Та кратних одиниць

Таблиця 2.3 - Постійні резистори

За табл. 2.4 обираємо конденсатор типу К10-17 ємністю 0,01 мкФ.

Таблиця 2.4 - Конденсатори постійної ємності(початок)

Таблиця 2.4 - Конденсатори постійної ємності(продовження)

Щоб отримати ЛІ з коефіцієнтом перерахунку 10 з чотирирозрядного послідовного двійкового, яким є лічильник К561ИЕ10, необхідно обмежити число станів останнього — залишити від нульового до дев'ятого. Для цього треба за допомогою логічного елемента І здешифрувати його одинадцятий стан, якому за таблицею переходів чотирирозрядного двійкового послідовного лічильника (стан 10 у табл. 2.5) відповідає на виходах Q₈, Q₄, Q₂ Q₁ комбінація сигналів 1010, і забезпечити установку лічильника за цієї комбінації в нуль. При цьому знадобиться двовходовий логічний елементі.

Таблиця 2.5 - Таблиця переходів чотирирозрядного послідовного двійкового лічильника

Оскільки у якості логічних елементів ми можемо використовувати лише елементи І-НІ, то необхідний інвертор. Його ми отримаємо з двовходового елемента, якщо подамо на один з його входів сигнал conftfl.

Таблиця переходів отриманого ЛІ наведена у табл. 2.6.

Таблиця 2.6 - Таблиця переходів чотирирозрядного послідовного двійково-десяткового лічильника

Електрична принципова схема пристрою, а це є MB з лічильником-дільником його частоти, на­ведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Мультивібратор з лічильником-дільником. Схема електрична принципова

Відносно цієї схеми зроби­мо декілька зауважень:

ОП корекції нуля і часто­ти тут не потребує.

Резистор R₄ (для варіан­тів завдань без ОП він не потрібен) введено в схему тому, що для захисту від подачі на вхід напруги від'ємної полярності ІМС серії К561 мають вбудовані діоди (підминання показа­но штриховими лініями - VDJ). Отже R₄ обмежує величину струму у вихідно­му колі ОП за від'ємної напруги (захищає від корот­кого замикання).

Інвертор DD1.1 встановлено для того, щоб під­вищити крутизну фронтів вхідних імпульсів лічильника DD2, оскільки у MB на ОП вона досить низька по­рівняно з необхідною: інвертор тут є формувачем вхід­них імпульсів лічильника. Такий самий формувач потрібен також при побудові MB на логічних елементах.

Незадіяні (вільні) входи ІМС К-МОН необхідно обов'язково з'єднувати з точками схеми +12 В або з 0, забезпечуючи тим са­мим подачу логічних сигналів const 1 або const 0 (залежно від виду логічної функції - І чи АБО). Якщо цього не зробити, на вільних входах можуть наводитись хибні сигнали, а це призведе до тривалого протікання наскрізного струму у вихідних каскадах що, у свою чергу, викличе перегрів і вихід з ладу ІМС.

Конденсатори С₂ - С₄ забезпечують додаткову фільтрацію напруги живлення і захищають вузли пристрою від взаємних завад.

Доповнення MB лічильником-дільником дозволяє знизити частоту вихідного сигналу пристрою - отримати послідовність імпульсів з час­тотою

Такий прийом використовують досить часто, оскільки побудувати генератор з високою стабільністю генерованих імпульсів за низької частоти їх надходження досить важко. Наприклад тому, що в наш час технологічно легше (а значить і за меншої вартості) отримати конден­сатори з високими показниками стабільності з малою ємністю (мен­шою за 0,1 мкФ).

Крім того, за високих вимог до стабільності частоти, у генераторі замість конденсаторів застосовують кварцеві резонатори (як в елек­тронних годинниках). А вони мають частоти у десятки і сотні кіло­герц.

Доповнення генератора дільником дозволяє отримати необхідне зна­чення частоти.

У нашому випадку, якщо використати і другу половину ІМС К561ИЕ10 (для цього треба вихід Q₈ першого лічильника з'єднати з входом EC другого, а на вхід С другого подати сигнал const 0), то можна ще більше знизити вихідну частоту або значно зменшити вели­чини елементів часозадаючого ланцюжка.

Крім того, можна зробити у пристрої виводи від кожного з виходів лічильника і, вивівши їх на перемикач, отримати генератор з дискретно змінюваною вихідною частотою.

А взагалі, лічильники-дільники з довільними коефіцієнтами переліку в цифровій техніці застосовуються досить часто. Тому випускаються ІМС ЛІ з програмованим коефіцієнтом переліку. Але у багатьох випадках є доцільним використання стандартних ІМС за наведеною методикою.

3. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО МУЛЬТИВІБРАТОРИ

Мультивібратори (від латинського multum - багато; vibro - коливаю) - це релаксаційні автогенератори напруги прямокутної форми (релаксаційний - такий, що різко відрізняється від гармонійного -синусоїдного; автогенератор- пристрій, що генерує незатухаючі коливання без запуску ззовні і не має стійких станів).

Виконуються мультивібратори на основі електронних приладів, що мають на вольтамперній характеристиці ділянку з негативним опором (наприклад, тунельні діоди, тиристори), а також на підсилювачах постійного струму з додатніми зворотними зв'язками (на транзисторах, ОП, цифрових і спеціальних ІМС). Електронні прилади в них працюють у ключових режимах.

Мультивібратори можуть працювати у трьох режимах: чекаючому, автоколивальному та режимі синхронізації.

Найчастіше вони працюють в автоколивальному режимі, коли мультивібратор має два квазісталих (нестійких) стани рівноваги і переходить із одного стану в інший самочинно під впливом внутрішніх перехідних процесів. У такому режимі мультивібратор використовується як генератор прямокутної напруги.

У чекаючому режимі мультивібратор має один сталий і один квазі-сталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить до квазісталого під дією зовнішнього електричного сигналу. Час перебування у квазісталому стані визначається внутрішніми процесами в схемі мулм'ивібратсра. Такі мультивібратори використовуються для формування імпульсів напруги необхідної тривалості, а також для затримки імпульсів на визначений час. Мультивібратор, що працює у такому режимі, має назву одновібратора.

У режимі синхронізації використовується мультивібратор, що працює в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для його нормальної роботи в цьому режимі необхідно, щоб частота синхронізуючого сигнапу перевищувала частоту власних коливань. В результаті частота коливань мультивібратора практично не залежить від дестабілізуючих факторів, які впливають на його елементи. Використовуються такі мультивібратори для створення генераторів стабільної частоти і при керуванні складними електронними пристроями, робота яких синхронізована якоюсь зовнішньою дією (наприклад, синхронізація розгортки електронного осцилографа).

Загалом, мультивібратори повинні забезпечувати стабільність частоти і довжини імпульсів, а також необхідну (зазвичай, мінімальну) тривалість їх фронтів.

4. МУЛЬТИВІБРАТОР НА ОП

Схема мультивібратора на ОП наведена на рис. 1.2,а, часові діаграми роботи - на рис. 4.1.

Автоколивальний режим (збудження генератора) забезпечується додатнім зворотним зв'язком, що охоплює ОП з виходу на неінвер-туючий вхід дільником R₁,R₂. Часові характеристики вихідного сигналу визначаються інтегруючим RC-ланцюжком, увімкненим у коло від'ємного зворотнього зв'язку: з виходу ОП на його інвертуючий вхід.

ОП тут фактично працює як компаратор, порівнюючи величини напруг, що подаються на його інвертуючий та неінвертуючий входи.

Величина напруги на неінвертуючому вході є частиною вихідної напруги ОП. Для абсолютних величин це

Рис. 4.1- Часові діаграми роботи мультивібратора на ОП

Тому маємо два пороги спрацьовування U_o^- і U_o⁺. При цьому, якщо напруга на інвертуючому вході буде змінюватися від найбільш можливої від'ємної U_вих^- до найбільш додатної U_вих⁺ спрацьовування відбудеться при її значенні U_o⁺, а якщо вона почне змінюватись у зворотному напрямку – при U_o^-. Такий пристрій (з гістерезисом по вхідному сигналу) називають тригером Шмітта.

Таким чином, при роботі мультивібратора порівнюються фіксована величина напруги, що знімається з дільника, зі змінною напругою на конденсаторі, який намагається зарядитися до вихідної напруги ОП U_вих. Як тільки величини напруг зрівнюються, U_вих змінює знак, а відповідно, і U_о також, а конденсатор починає заряджуватися до нового значення U_вих і т.д. На виході ОП формується прямокутна напруга типу «меандр» - коли тривалості її від'ємного t_i^- і додатнього t_i⁺, значень однакові. Період генерованих імпульсів становить

Змінити співвідношення t_i^- і t_i⁺ можна, якщо замість резистора R ввести два паралельних ланцюжки з двох різних за величиною резисторів R’ і R’’ з послідовно в різному напрямку ввімкненими діодами VD1, VD2, як це показано на рис. 1.2,б.

