Содержание

ШИМ — регуляторы оборотов двигателей на таймере 555
СХЕМА ПРОСТОГО ТАЙМЕРА
Схема таймера
Плавный пуск и регулировка оборотов электродвигателя с помощью таймера NE555
Переходим к изготовлению.

ШИМ — регуляторы оборотов двигателей на таймере 555

Широкое применение таймер 555 находит в устройствах регулирования, например, в ШИМ — регуляторах оборотов двигателей постоянного тока.

Все, кто когда – либо пользовался аккумуляторным шуруповертом, наверняка слышали писк, исходящий изнутри. Это свистят обмотки двигателя под воздействием импульсного напряжения, порождаемого системой ШИМ.

Другим способом регулировать обороты двигателя, подключенного к аккумулятору, просто неприлично, хотя вполне возможно. Например, просто последовательно с двигателем подключить мощный реостат, или использовать регулируемый линейный стабилизатор напряжения с большим радиатором.

Вариант ШИМ — регулятора на основе таймера 555 показан на рисунке 1.

Схема достаточно проста и базируется все на мультивибраторе, правда переделанном в генератор импульсов с регулируемой скважностью, которая зависит от соотношения скорости заряда и разряда конденсатора C1.

Заряд конденсатора происходит по цепи: +12V, R1, D1, левая часть резистора P1, C1, GND. А разряжается конденсатор по цепи: верхняя обкладка C1, правая часть резистора P1, диод D2, вывод 7 таймера, нижняя обкладка C1. Вращением движка резистора P1 можно изменять соотношение сопротивлений его левой и правой части, а следовательно время заряда и разряда конденсатора C1, и как следствие скважность импульсов.

Рисунок 1. Схема ШИМ — регулятора на таймере 555

Схема эта настолько популярна, что выпускается уже в виде набора, что и показано на последующих рисунках.

Рисунок 2. Принципиальная схема набора ШИМ — регулятора.

Здесь же показаны временные диаграммы, но, к сожалению, не показаны номиналы деталей. Их можно подсмотреть на рисунке 1, для чего он, собственно, здесь и показан. Вместо биполярного транзистора TR1 без переделки схемы можно применить мощный полевой, что позволит увеличить мощность нагрузки.

Кстати, на этой схеме появился еще один элемент – диод D4. Его назначение в том, чтобы предотвратить разряд времязадающего конденсатора C1 через источник питания и нагрузку — двигатель. Тем самым достигается стабилизация работы частоты ШИМ.

Кстати, с помощью подобных схем можно управлять не только оборотами двигателя постоянного тока, но и просто активной нагрузкой – лампой накаливания или каким-либо нагревательным элементом.

Рисунок 3. Печатная плата набора ШИМ — регулятора.

Если приложить немного труда, то вполне возможно такую воссоздать, используя одну из программ для рисования печатных плат. Хотя, учитывая немногочисленность деталей, один экземпляр будет проще собрать навесным монтажом.

Рисунок 4. Внешний вид набора ШИМ — регулятора.

Правда, уже собранный фирменный набор, смотрится достаточно симпатично.

Вот тут, возможно, кто-то задаст вопрос: «Нагрузка в этих регуляторах подключена между +12В и коллектором выходного транзистора. А как быть, например, в автомобиле, ведь там все уже подключено к массе, корпусу, автомобиля?»

Да, против массы не попрешь, тут можно только рекомендовать переместить транзисторный ключ в разрыв «плюсового» провода. Возможный вариант подобной схемы показан на рисунке 5.

На рисунке 6 показан отдельно выходной каскад на транзисторе MOSFET. Сток транзистора подключен к +12В аккумулятора, затвор просто «висит» в воздухе (что не рекомендуется), в цепь истока включена нагрузка, в нашем случае лампочка. Такой рисунок показан просто для объяснения, как работает MOSFET транзистор.

Для того, чтобы MOSFET транзистор открыть, достаточно относительно истока подать на затвор положительное напряжение. В этом случае лампочка зажжется в полный накал и будет светить до тех пор, пока транзистор не будет закрыт.

На этом рисунке проще всего закрыть транзистор, замкнув накоротко затвор с истоком. И такое вот замыкание вручную для проверки транзистора вполне пригодно, но в реальной схеме, тем более импульсной придется добавить еще несколько деталей, как показано на рисунке 5.

Как было сказано выше, для открывания MOSFET транзистора необходим дополнительный источник напряжения. В нашей схеме его роль выполняет конденсатор C1, который заряжается по цепи +12В, R2, VD1, C1, LA1, GND.

Чтобы открыть транзистор VT1, на его затвор необходимо подать положительное напряжение от заряженного конденсатора C2. Совершенно очевидно, что это произойдет только при открытом транзисторе VT2. А это возможно лишь в том случае, если закрыт транзистор оптрона OP1. Тогда положительное напряжение с плюсовой обкладки конденсатора C2 через резисторы R4 и R1 откроет транзистор VT2.

