать переключение рабочей частоты генератора DA1.2.

Сопротивление резистора R1 нужно пропорционально увеличить при входном управляющем напряжении более 3 В.

Применяя различные схемотехнические решения для изменения характера взаимодействия управляющего и управляемого генераторов, можно легко получать различные сочетания звуковых эффектов, что обычно недоступно для аналогичных генераторов, построенных на цифровых микросхемах малой степени интеграции, например, К561ЛЕ5, КР1533ЛАЗ. С другими авторскими схемными реализациями нестандартных генераторов можно ознакомиться в [1 -4]. Аналогичные конструкции генераторов можно создавать на основе сдвоенных компараторов других серий, например, LM119, КР597САЗ, MAL319, ICB8001, имеющих иные параметры и схемы включения, или, например, на микросхеме МС3405, представляющей собой два компаратора и два операционных усилителя в одном корпусе DIP14.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР КОЛЕБАНИЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Генератор, схема которого показана на схеме ниже, вырабатывает переменное напряжение симметричной прямоугольной, треугольной и синусоидальной форм и предназначен для проверки всевозможной низкочастотной аппаратуры [77]. Период генерируемых колебаний регулируется ступенями и плавно от 10 с до 100 мкс (0,1—10 000 Гц), выходное напряжение — от 1 до 10 В.

Устройство состоит из генератора напряжения треугольной формы (А1—A3), преобразователя этого напряжения в синусоидальное (VT1, VT2), каскада, компенсирующего вносимое преобразователем ослабление сигнала (А4), и оконечного усилителя (А5). В свою очередь, генератор напряжения треугольной формы состоит из компаратора (А1), интегратора (А2) и усилительного каскада (A3). Напряжение такой формы получается в результате заряда — разряда конденсаторов С3—С6 неизменным током, определяемым напряжением в точке а и сопротивлением резистора R4 или R5 (в зависимости от положения переключателя S1).

При напряжении на выходе компаратора А1, близком к —10 В, напряжение в точке а складывается из прямого падения напряжения на стабилитроне VD1 и напряжения стабилизации стабилитрона VD2; при напряжении, близком к +12 В, — из прямого напряжения на стабилитроне VD2 и напряжения стабилизации стабилитрона VD1. При тщательно подобранных стабилитронах напряжения в точке а в обоих случаях одинаковы (отличаются только знаком), и ток через конденсаторы СЗ—С6 (как зарядный, так и разрядный) определяется выражением I=|Ua|/R, где R — сопротивление резистора R4 или R5. Изменение полярности напряжения на выходе компаратора происходит в момент, когда усиленное усилителем A3 линейно нарастающее или спадающее напряжение на инвертирующем входе становится равным напряжению на его неинвертирующем входе, т. е. в точке а.