Техника измерений

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 базе микросхемы К561ЛА7 можно собрать генератор, который может быть применен на практике для генерации импульсов для каких либо систем или импульсы после усиления через транзисторы или тиристоры могут управлять световыми приборами (светодиодами, лампами). В итоге на данной микросхеме возможно собрать гирлянду или бегущие огни. Далее в статье вы найдете принципиальную схему подключения микросхемы К561ЛА7, печатную плату с расположением радиоэлементов на ней и описание работы сборки.

Принцип работы гирлянды на микросхеме КА561 ЛА7

Микросхема начинает генерировать импульсы в первом из 4 элементов 2И-НЕ. Длительность импульса свечения светодиода зависит от номинала конденсатора С1 для первого элемента и соответственно С2 и С3 для второго и третьего. Транзисторы фактически являются управляемыми "ключами", при подаче управляющего напряжения от элементов микросхемы на базу, открываясь они пропускают электрический ток от источника питания и питают цепочки светодиодов.
Питание осуществляется от источника питания 9 В, с номинальным током не менее 100 мА. При правильном монтаже электросхема не нуждается в настройке и сразу работоспособна.

Обозначение радиоэлементов в гирлянде и их номиналы согласно выше приведенной схемы

R1, R2, R3 3 мОм - 3 шт.;
R4, R5, R6 75-82 Ом - 3 шт.;
С1,С2,С3 0,1 мкф - 3 шт.;
НL1-HL9 светодиод АЛ307 - 9 шт.;
D1 микросхема К561ЛА7 - 1 шт.;

На плате показаны дорожки для травления, габариты текстолита и расположение радиоэлементов при пайке. Для травления платы возможно применение платы с односторонним покрытием медью. В данной случае на плате устанавливается все 9 светодиодов, если светодиоды будут собраны в цепочку - гирлянду, а не смонтированы на плате, то ее габариты возможно сократить.

Технические характеристики микросхемы К561ЛА7:

Напряжение питания 3-15 В;
- 4 логических элемента 2И-НЕ.

Устройство для создания эффекта огней бегущих из центра к краям солнышка. Кол-во светодиодов - 18 шт. Uпит.= 3...12В.

Для подстройки частоты мерцания изменить номиналы резисторов R1, R2, R3 или конденсаторов C1, C2, C3. К примеру, увеличение R1, R2, R3 вдвое (20к) частота уменьшится вдвое. При замене конденсаторов C1, C2, C3 увеличить емкость (22мкФ). Возможна замена К561ЛА7 на К561ЛЕ5 либо на полный зарубежный аналог CD4011. Номиналы резисторов R7, R8, R9 зависят от напряжения питания и от применяемых светодиодов. При сопротивлении 51 Ом и напряжении питания 9В ток через светодиоды будеть чуть меньше 20мА. Если вам нужна экономичность устройства и вы используете светодиоды яркого свечения при малом токе, то сопротивление резисторов можно сушественно увеличить (до 200 Ом и даже больше).

Еще лучше, при питании 9В использовать последовательное соединение светодиодов:

Ниже приведены рисунки печатных плат двух вариантов: солнышко и мельница:

C этой схемой также часто просматривают:

Схема простого и доступного металлоискателя на микросхеме К561ЛА7, она же CD4011BE. Данный металлоискатель сможет собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель, но не смотря на простору схемы, он обладает достаточно не плохими характеристиками. Питается металлоискатель от обычной кроны, заряда которой хватит на долгое время, так как потребление мощность не большое.

Металлоискатель собран всего на одной микросхеме К561ЛА7 (CD4011BE), которая достаточно распространенная и доступная. Для настройки нужен осцилограф или частотаметр, но если собрать схему правильно, то эти приборы и не понадобятся вовсе.

Схема металлоискателя

Чувствительность металлоискателя

Что касается чувствительность, но она достаточно не плохая для такого простого прибора, скажем металлическую банку от консервы видит на расстоянии до 20 см. Монету номиналом 5 рублей, до 8 см. При обнаружении металлического предмета, в наушниках будет слышет тон, чем ближе катушка к объекту, тем тон сильнее. Если предмет имеет большую площадь, скажем как канализационный люк или кастрюля, то глубина обнаружения увеличивается.