В этот момент входной сигнал ШИМ должен иметь низкий уровень и шунтировать светодиод оптрона (такое включение светодиодов часто называют инверсным), следовательно, светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт.

Чтобы закрыть выходной транзистор, надо соединить его затвор с истоком. В нашей схеме это произойдет, когда откроется транзистор VT3, а для этого требуется, чтобы был открыт выходной транзистор оптрона OP1.

Сигнал ШИМ в это время имеет высокий уровень, поэтому светодиод не шунтируется и излучает положенные ему инфракрасные лучи, транзистор оптрона OP1 открыт, что в результате приводит к отключению нагрузки – лампочки.

Как один из вариантов применения подобной схемы в автомобиле, это дневные ходовые огни. В этом случае автомобилисты претендуют на пользование лампами дальнего свете, включенными вполнакала. Чаще всего эти конструкции на микроконтроллере, в интернете их полно, но проще сделать на таймере NE555.

СХЕМА ПРОСТОГО ТАЙМЕРА

Схема таймера

Схема работает следующим образом: при нажатии на кнопку через резистор R3 идет заряд конденсатора С1. Когда конденсатор заряжается, открывается транзистор VT1. Он усиливает транзистор VT2, через который потечет ток нагрузки. Но конденсатор С1 разряжается через резисторы R1 и R2. Чем меньше значение резистора R1 тем быстрее будет разряжаться конденсатор. Резистор R2 стоит для того, чтобы после заряда конденсатора, конденсатор не разряжался моментально. Тем самым мы увеличиваем срок жизни конденсатора.

Схему решил собирать на одностороннем текстолите длинной 25мм и шириной 20 мм. Дорожки на плате рисовал перманентным маркером, а сверху закрасил краской. Травил в хлорном железе где-то сорок минут. Краску смывал растворителем, после залудил плату.

Теперь приступим к пайке. Первым делом паяем транзисторы, так как у них короткие ноги, и поэтому паять сложнее. Потом паяем конденсатор. Затем все резисторы, за ними светодиод, после провода и клеемник. Если все правильно спаять, то схема заработает сразу.

Транзисторы могут быть заменены на любые n-p-n структуры. Если подключать нагрузку, ток которой выше 50мА, то советую заменить транзистор кт315 на более мощный. Резистор R3 можно заменить на любой другой с сопротивлением 200-1000 Ом.

Резистор R2 можно заменить на любой другой с сопротивлением 50-1000 Ом. Резистор R1 может быть заменен на постоянный, если не требуется регулировка времени. Резистор R5 может быть заменен на другой с сопротивлением, 7.5-12.5 кОм. Резисторы R6 и R7 лучше оставить без изменения. Конденсатор может быть заменен и на другую емкость. Но его напряжение снижать нельзя.

Для наглядности работы таймера решил собрать простую пищалку. Плату травить не стал, собрал все на картонке. К этой схеме подключается динамик сопротивлением 50 Ом, который можно достать из телефонных трубок советских телефонов. К конденсатору можно в параллель поставить кнопку с таким же конденсатором, и при нажатии на кнопку звук из динамика будет звучать на несколько тонов ниже.

Хотел бы напомнить, что параллельно диоду можно включить электромагнитное реле с током обмотки не более 50 мА (если стоит кт315). А теперь небольшое видео о работе прибора:

С указанными по схеме номиналами время задержки не большое, но его легко можно увеличить установив ёмкость большего номинала. Схему собрал bkmz268.

Плавный пуск и регулировка оборотов электродвигателя с помощью таймера NE555

Притащил недавно зять, отец некоторых моих внуков, в гараж к себе довольно побитый детский электромобильчик (далее — машинка), что бы самые младшие ПДД осваивали. Мужик он рукастый, механику и электрику сам запустил, ко мне обратился вот почему — при трогании с места резкий рывок, у дитенка аж башка дергается. Он знал, что несколько лет назад я устанавливал устройства плавного пуска в машинки, которые в парках в выходные (и не только, возле каждого крупного магазина) сдавались в прокат, детям покататься, и припахал меня. Ну, наработки остались, почему бы и нет.

Машинка такого класса имеет:
— «газ», педаль, включатель без намека на регулирование;
— «коробка», переключатель быстро-медленно, включает оба двигателя либо параллельно (быстро), либо последовательно (медленно);
— «реверс», переключает полярность напряжения, подаваемого на двигатели. И все. Даже машинки, управляемые через блютуз, имеют такую же структурную схему. Есть варианты с использованием реле для ШИМ, но, как сказано в одном фильме: «Это несерьезно!» Итак, сильно упрощенная схема выглядит так. Рядом — включение нашего модуля.

Частотозадающая цепь состоит из С1 и R1, а соотношение лог. 1 и 0 – скважность – от положения ползунка R1, точнее, от соотношения сопротивлений верхней и нижней частей резистора. Эти части управляют скорость заряда или разряда конденсатора, зависит от диода. Когда они равны, длительность свечения и «несвечения» светодиода будут равны. В одном из крайних положений ползунка будет длительное свечение при коротком времени погасания, в другом – короткие вспышки.

