Одновибраторы. Вопросы для самопроверки

20 21 22 23 24 25 26

Вопросы для самопроверки

1. Охарактеризуйте варианты построения задающих генераторов с использованием разной элементной базы.

2. Охарактеризуйте условия работы задающих генераторов, построенных на ЛЭ.

3. Приведите схемы генераторов на ЛЭ с мягким возбуждением.

4. Приведите схемы генераторов на ЛЭ с жестким возбуждением.

5. Приведите схему кварцевого генератора.

6. Охарактеризуйте отечественные микросхемы задающих генераторов прямоугольной формы.

Литература для дополнительного изучения [2, с.3-5]; [3, с.4,5]; [4, с.3-5].

Лекция 9. Формирования одиночных импульсов

Цель лекции: Проанализировать принципы функционирования одновибраторов и усвоить средства построения одновибраторов, их расчетные соотношения и особенности применения.

Вопросы, которые рассматриваются на лекции:

1. Одновибраторы.

2. Формирование цифровых сигналов от механических контактов

2. Анализ функционирования одновибраторов.

3. Основные расчетные соотношения

4. Построение одновибратора на логических элементах и на RS-триггерах.

Формирование прямоугольных импульсов заданной продолжительности по фронту или спада входного сигнала осуществляется одновибраторами. Схемы таких формироватей, выполненные на ЛЭ, представлены на рисунке 9.1. Импульсы одновибраторов, собранных по схемам 9.1 а) и г), создаются за счет собственной задержки переключения ЛЭ. В схеме рисунка 9.1 а) выходной импульс появляется в момент появления положительного перепада сигнала на входе запуска и заканчивается, когда через время n _tз (n – нечетное число последовательное включенных инверторов, t _з – время задержки переключения одного ЛЭ) на втором входе элемента DD1.4 появляется уровень логического нуля.

Выходной импульс формируется на уровне логического нуля (отрицательный импульс) и имеет продолжительность n _tз. Показанная на рисунке 9.1, г) схема с триггером улучшает форму выходного импульса. По перепаду сигнала на синхровходе с 1 в 0 JK-триггер устанавливается в единицу. С выхода логический нуль через элементы DD1…DDn поступает на инверсный вход асинхронной установки триггера в 0 и возвращает триггер в исходное состояние. Если для создания задержки используется нечетное число ЛЭ, то вход DD1 следует подключить не к выходу , а к выходу .

Рисунок 9.1 – Схемы формирователей на ЛЭ ТТЛ

Для формирования импульсов, продолжительность которых существенным образом превышает время t _з, используют времязадающие RC-цепи и предельные свойства ЛЭ. Схемы таких формирователей на ЛЭ ТТЛ представлены на рисунке 9.1, б), в). Одновибратор, собранный по схеме 9.1, б), запускается перепадом сигнала на входе с 1 в 0. Пока ток заряда конденсатора С создает на резисторе R падение напряжения, которое превышает предельное напряжение единицы ЛЭ, на выходе формируется отрицательный импульс. В момент достижения U_пор, при продолжительности выходного импульса t_і, что превышает продолжительность запуска, ЛЭ DD1.1 и DD1.2 выходит в активную область передаточной характеристики и схема за счет положительной обратной связи переключается в исходное состояние. Аналогичным образом работает одновибратор, выполненный по схеме 9.1, в), но здесь перезаряд конденсатора происходит от нулевого напряжения к напряжению на входе DD1.2, равного предельному напряжению нуля U_пор. Продолжительности выходных импульсов этих одновибраторов находятся как .

При построении формирователей продолжительности импульсов с использованием времязадающих RC-цепей на ЛЭ КМОПТЛ по рассмотренным схемам, между общей точкой R и C и входом ЛЭ следует включить резистор сопротивлением 1...10...10…10 kW для ограничения тока через защитные диоды ЛЭ при восстановлении заряда конденсатора по окончании импульса.

Широкими функциональными возможностями генерации одиночных прямоугольных импульсов заданной продолжительности владеют специальные ИС одновибраторов.

