Краткие сведения из теории

Одновибраторами называются схемы мультивибраторов, имеющих од­но устойчивое состояние. Вывод из этого состояния в другое, временно устойчивое, производится с помощью внешнего запускающего импульса, а возврат в исходное состояние происходит автоматически через промежуток времени, определяемый параметрами времязадающих цепей. Поэтому в ли­тературе их чаще всего называют ждущими мультивибраторами.

Ждущие мультивибраторы используют, когда необходимо получить последовательность импульсов требуемой длительности с частотой, опреде­ляемой внешними синхроимпульсами, расширить длительность коротких импульсов или выдержать требуемый временной интервал от долей мкс до нескольких минут (например, затвор фотоаппарата). Одновибраторы могут выполняться на электронных лампах, транзисторах (биполярных, полевых или однопереходных), приборах с отрицательным дифференциальным со­противлением (например, туннельных диодах) и операционных усилителях. В настоящее время наибольшее распространение получили одновибраторы на логических элементах и таймерах. Для этой цели промышленностью выпус­каются готовые микросхемы ждущих мультивибраторов, которые остается лишь дополнить RCцепочкой, определяющую длительность формируемого временного интервала. Ждущий мультивибратор на микросхеме К155АГ1(рис. 1, а) может запускаться отрицательным перепадом на входы A ₁, A ₂ или положительным на вход В. Два выхода Q и позволяют получить импульсы разной полярности. Длительность формируемого импульса определяется па­раметрами цепочки R ₁, C ₁ по формуле: T_вых = 0,7 R ₁ C ₁. Значения R₁можно вы­бирать от 2 до 30 кОм. Минимальную длительность импульса 35 нс получа­ют при отсутствии R₁C₁, соединив вывод 9 с источником питания. В этом случае длительность будет определяться внутренним резистором 2 кОм, сое­диненным с выводом 11и внутренней емкостью кристалла. Добавив емкость между выводами 10 и 11длительность импульса можно увеличить.

Микросхема К155АГ3 или К555АГ3 содержит два ждущих мультивибратора. Как показано на рис. 1, б запуск производится отрицательным перепадом, подаваемым на вход А, или положительным – на вход В. При этом на выходах 1, 2 формируются импульсы положительной и отрицательной полярности, соответственно. Длительность выходного импульса определяется по формуле

Рис. 1. Схемы ждущих мультивибраторов на микросхемах

К155АГ1 (а), К155АГЗ (б) и К1006ВИ1 (в)

В случае необходимости формирующийся импульс можно оборвать, подав на вход микросхемы отрицательный перепад напряжения.

T_н = 1,1 R ₁ C ₁,

где R ₁выбирают в пределах от 1 до 10 Мом. Конденсатор С ₂ емкостью от 10 до 100 нФ, подключаемый к выводу К - «Контроль делителя»служит для по­вышения помехоустойчивости работы схемы.

Запуск одновибратора производится импульсом отрицательной поляр­ности по входу 2 микросхемы, при этом в исходном состоянии на этом входе устанавливается постоянное смещение не менее 0,5 U_n. Устройство и работа таймера описаны в предыдущей лабораторной работе, а варианты устройств на основе таймера приведены в [].

Используя логические микросхемы 2И-НЕможно построить одновибраторы, формирующие импульсы положительной и отрицательной полярности. Формирователь импульсов положительной полярности показан на рис.2, а. В нем на входе DD _1.1.установлен логический нуль с помощью низкоомного резистора R ₁, порядка 560 Ом. На входах DD _1.2установлен уро­вень логической единицы и поэтому на выходе присутствует логический нуль. При подаче на вход короткого перепада в нуль, на выходе DD _1.2 уста­навливается напряжение логической единицы, которое через конденсатор C ₁ поступает на вход DD _1.1и будет поддерживаться зарядным током конденса­тора C ₁, протекающим через резистор R ₁. По мере заряда конденсатора ток падает и напряжение на резисторе R ₁опускается ниже уровня логической единицы. Напряжение на выходе инвертора DD _1.1возрастает до уровня логи­ческой единицы, а на выходе DD _1.2падает до нуля, передавая отрицательный скачек напряжения через конденсатор C ₁ на вход DD _1.1, и схема возвращает­ся в исходное состояние.

Рис. 2. Схемы одновибраторов на логических элементах 2И-НЕ

Схема одновибратора на рис. 2, б позволяет формировать импульсы отрица­тельной полярности. В ней на одном из входов DD _1.1через резисторы R ₁, R ₂поддерживается состояние логической единицы, а запуск импульсом отрица­тельной полярности производится по второму входу. Конденсатор C ₁ в цепи положительной обратной связи обеспечивает высокую скорость переключе­ния и достаточно крутые фронты формируемых импульсов. Постоянная вре­мени в цепи обратной связи определяется соотношением C ₁ R ₁ R ₂/(R ₁ + R ₂).

Значительные входные токи логических элементов ТТЛ приводят к то­му, что сопротивления резисторов на их входах обычно не превышают 1 кОм. При формировании импульсов большой длительности (секунды) это приводит к непомерному возрастанию емкости времязадающих конденсато­ров. Схема, приведенная на рис. 9, в свободна от этого недостатка, так как имеет согласующий инвертор на полевом транзисторе на входе логического элемента DD _1.1. Сопротивление резистора R ₁ возрастает до 2…5 МОм. Это по­зволяет существенно уменьшить емкость конденсатора C ₁ времязадающей цепи. В исходном состоянии на выходе DD _1.3 напряжение логической едини­цы 3,7 В, а на затворе полевого транзистора VT ₁ нулевой потенциал. Через открытый канал на стоке транзистора поддерживается уровень логического нуля на входе DD _1.1. С приходом короткого импульса на вход DD _1.2 на выхо­де D D _1,3 напряжение падает до нуля и отрицательный перепад передается на затвор ПТ, закрывая его канал. Состояние всех логических элементов ме­няется на противоположное до тех пор, пока напряжение на затворе не под­нимется выше напряжения отсечки ПТ, после чего канал ПТ открывается и схема возвращается в исходное состояние. Резистор R ₂ служит для ограниче­ния зарядного тока конденсатора C ₁, протекающего через переход исток-затвор ПТ. Длительность импульса в определенной степени зависит от на­пряжения отсечки ПТ и ориентировочно определяется по формуле

Выходные импульсы отрицательной полярности снимаются с выхода 1 DD _1.3, а положительной - с выхода 2.