Но изображенная схема хорошо работает при ручной регулировке, для нашей цели – плавного пуска – лучше использовать таймер NE555 (далее просто таймер), «заточенный» именно под такие режимы. Отечественный аналог КР1006ВИ1, другие аналоги: Philips — EGG955M, Maxim — ICM755, Motorola — MC1455/MC1555, National — LM1455/KM555C, NTE Silvania — NTE955M, Raytheon — RM555/RC555, RCA — CA555/CA555C, Sanyo — LC7555, Texas instruments — SN52555/SN72555. Полное описание приводить смысла нет, есть справочники, но суть в том, что у него есть вход «Контроль» (CTRL), 5 ножка микросхемы. Вот описание с «Радиокота»:
…5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и, таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ШИМ сигнал на выходе. Если же этот вывод не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей….

От себя добавлю, что если напряжение на 5 ноге равно или больше напряжения питания, генерация срывается, на выходе единица, ключ полностью открыт (что нам и надо).

Рассмотрим реальные схемы.
Самая первая серийная схема, разработанная и изготовленная на биполярных транзисторах. (Под словом «серийная» подразумевается, что их я изготовил более 10 штук).

Особенности этой схемы:
— куча мощных транзисторов (КТ819, потом КТ863) — плохо, занимают много места, нагрев;
— куча выравнивающих резисторов – очень плохо, занимают место, сильный нагрев;
— реле времени на тиристоре – большой конденсатор, занимает место;
— наушник, звуковой иммитатор разгона – хорошо, но занимает место.

Далее основная серийная схема. Эту рассмотрим подробнее.
Обеспечивает плавное трогание вперед, задний ход включается рывком. Для экономии заказчик с этим согласился. От звукового иммитатора отказались. Полевые транзисторы 55N06, выписанные из Китая, на 20% ушли в брак, но оставшиеся работали настолько хорошо (малые потери и нагрев), что от РВ не сразу, но отказались (детали K1, VD4, VT2, C5 и R5 не устанавливались). Интенсивность разгона определяется конденсатором С3 (от 1000,0 до 4700,0 мкФ) и резистором R1, номинал подобран экспериментально. Получить ограничение или возможность регулировки оборотов несложно, надо подключить параллельно С3 переменный или подстроечный резистор номиналом около 10…20 кОм, ползунок которого соединить с 5 ножкой таймера.

При движении назад плюс и минус меняются местами, питание 555 отсекается диодом VD2. Ток двигателя проходит через встроенный в полевик VT1 диод, у которого допустимый ток такой же, как и у основной структуры. Включенный последовательно с демпферным диодом VD3 резистор R8 мало влияет на его демпфирующие свойства, но защищает его от перегрузки при реверсе. Таймер здесь включен по нетиповой схеме, деталей меньше, функции те же. Питание на таймер подается через резистор R3 не только для улучшения фильтрации питания, а в основном для создания превышения напряжения на 5 ноге над напряжением питания таймера для «затыкания» его в нужном нам положении. Номинал его при использовании аналогов таймера может сильно отличаться из-за разного тока потребления. Резистор R6 и диоды VD2 и VD4 – для разрядки времязадающих конденсаторов С3 и С5 при отключении питания. Для устранения паузы в начале трогания между минусом С3 и минусом питания может устанавливаться не указанный на схеме подстроечный резистор порядка 1 кОм, настройка индивидуальная. Используется в описываемом изделии. Частота генерации определяется С2 и R2, при этих номиналах примерно 300…500 Гц, звуковой иммитатор дает приличную иммитацию разгона. Для более плавного разгона C3 можно увеличить до 4700,0 мкФ.

И схема с плавным пуском в обе стороны. Основные особенности:
— два транзисторных ключа 55N06;
— включение таймера через диодный мост, при любом подключении питание на него приходит в правильной полярности;
— т.к. падение напряжения на встроенном диоде неработающего полевика ощутимо, обязательно применение РВ, так же включенного через мост и имеющего две группы замыкающихся контактов;
— демпфер – конденсатор вместо диода.

Можно подавать напряжение в любой полярности – двигатель будет плавно разгоняться в нужную сторону.
По этой схеме и будем собирать наше изделие.

Немного о напряжении питания. Приходилось сталкиваться с 6, 12, 18 и 24 вольтовыми системами. 6В – маломощные устаревшие, приходилось ставить дефицитные 5-вольтовые реле. 12-вольтовые типовые, на 18 и 24 В надо ставить стабилитрон на таймер (как в самой первой схеме, либо микросхему типа 7812). На 24 вольтовых, самых быстрых, иногда, при большом накате, для ускоренной остановки нужен тормоз, это несложно.

При отключении питания реле закорачивает двигатель (динамическое торможение) через проволочный подстроечный резистор R1 номиналом несколько десятков Ом, которым подбирается интенсивность торможения.