Рисунок 9.2 – Схема одноканального одновибратора

Микросхема К155АГ1, условная пометка которой при запуске спадом импульса показанные на рисунке 9.2 представляет собой одноканальный одновибратор. Продолжительность генерируемого импульса задается RC-цепочкой. Может использоваться или внутренний резистор R_вн = 2 kW, или навесной резистор R, сопротивление которого выбирается в границах R . Емкость навесного конденсатора С до 10 mF, а если к стабильности выходных импульсов нет высоких требований, может достигать 1000 mF. При C 10 p продолжительность выходных импульсов описывается формулой . Если навесные элементы отсутствуют, формируются импульсы t_u – 30...35...35…35 ns Для восстановления одновибратора к началу следующего импульса период входных сигналов должное отвечать условию t_u 0,9 Т_вх при R = 40 kW и t_u 0,67 Т_вх при R = 2 kW. Запуск одновибратора вырабатывается перепадами с 1 в 0 по входам А1 и А2 ли с 0 в 1 по входу В. Режимы работы ІС K155АГ1 приведенные в таблицы 9.1. Для уверенного запуска крутизна фронтов на входах А должна быть не менее 1 V/мкс, по входу В не менее 1 V/с.

Таблица 9.1

Вход

Выход

Режим

А1

А2

Устойчивое состояние

Запуск

Микросхема К155АГ3, условное изображение которой приведено на рисунке 9.3 а), представляет собой одноканальный одновибратор с возможностью повторного перезапуска во время формирования выходного импульса.

Рисунок 9.3

Режимы работы одновибратора из состава этой ИС в зависимости от состояния входов даны в таблице 9.2

Таблица 9.2

Вход	Выход	Режим
A	B	SR
х х	х х	х х	Устойчивое состояние
			Запуск с перезапуском
Соединен с			Запуск без перезапуска
	Соединен с
х	х		Прерывание

Продолжительность выходного импульса задается установкой внешних резистора R и конденсатора С. Максимальная емкость С не лимитирована, сопротивление берется в границах . Если одновибратор работает в режиме с перезапуском, то t_u отсчитывается от последнего импульса запуска. Для реализации режима работы без перезапуска необходимо соединить вход А с выходом Q, или вход В с выходом Q, тогда выходные сигналы, которые пришли на входы В или А во время формирования импульса, не окажут влияния на его продолжительность. Во всех случаях формирования импульс может быть прерван подачей «0» на вход SR.

Функциональные возможности двухканального одновибратора КМОПТЛ серии К564АГ1 близки к возможностям ИС К155АГ3. Условное обозначение ИС К564АГ1 приведено на рисунке 9.3 а), режимы работы даны в таблице 9.3. Продолжительность сформированного импульса задается внешними R и С (, С – неограничено) и вычисляется из выражение для С 0,01 mF. Возможность установки больших сопротивлений разрешает с емкостями порядка единиц микрофарад задавать t_u порядка десятков секунд.

Таблица 9.3

Вход	Выход	Режим
А	B	SR
х х	х х	х х	Устойчивое состояние
			Запуск с перезапуском
Соединен с			Запуск без перезапуска
	Соединен с
х	х		Прерывания

При необходимости получить импульсы со стабильной продолжительностью от нескольких микросекунд до сотен секунд с выходными токами до 200 мА и уровнями логических переменных, согласованными с уровнями ТТЛ и КМОПТЛ элементов, применяют одновибраторы на таймере типа 1006 ВИ1 с внешними времязадающими элементами. На рисунке 9.4 рассмотрено применение таймера как сигнализатора освещенности объекта. При малой освещенности сопротивление фоторезистора R ₃ велико и сигнализатор работает в режиме мультивибратора, вырабатывая прямоугольные импульсы продолжительностью с паузой между ними . При большой освещенности на выходе сигнализатора устанавливается напряжение логического нуля при выходном сопротивлении близким 10 W. Сопротивление (R ₁ + R ₂) выбирают в пределах 1 kW…10 МW с учетом того, что ток через транзистор VТ 1 не превышает 100 мА. Емкость конденсатора должна на несколько порядков превосходить выходную емкость, и не рекомендуется устанавливать ее меньше 100 p при формировании точных временных интервалов.

Рисунок 9.4

Сопротивление R ₂ рассчитывают, исходя из обеспечения на выводе 4 таймера напряжения меньше 0,4 V при сильно освещенном фотосопротивлении R ₃. Чтобы мультивибратор генерировал колебание при большой освещенности фоторезистора, следует поменять местами резисторы R ₂ и R ₃.