5. МУЛЬТИВІБРАТОРИ І ОДНОВІБРАТОРИ НА ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТАХ І ТРИГЕРАХ

При побудові цифрових мікроелектронних пристроїв необхідні гене­ратори імпульсів часто будують на таких же ІМС, що й весь пристрій у цілому: на логічних елементах або тригерах. При цьому є велика кількість схемних рішень. Наведемо деякі з них.

Оскільки для забезпечення генерації треба мати коефіцієнт підсилення відповідного пристрою, більший за одиницю, і фазовий зсув вхідного сигналу на 360 ел. градусів, то мультивібратор може бути побудований на двох логічних елементах з інверсією (НІ) на виході.

На рис. 5.1 наведена одна з найпростіших схем мультивібратора, виконаного на елементах К-МОН-логіки.

До цього часу наголошувалось, що у логічного елемента залежно від комбінації вхідних сигналів (що являють собою 0 або 1) отримуємо певне значення сигналу на виході (також 0 або 1).

Виникає питання, при повільній зміні вхідного сигналу від низького рівня напруги до високого — від 0 до 1 (або навпаки), коли саме логічний елемент перестає сприймати вхідний сигнал як 0 і починає сприймати його як 1? Яке значення напруги порогу перемикання Unoр він має? Це залежить від типу елементної бази, на якій виконано еле­мент. Так, наприклад, для елементів К-МОН-логіки поріг перемикання становить приблизно половину напруги джерела живлення.

З урахуванням цього робота схеми, наведеної на рис. 5.1, полягає в заряді конденсатора С по шляху: вихід елемента DDJ, R2, С, вихід елемента DD2 — коли на вході DD1 маємо 1 (а на виході DD2, як наслідок, 0), і наступного розряду по шляху: вихід DD2, С, R2, вихід DD1 - коли на виході DD1 маємо 0 (на виході DD2 - 1). Зміна сигналу на виході DD1 відбувається з 0 на 1, коли рівень напруги на резисторі R2 досягає значення Unор і з 1 в 0 - коли рівень напруги на R2 знижується до Unoр.

Величина напруги на R2 визначається струмом заряду або розряду С.

У результаті на виході пристрою маємо прямокутні імпульси з періодом надходження

Т ≈ 1,4R₂С.

Резистор R1 обмежує струм розряду конденсатора С через внутрішні вхідні діодні захисні ланцюги елемента DD1 при вимиканні.

Якщо в якості DD1 маємо двовходовий елемент І-НІ (а не просто інвертор), то другий його вихід можна використати для дозволу (1) або заборони (0) роботи мультивібратора.

На рис 5.2 наведено схему одновібратора, побудованого на основі комбінованого К-МОН RSD-тригера. Тригер, як відомо, є, наприклад, двокаскадним підсилювачем з додатніми зворотними зв'язками або, як у даному випадку, побудований на логічних елементах.

Часозадаючий RС-ланцюжок підімкнено до прямого виходу(Вих 1) тригера.

Напруга з конденсатора С подається на вхід установки тригера в нульовий стан R.

Можливі два способи запуску цього одновібратора.

Перший - подачею імпульсу запуску на асинхронний вхід S. При цьому тривалість імпульсу повинна бути меншою за тривалість генерованого.

Другий - подачею імпульсу будь-якої тривалості на вхід синхронізації С (тригер реагує тільки на передній фронт імпульсу). На вхід S при цьому необхідно подати 0.

У вихідному стані на прямому виході - 0. Конденсатор розряджений.

Після подачі імпульсу запуску, тригер переходить в одиничний стан (залежно від виду запуску: як асинхронний RS-тригер або як синхронний D-тригер, на D-вході якого зафіксовано 1, що подається з інверсного виходу тригера - Вих 2). На прямому виході отримаємо 1.

Тепер конденсатор почне заряджатися і, коли напруга на ньому, а значить, і на вході R досягне значення порогу перемикання, тригер повернеться в нульовий стан, а конденсатор швидко розрядиться через діод VD.

У результаті, на виходах тригера (прямому - Вих 1 і інверсному - Вих 2) ми отримали імпульс, довжина якого

t_і ≈ 0,7RС,

а одновібратор готовий до повтор­ного запуску.

На такому ж тригері можна побудувати і автоколивальний мультивібратор, як показано на рис. 5.3 Бачимо, що тут до тригера підімкнено два часозадаючі ланцюги. Його робота зрозуміла з пояснень роботи одновібратора, а період генерованих імпульсів становить

Т_i ≈ 0,7(R₁C₁ + R₂C₂).