на головну | список тем | перегляд презинтацій | самотестування | історія створення

 

 

 

Тема 21.Одновібратори і генератори

Одновібратори і генератори взагалі-то не можна віднести до комбінаційних мікросхем. Вони займають проміжне положення між комбінаційними мікросхемами і мікросхемами з внутрішньою пам'яттю. Їх вихідні сигнали не визначаються однозначно вхідними сигналами, як у комбінаційних мікросхем. Але в той же час вони і не зберігають інформацію тривалий час.
Одновібратори (очікуючі мультивібратори, англійської назви Monostable Multivibrator) є мікросхеми, які у відповідь на вхідний сигнал (логічний рівень або фронт) формують вихідний імпульс заданої тривалості. Тривалість цього імпульсу визначається зовнішніми часозадаючими резисторами і конденсаторами. Тобто можна вважати, що у одновібраторів є внутрішня пам'ять, але ця пам'ять зберігає інформацію про вхідний сигнал строго заданий час, а потім інформація зникає. На схемах одновібратори позначаються буквами G1.
В стандартні серії мікросхем входять одновібратори двох основних типів (вітчизняне позначення функції мікросхеми - АГ):
• Одновібратори без перезапуску (АГ1 - одиночний одновібратор, АГ4 - два одновібратори в одному корпусі);
• Одновібратори з перезапуском (АГЗ - два одновібратори в одному корпусі).
Різниця між цими двома типами одновібраторів ілюструється малюнком 21.1. Одновібратор без перезапуску не реагує на вхідний сигнал до закінчення свого вихідного імпульсу. Одновібратор з перезапуском починає відлік нового часу витримки Т з кожним новим вхідним сигналом незалежно від того, чи закінчився попередній час витримки. У разі коли період проходження вхідних сигналів менше часу витримки Т, вихідний імпульс одновібратора з перезапуском не уривається. Якщо період проходження вхідних запускаючих імпульсів більше часу витримки одновібратора Т, то обидва типи одновібраторів працюють однаково.

Малюнок 21.1. Принцип роботи одновібраторів без перезапуску і з перезапуском.

На малюнку 21.2 приведені позначення мікросхем одновібраторів стандартних серій. Мікросхеми АГЗ і АГ4 відрізняються один від одного тільки тим, що АГЗ працює з перезапуском, а АГ4 - без перезапуску.

Малюнок 21.2 . Мікросхеми одновібраторів.

Мікросхеми мають входи запуску, з'єднані по І і АБО, прямі і інверсні виходи, а також виводи для підключення зовнішніх часозадаючих ланцюгів (резисторів і конденсаторів). Запускаються всі одновібратори по фронту результуючого вхідного сигналу. Використана логіка об'єднання входів мікросхем дозволяє здійснити їх запуск як по позитивному, так і по негативному фронту вхідного сигналу.
Одновібратори АГЗ і АГ4 мають також додатковий вхід скидання -R, логічний нуль на якому не тільки забороняє вироблення вихідного сигналу, але і припиняє його дію. Вхід -R можна також використовувати для запуску одновібратора.
Стандартне включення одновібраторів припускає підключення зовнішнього резистора і зовнішнього конденсатора (малюнок 21.3).


Малюнок 21.3. Стандартні схеми включення одновібраторів.

Таблиця істинності одновибратора Таблиця 3.8.