Компоненты металлоискателя

• Транзисторы можно использовать любые низкочастотные маломощные, такие на КТ315, КТ312, КТ3102 или их зарубежные аналоги ВС546, ВС945, 2SC639, 2SC1815
• Микросхема соответственно К561ЛА7, заменить её можно на аналог CD4011BE или К561ЛЕ5
• Диоды маломощные такие как кд522Б, кд105, кд106 или аналоги: in4148, in4001 и подобные.
• Конденсаторы 1000 пФ, 22 нФ и 300 пФ должны быть керамическими, а лучше, подайдут слюдяные, если такие имеются.
• Переменный резистор 20 кОм, нужно взять с выключателем или выключатель отдельно.
• Медный провод для катушки, подойдет ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,5-0,7мм
• Наушники обычные, низкоомные.
• Батарея питания на 9 вольт, крона вполне годится.

Немного информации:

Плату металлоискателя можно поместить в пластиковый корпус от автоматов, как его сделать можете прочитать в этой статье: . В данном случае, была использована соединительная коробка))

Если не путать номиналы деталей, если спаять схему правильно и но инструкции намотать катушку, то металлоискатель заработает сразу без особых настроек.

Если при первом включении металлоискателя, в наушниках не слышно писка и изменения частоты при регулировке регулятора «ЧАСТОТА» - значит нужно подбирать резистор 10 кОм, стоящий последовательно с регулятором и/или конденсатор в этом генераторе (300 пф). Тем самым мы делаем одинаковыми частоты образцового и поискового генераторов.

При возбуждении генератора, появления свиста, шипения или искажений, припаять конденсатор 1000 пф (1nf) с шестого вывода микросхемы на корпус, как показано на схеме.

Осциллографом или частотомером посмотреть частоты сигналов на выводах 5 и 6 микросхемы К561ЛА7. Добиться их равенства вышеописанным методом настройки. Рабочая частота генераторов может колебаться от 80 до 200 кГц.

Защитный диод (любой маломощный) нужен для защиты микросхема, если к примеру вы не правильно подключите батарею, а такое бывает не редко.))

Катушка металлоисктеля

Катушка наматывается проводом ПЭЛ или ПЭВ 0,5-0,7 мм на оправе, диаметр которой может быть от 15 до 25 см и содержит 100 витков. Чем меньше диаметр катушки, тем меньше чувствительность, но больше избирательность мелких предметов. Если вы собираетесь использовать металлоискатель для поиска чёрного металла, то лучше изготовить катушку большего диаметра.

Катушка может содержать от 80 до 120 витков, после намотки необходимо плотно обмотать её изолентой как показано на схеме ниже.

Теперь необходимо по верх изоленты, намотать тонкую фольгу, подойдёт пищевая или от шоколада. Обматывать нужно не до конца, а оставить пару сантиметров, как показано ниже. Обратите внимание, фольга наматывается аккуратно, лучше нарезать ровные полоски шириной 2 сантиметра и обматывать катушку как изолентой.

Теперь снова плотно обматываем катушку изолентой.

Катушка готова, теперь можно закрепить её на каркас из диэлектрика, изготовить штангу и собрать всё до кучи. Штангу можно спаять из полипропиленовых труб и фитингов, диаметром 20 мм.

Для соединения катушки со схемой, подойдёт двойной экранированный провод (экран на корпус), например тот, который соединяет телевизор с DVD плеером (аудио-видео).

Как должен работать металлоискатель

При включении, регулятором «частота», в наушниках устанавливаем низкочастотный гул, при приближении к металлу изменяется частота.

Второй вариант, чтоб гул в ушах «не стоял», установить нулевые биения, т.е. совместить две частоты. В наушниках тогда будет тишина, но как только катушку подносим к металлу - частота поискового генератора изменяется и в наушниках появляется писк. Чем ближе к металлу - тем выше частота в наушниках. Но чувствительность при этом способе не велика. Прибор среагирует только при сильной расстройке генераторов, например при поднесении к крышке от банки.

Расположение DIP деталей на плате.

