Generator przebiegu prostokątnego można zbudować na wiele sposobów. Między innymi jako multiwibrator, z wykorzystaniem bramki Schmitta lub na gotowym układzie scalonym. Mój projekt oparty został na układzie NE555, ponieważ daje on dużą swobodę regulacji wypełnienia i częstotliwości fali prostokątnej oraz ze względu na jego szeroki zakres zasilania od 4,5V do 16V. Sam układ jest również bardzo mały (obudowa DIP-8), dzięki czemu urządzenie ma bardzo poręczne wymiary.

Fot 1. Zdjęcie generatora (przód)

Rys 1. Budowa wewnętrzna układu NE555

Schemat

Poniższy schemat to rozbudowany układ proponowany w nocie katalogowej. Zamiast rezystorów użyłem potencjometrów, oraz dodałem zworkami wybór kondensatora mnożącego. Dzięki temu można w łatwy sposób regulować wypełnienie i przerwę między impulsami, o czym napiszę dalej. Mnożnik umożliwia wybór kondensatora 0.1uF, 1uF lub 10uF dla podanych niżej wzorów.

Rys 2. Schemat ideowy układu

Tryby pracy

Tryb normalny

W tym trybie po prostu zamiast rezystorów stosuje się potencjometry. Gdy zworka MODE jest wpięta potencjometr OFF (R2) reguluje przerwę między impulsami, oraz niestety również czas trwania impulsu. Określają to następujące wzory:

Przy czym R1, R2 - w kΩ (min. 1k), C - w uF

Tryb niezależnej regulacji

W tym trybie potencjometr OFF (R2) nie reguluje czasu trwania impulsu. Oba potencjometry działają niezależnie, lecz ma to też swoje minusy – impuls można regulowad od minimum 6,93ms do 13,86ms dla mnożnika x1. Przerwę natomiast od 0ms do 6,93ms.

Dalej przedstawiony będzie tylko pierwszy tryb.

Symulacja

Przed zbudowaniem układu wykonałem symulację w programie PSpice. Schemat w tym programie wygląda następująco:

Rys 3. Schemat w programie PSpice

Budowa układu

Płytka PCB zaprojektowana została w programie Eagle.

Rys 4. Wygląd płytki

Rzeczywiste urządzenie

Płytka została wytrawiona metodą termo-transferu, w roztworze nadsiarczanu sodu (B327). Otwory wiercone wiertłami miniaturowymi. Części elektroniczne zakupiłem na Warszawskiej Giełdzie Elektronicznej (WGE).

Fot 2. Zdjęcie generatora (bok)

Fot 3. Zdjęcie generatora (tył)

Fot 4. Zdjęcie generatora (góra)

Fot 6. Kostka NE555

Koszt wykonania ok. 15zł:
Potencjometry 6zł, układ NE555 1zł, kondensatory i pozostałe części – max. 3zł, laminat i B327 ok. 5zł

Zarejestrowane przebiegi

Przebiegi zarejestrowane na oscyloskopie firmy Tektronix przy użyciu sond:

• Kanał CH1 z dzielnikiem x10 – mierzy napięcie wyjściowe (przebieg prostokątny)
• Kanał CH2 z dzielnikiem x1 – mierzy napięcie wejściowe (zasilania)

Fot 7. R1=1k, R2?20k, mnożnik x1
( Generator symetryczny )

Fot 8. R1=100k, R2=100k, mnożnik x1
( Maksymalna częstotliwość )

Fot 9. R1?29k, R2?29k, mnożnik x1
( Przebieg: 4ms impuls, 2ms przerwa )

Fot 10. R1=100k, R2=100k, mnożnik x10
( Zwiększony zakres )

Możliwe ulepszenia

Ulepszona regulacja

Układ Ne555 wymaga regulacji rezystancją o wartościach od 1k. Stosując potencjometr umożliwiłem ustawienie zbyt małej wartości rezystancji, przy której układ przestaje generować impulsy. Z tego powodu wskazane byłoby dodanie rezystorów 1k przed potencjometrami.

Generator przebiegu piłokształtnego oraz sinusoidalnego

Przebieg prostokątny można w łatwy sposób zmienić w przebieg piłokształtny lub sinusoidalny. Wystarczy dodać kilka rezystorów, kondensatorów i 1 tranzystor.

Sprawozdanie

Poniżej pełne sprawozdanie przygotowane na Fizyczne Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Znajdują się w nim również wykresy z symulacji.