Для одновібратора АГ1 тривалість вихідного імпульсу можна оцінити по формулі: Т = 0,7RC. Ця формула працює при величині опору резистора в межах від 1,5 кОм до 43 кОм. Ємність конденсатора може бути будь-якою. Усередині мікросхеми є внутрішній резистор опором близько 2 кОм, підключений до виводу R, тому можна включати одновібратор без зовнішнього резистора, підключаючи вивід R до шини живлення. Повторний запуск одновібратора неможливий відразу після закінчення вихідного імпульсу, до повторного запуску обов'язково повинен пройти інтервал t = С (якщо ємність вимірюється в нанофарадах, то часовий інтервал виходить в мікросекундах).
Для одновібраторів АГЗ і АГ4 тривалість імпульсу можна оцінити по формулі: Т = 0,32C(R + 0,7), де опір резистора вимірюється в кілоомах. Опір резистора може знаходитися в межах від 5,1 кОм до 51 кОм, ємність конденсатора - будь-яка. Перезапуск одновібратора можливий тільки у тому випадку, коли інтервал між вхідними запускаючими імпульсами більше 0,224С (якщо ємність вимірюється в нанофарадах, то часовий інтервал - в мікросекундах).
Найпоширеніші вживання одновибраторов наступні (малюнок 21.4):
а) збільшення тривалості вхідного імпульсу;
б) зменшення тривалості вхідного імпульсу;
в) поділ частоти вхідного сигналу в задане число разів;
г) формування сигналу огинаючої послідовності вхідних імпульсів.

Для збільшення або зменшення тривалості вхідного сигналу (а і б) треба всього лише підібрати опір резистора і ємність конденсатора, виходячи з необхідної тривалості вихідного сигналу. В цьому випадку можна використовувати одновібратор будь-якого типу: як з перезапуском, так і без перезапуску.

Малюнок 21.4. Стандартні вживання одновібраторів.

Для поділу частоти вхідних імпульсів в задане число раз (в) використовується тільки одновібратор без перезапуску. При цьому треба вибрати таку тривалість вихідного сигналу, щоб одновібратор пропускав потрібну кількість вхідних імпульсів. Наприклад, якщо вимагається розділити на 3 частоту вхідних імпульсів f, то тривалість вихідного сигналу одновібратора треба вибрати в межах від 2/f до З/f. При цьому одновібратор пропускатиме два вхідні імпульси з трьох.
Для формування огинаючої вхідного сигналу (г) використовується тільки одновібратор з перезапуском. При цьому тривалість його вихідного імпульсу повинна бути вибрана такою, щоб кожний наступний вхідний сигнал перезапускав одновібратор. Якщо частота вхідного сигналу рівна f, то тривалість вихідного сигналу одновібратора повинна бути не менше ніж 1/f.
Ще одне важливе вживання одновібратора полягає в придушенні брязкоту контактів кнопки. Одновібратор з великим часом витримки (порядка декількох десятих часток секунди) надійно пригнічує паразитні імпульси, що виникають через брязкіт контактів, і формує ідеальні імпульси при будь-якому натисненні кнопки (малюнок 21.5).

Малюнок 21.5. Використання одновібратора для придушення брязкоту контактів кнопки.

Для цього можна використовувати як одновібратор з перезапуском, так і одновібратор без перезапуску (на малюнку). Можна також підібрати час витримки так, що одновібратор даватиме один імпульс по натисненню кнопки, а інший імпульс - по відпуску кнопки. Іноді це зручніше.
Одновібратори можна також використовувати для побудови генераторів (мультивібраторів) прямокутних імпульсів з різними значеннями тривалості імпульсів і паузи між ними. При цьому два одновібратора замикаються в коло так, що кожний з них запускає інший після закінчення свого вихідного імпульсу (малюнок 21.6 ). Один одновібратор формує тривалість імпульсу, а інший визначає паузу між імпульсами. Змінюючи номінали резисторів і конденсаторів, можна одержати потрібні співвідношення тривалостей імпульсу і паузи.

Малюнок 21.6. Генератор імпульсів на двох одновібраторах.

