5.10. Мультивибраторы

Для генерации сигналов заданной длительности или частоты используются три типа ИС: мультивибраторы (Monostable Multivibrator), генераторы с кварцевой стабилизацией (Crystal-Controlled Oscillator) и генераторы, управляемый напряжением ( Voltage-Controlled Oscillator). Все эти ИС представляют собой цифроаналоговые устройства, в которых используются внешние времязадающие элементы (конденсаторы, RС-цепи, LC-Контуры, кварцевые резонаторы и др.). Одностабильные (mono-stable) мультивибраторы называются также ждущими мультивибраторами.

Мультивибраторы.

Помимо нескольких входов запуска большинство мультивибраторов имеют вход сброса вход Принудительного окончания генерирования импульса. В некоторых мультивибраторах этот вход может вызывать и запуск

мультивибратора. Мультивибраторы делятся на перезапускаемые и неперезапускаемые. Мультивибратор называется перезапускаемым, если при подаче сигнала запуска во время генерации импульса она возобновляется заново с исходным состоянием времязадающей цепи. Перезапуски мультивибратора позволяют неограниченно увеличивать длительность генерируемого импульса независимо от значения постоянной времени -цепи. Неперезапускаемые мультивибраторы не реагируют на сигналы запуска, поступающие во время генерации импульса. На рис. 5.117 показаны

— неперезапускаемый мультивибратор без входа сброса, запускаемый сигналом

— перезапускаемый мультивибратор, запускаемый сигналом

(на рис. 5.117 символами обозначена операция конъюнкции с инвертированием сигнала Я);

555АГЗ, 74130 - два перезапускаемых мультивибратора, запускаемые сигналом

— два неперезапускаемых мультивибратора, запускаемые сигналом (5.27);

- перезапускаемый мультивибратор, запускаемый сигнал ом

555АГ4 - два неперезапускаемых мультивибратора, запускаемые сигналом

(в справочниках указывается, что зарубежным аналогом является , однако следует учитывать их различное поведение при воздействии сигнала сброса

— два перезапускаемых мультивибратора, запускаемые сигналом (5.29).

Знаком на рис. 5.117 обозначены нелогические входы. В исходном состоянии все мультивибраторы выдают значения

(см. скан)

сигналов Вход имеет приоритет по отношению к остальным входам и в любой момент значение устанавливает состояние выхода Значения входных сигналов и их изменений, приводящих к генерации значения выходного сигнала заданной длительности, приведены в табл. 5.28, составленной по формулам (5.25) - (5.29).

Рис. 5.118 (см. скан)

Принципиальная схема ждущего неперезапускаемого мультивибратора изображена на рис. 5.118,а. На выходах ЛЭ указаны значения сигналов 0 и 1, которые устанавливаются в схеме перед очередным запуском. Длительность выходного сигнала задается внешней RC-цепью [26]: при и Минимальная длительность импульса составляет . Внутри ИС

между выводами 9 и 11 включен резистор сопротивление которого порядка Внешний резистор можно не использовать, если соединить выводы 9 и 14.

Легко заметить, что на рис. 5.118, а часть ЛЭ образуют разностный элемент, подобный рассмотренному в § 2.4, и имеется асинхронный потенциальный -триггер со входами (данный триггер построен непосредственно по функции переходов без каких-либо ее преобразований, а условие выполняется автоматически). На этом основании может быть составлена структурная схема мультивибратора, изображенная на рис. 5.118,6 (ДВЗУ - динамическое времязадающее устройство). Разностный элемент со встроенным ДВЗУ имеет два входа эквивалентных одному входу При изменении сигнала на 1 сигнал изменяется также с 0 на 1, что приводит к изменению выходного сигнала мультивибратора с 1 на 0. Обратная связь с выхода на вход введена для уменьшения длительности его активного уровня По схеме, близкой к описанной, выполнен и неперезапускаемый мультивибратор - Перезапускаемые мультивибраторы выполняются по иным схемам.

Схема включения мультивибратора 555АГЗ показана на рис. (можно использовать внешние резисторы и конденсаторы Минимальная длительность импульса составляет не. На рис. приведены временные диаграммы работы мультивибратора в режиме с перезапуском. Сигнал используется, в основном, для сброса сигнала в нуль в произвольные моменты времени, однако не следует забывать, что, как следует из формулы (5.27), изменение сигнала на 1 при вызывает запуск мультивибратора.

Рис. 5.119

На рис. 5.120, а показана схема генератора инверсных импульсных сигналов длительностью порядка 30 не, период которых определяется постоянной времени RC-цепи. На рис. 5.120, б

Рис. 5.120

изображена схема генератора прямоугольных сигналов, полупериоды которых независимо устанавливаются двумя RC-цепями. Внешние управляющие сигналы позволяют использовать эту схему в трех режимах работы:

автоколебательный мультивибратор с жестким возбуждением (при срыве по какой-либо причине генерации она может быть возобновлена только с помощью какого-либо внешнего воздействия, например, выключением и включением питания);

генератор пачки импульсов на интервале значения сигнала (старт-стопный режим);

ждущий мультивибратор, запускаемый положительным перепадом сигнала

Рис. 5.121

Мультивибраторы, изготавливаемые по КМОП-технологии, показаны на рис. 5.121:

564АГ1, МС14528Я - два перезапускаемых мультивибратора, запускаемых сигналом

два перезапускаемых мультивибратора с триггером Шмитта на входе, запускаемых сигналом (5.30).