Расположение SMD деталей на плате.

Плата металлоискателя в сборе

Рассмотрим схемы четырех электронных приборов построенных на микросхеме К561ЛА7 (К176ЛА7). Принципиальная схема первого прибора показана на рисунке 1. Это мигающий фонарь. Микросхема вырабатывает импульсы, которые поступают на базу транзистора VT1 и в те моменты, когда на его базу поступает напряжение единичного логического уровня (через резистор R2) он открывается и включает лампу накаливания, а в те моменты, когда напряжение на выводе 11 микросхемы равно нулевому уровню лампа гаснет.

График, иллюстрирующий напряжение на выводе 11 микросхемы показан на рисунке 1А.

Рис.1А
Микросхема содержит четыре логических элемента "2И-НЕ", входы которые соединены вместе. В результате получается четыре инвертора ("НЕ". На первых двух D1.1 и D1.2 собран мультивибратор, вырабатывающий импульсы (на выводе 4), форма которых показана на рисунке 1А. Частота этих импульсов зависит от параметров цепи, состоящей из конденсатора С1 и резистора R1. Приблизительно (без учета параметров микросхемы) эту частоту можно рассчитать по формуле F = 1/(CxR).

Работу такого мультивибратора можно пояснить так: когда на выходе D1.1 единица, на выходе D1.2 - нуль, это приводит к тому, что конденсатор С1 начинает заряжаться через R1, а вход элемента D1.1 следит за напряжением на С1. И как только это напряжение достигнет уровня логической единицы, схема как-бы переворачивается, теперь на выходе D1.1 будет ноль, а на выходе D1.2 единица.

Теперь уже конденсатор станет разряжаться через резистор, а вход D1.1 будет следить за этим процессом, и как только напряжение на нем станет равно логическому нуля схема опять перевернется. В результате уровень на выходе D1.2 будут импульсы, а на выходе D1.1 тоже будут импульсы, но противофазные импульсам на выходе D1.2 (рисунок 1А).

На элементах D1.3 и D1.4 выполнен усилитель мощности, без которого, в принципе, можно обойтись.

В данной схеме можно использовать детали самых разных номиналов, пределы, в которые должны укладывать параметры деталей отмечены на схеме. Например, R1 может иметь сопротивление от 470 кОм до 910 кОм, конденсатор С1 иметь емкость от 0,22 мкФ до 1,5 мкФ, резистор R2 - от 2 кОм до 3 кОм, таким же образом подписаны номиналы деталей и на других схемах.

Рис.1Б
Лампа накаливания - от карманного фонаря, а батарея питания - либо плоская на 4,5В, либо "Крона" на 9В, но лучше если взять две "плоские", включенные последовательно. Цоколевка (расположение выводов) транзистора КТ815 показана на рисунке 1Б.

Второе устройство - реле времени, таймер со звуковой сигнализацией окончания установленного временного промежутка (рисунок 2). В основе лежит мультивибратор, частота которого сильно увеличена, по сравнению с пред-идущей конструкцией, за счет уменьшения емкости конденсатора. Мультивибратор выполнен на элементах D1.2 и D1.3. Резистор R2 взять такой же как R1 в схеме на рисунке 1, а конденсатор (в данном случае С2) имеет значительно меньшую емкость, в пределах 1500-3300 пФ.

В результате импульсы на выходе такого мультивибратора (вывод 4) имеют звуковую частоту. Эти импульсы поступают на усилитель, собранный на элементе D1.4 и на пьезокрамический звукоизлучатель, который при работе мультивибратора издает звук высокого или среднего тона. Звукоизлучатель - пьезокерамический зуммер, например от звонка телефона-трубки. Если он имеет три вывода нужно подпаять любые два из них, а потом опытным путем выбрать из трех два таких, при подключении которых громкость звука максимальная.

Рис.2

Мультивибратор работает только тогда, когда на выводе 2 D1.2 будет единица, если ноль - мультивибратор не генерирует. Происходит это потому, что элемент D1.2 это элемент "2И-НЕ", который, как известно, отличается тем, что если на его один вход подать нуль, то на его выходе будет единица независимо от того, что происходит на его втором входе.