Таким чином, одновібратори досить легко дозволяють вирішувати самі різні задачі. Проте, застосовуючи одновібратори, треба завжди пам'ятати, що тривалість їх вихідних імпульсів не можна задати дуже точно, адже одновібратор має аналогові елементи. На тривалість вихідного імпульсу одновібратора впливають розкиди номіналів резисторів і конденсаторів, температура навколишнього середовища, старіння елементів, перешкоди по ланцюгах живлення, інші чинники. Тому вживання одновібраторів треба по можливості обмежувати тільки тими випадками, коли час витримки треба задавати з не дуже високою точністю (погрішність не менше 20-30%).
Будь-яку функцію одновібратора може виконати синхронний тактований пристрій (на основі кварцового генератора, трігерів, регістрів, лічильників), причому виконати набагато точніше і надійніше. І йому не потрібно ніяких додаткових часозадаючих елементів (резисторів і конденсаторів). Кількість одновіибраторів, використаних в схемі, як правило, обернено пропорційно до рівня майстерності розробника цієї схеми.
Затримки запуску одновібраторів приблизно в два-три рази перевершують затримку логічного елемента. Точні величини затримок можна знайти в довідниках.
Крім одновібраторів в стандартні серії включені також спеціалізовані генератори (мультивібратори, англійське Multivibrator). Позначаються вони на схемах буквою G. У вітчизняних серіях цей тип мікросхеми кодується буквами ГГ. Наприклад, мікросхема ГГ1 є двома генераторами в одному корпусі.
Мікросхеми генераторів використовують досить рідко, частіше застосовують генератори на інвертуваннях або на трігерах Шмітта. Проте в деяких випадках генератори ГГ1 не можуть бути замінені нічим. Річ у тому, що вони допускають зміну частоти вихідних імпульсів за допомогою рівнів двох вхідних управляючих напруг. Тому вони називаються також «генератори, керовані напругою » або ГКН. Ефект зміни частоти можна використовувати, наприклад, в системах автопідстройки частоти (АПЧ) або в пристроях з частотною модуляцією (ЧМ).
Стандартна схема включення генератора ГГ1 приведена на малюнку 21.7. Генератор має виводи для підключення зовнішнього конденсатора С1 і С2, до яких можна також підключати кварцовий резонатор, але при цьому вже не можна управляти частотою. Є два входи управління частотою U1 і U2, а також вхід дозволу -Е, при подачі на який логічної одиниці генерація припиняється і на виході F встановлюється одиниця.

Малюнок 21.7. Схема включення генератора ГГ1.

Один з входів управління (U1) звичайно називається діапазонним, а інший (U2) - входом управління частоти. При збільшенні напруги U2 частота збільшується, при збільшенні напруги на вході U1 частота зменшується. Діапазон зміни напруги U1, що рекомендується, складає від 2 до 4,5 В, а діапазон зміни U2 - від 0 до 5 В. Залежно від напруги U1 міняється діапазон зміни частоти через зміну напруги U2. Наприклад, при U1 = 2 В і зміні U2 від 1 до 5 В частота змінюється приблизно на 15%, а при U1= 4 В - приблизно в 4 рази.
Частота вихідного сигналу ГГ1 визначається також зовнішнім конденсатором, наприклад, при U1 = 2 В і при С = 1 мкФ частота буде близько 100 Гц, а при С = 100 пФ – порядку 10 Мгц. Максимально можливе значення частоти генератора складає близько 80 Мгц. В довідниках приводяться графіки залежності частоти вихідного сигналу ГГ1 від рівнів управляючих напруг і номінала зовнішнього конденсатора. Проте точно визначити значення частоти по цих графіках неможливо, у будь-якому випадку потрібне підстроювання. До того ж наявність в схемі аналогових вузлів робить генератор ГГ1 чутливим до розкиду номіналів конденсаторів, зміні температури навколишнього середовища, старінню елементів, перешкодам по ланцюгах живлення і до інших чинників. Саме тому використовування цих генераторів украй обмежено.
І останнє. В мікросхемі ГГ1 існує взаємний вплив двох генераторів один на одного, хоча в ній і вжиті заходів по зниженню цього впливу. Тому не рекомендується використовувати одночасно два генератори однієї мікросхеми в режимі генерації частоти, керованої напругою.

презинтація

попередня тема наступна тема