Вход имеет приоритет по отношению к остальным входам и устанавливает значение сигнала Значения входных сигналов и их изменений, приводящих к генерации выходного сигнала заданной длительности, приведены в табл. 5.28. Длительность значения сигнала задается внешней RC-цепью (например, при и мультивибратора длительность если

Рис. 5.122

Принципиальная схема мультивибратора изображена на рис. 5.122. Длительность генерируемого мультивибратором импульса зависит от напряжения питания. Для ее расчета можно пользоваться приближенной формулой

Минимальная длительность импульсов, генерируемых мультивибраторами равна а генерируемых мультивибратором Схемы

включения мультивибраторов с запуском положительным и отрицательным перепадами входных сигналов показаны на рис. 5.123,а. Мультивибраторы можно сделать неперезапускаемыми введением обратной связи с выхода или на неиспользуемый вход (рис. 5.123, б).

Рис. 5.123

Прецизионный таймер 1006ВИ1.

Любой генератор сигналов может быть построен на основе триггера Шмитта (см. § 5.3). Прецизионные триггеры Шмитта выполняются на основе двух аналоговых компараторов, имеющих разные пороги срабатывания и асинхронного потенциального -триггера, ко входам которого подключены выходы компараторов.

Прецизионный таймер фирмы Signetics) показан на рис. 5.124. Структурная схема этого таймера изображена на рис. 5.125. Таймер состоит из двух аналоговых компараторов асинхронного потенциального -триггера, мощного выходного

Рис. 5.124

Рис. 5.125

каскада и выходного каскада с открытым коллектором. Опорные напряжения компараторов задаются резистивным делителем с высокой точностью: Выполнен таймер по биполярной технологии. Мощный выходной каскад обеспечивает уровни выходных токов Ток потребления при Компаратор имеет малое быстродействие — длительность входного сигнала должна быть не менее Таймер может формировать импульсы длительностью от до 1 ч.

Асинхронный потенциальный триггер типа описывается функцией переходов

где входы, на которые можно подавать как аналоговые, так цифровые сигналы. Всю схему таймера можно рассматривать, как асинхронный потенциальный триггер с двумя аналоговыми входами и одним цифровым входом Значения сигналов (при подключенном внешнем резисторе) определяют [исходное состояние таймера при неактивных уровнях всех входных сигналов.

Рис. 5.126

На рис. 5.126, а показано включение таймера по схеме ждущего мультивибратора вход для подачи модулирующего напряжения). В исходном состоянии сигнал и выходной каскад с открытым коллектором удерживает конденсатор С вразряженном состоянии. При подаче сигнала триггер устанавливается в состояние и конденсатор С начинает заряжаться через резистор по закону

Как только напряжение достигнет значения срабатывает компаратор и триггер устанавливается в состояние что вызывает быстрый разряд конденсатора через низкоомный выход каскада с открытым коллектором. Длительность значения выходного сигнала определяется соотношением

независимо от величины напряжения источника питания Работу мультивибратора поясняют временные диаграммы, изображенные на рис. 5.126,6.

Если в схеме, изображенной на рис. 5.126,а, на вход через конденсатор подать медленно изменяющееся по сравнению с периодом запускающих импульсов модулирующее напряжение то длительность генерируемых импульсов будет изменяться пропорционально величине .

Рис. 5.127

На рис. 5.127, а показаны временные диаграммы для случая, когда длительность значения сигнала запуска мультивибратора больше длительности генерируемого импульса При достижении напряжением порога срабатывает компаратор триггер устанавливается в состояние и конденсатор С быстро разряжается через выходной каскаде открытым коллектором. Такой режим работы мультивибратора недопустим, т.е. схема на рис. 5.126, а не является полноценным мультивибратором, работа которого не должна зависеть от длительности запускающего импульса. На рис. 5.128, а приведена схема включения в качестве ждущего мультивибратора, не имеющая указанного недостатка (объединены входы Значение сигнала удерживает триггер в состоянии хотя и сигнал После перехода сигналов на 1 (рис. 5.127, б) триггер переходит в состояние так как сигнал (рис. 5.125) остается еще некоторое время в состоянии 0 из-за инерционности компаратора Таким образом, запуск мультивибратора осуществляется положительным фронтом сигналов

На рис. показано включение в качестве прецизионного триггера Шмитта, управляемого входным сигналом с порогами срабатывания Конденсатор используется для фильтрации помех от источника напряжения питания Вход служит для включения и выключения триггера Шмитта (при выходной сигнал равен 0).

На рис. 5.129,а приведена схема включения в качестве генератора прямоугольных сигналов. Конденсатор С заряжается от источника питания через последовательно включенные

(кликните для просмотра скана)

резисторы с постоянной времени а разряжается через резистор и выходное сопротивление каскада с открытым коллектором, которым можно пренебречь. Постоянная времени разряда равна На рис. показаны временные диаграммы, поясняющие работу генератора. Легко показать, что длительности полупериодов и То определяются соотношениями:

Вход можно использовать для включения и выключения генератора.

На рис. 5.130,а показано включение в качестве ждущего мультивибратора с перезапуском. Импульсы запуска мультивибратора подаются на входы через ЛЭ НЕ с открытым коллекторным выходом. При значении конденсатор С быстро разряжается через выходной каскад этого ЛЭ. Если к моменту поступления следующего импульса (рис. конденсатор С не успеет зарядиться до значения порога срабатывания то он разрядится до напряжения Триггер будет находиться в состоянии до тех пор, пока расстояние между соседними импульсами не окажется достаточным для заряда конденсатора С до порога срабатывания Каждый импульс при длительности паузы меньшей длительности генерируемого импульса перезапускает мультивибратор. Таким способом могут быть получены длительности выходного сигнала, значительно большие, чем определяемые времязадающей RС-цепью. Мультивибратор с перезапуском называется также детектором подавления импульсов