2. Формирователи периодических сигналов.

В качестве формирователей периодических импульсных сигналов широко используют схемы различных мультивибраторов, у которых в качестве времязадающих цепей используют RC цепи, цепи первого порядка.

1. Несимметричный мультивибратор на логических элементах.

Принципиальная электрическая схема несимметричного мультивибратора и временная диаграмма его работы показана на рис. 93.

Переключатель SW управляет запуском мультивибратора показанное положение переводит мультивибратор в нерабочее состояние, так как на нижних входах элементов имеется напряжение низкого уровня, а на выходах будет высокий уровень независимо от напряжения на верхних входах. Если переключатель перевести в положение 5v, то схема запустится. Работа схемы показана на временной диаграмме. Выберем начальное состояние схемы: U1=1, U2=0, U3=1. Это состояние возможно при начальном заряде конденсатора равном нулю. Начинается заряд конденсатора С по цепи: источник питания - открытый верхний транзистор выходного каскада второго элемента - конденсатор С - резистор R - открытый нижний транзистор выходного каскада первого элемента - общий провод.

У

Рис. 93. Несимметричный мультивибратор.

величение напряжения заряда конденсатора приводит к уменьшению напряжения на входе первого элемента U1. Когда оно станет равно напряжению переключения Up, выходное напряжение U2 переключится на высокий уровень, а U3 — на низкий. После переключения сформируется другая цепь перезаряда конденсатора С: источник питания - верхний открытый транзистор выходного каскада первого элемента - резистор R - конденсатор С - нижний открытый транзистор выходного каскада второго элемента.

После переключения напряжение U1 изменится скачком и станет отрицательным, что объясняется первым законом коммутации и скачкообразным изменением U3. Перезаряд конденсатора приводит к увеличению U1, и когда оно станет равно Up выходы элементов изменят свое состояние на первоначальное.

Процесс существует в схеме пока не отключено питание. Частота колебаний ориентировочно может быть определена соотношением

В

Рис. 94. Мультивибратор с кварцевой стабилизацией частоты.

приведенной формуле, если R задано в омах, С — в фарадах, то F получаем в герцах. Для элементов стандартных серий резистор рекомендуется выбирать в диапазоне от 220 до 430 омов. приведенная схема является простейшей и имеет недостатки: высокая чувствительность к изменению напряжения питания и изменению температуры. Изменение питающего напряжения на 0.1В приводит к изменению частоты примерно на 1%, а изменение температуры от 25 до 70 градусов Цельсия приводит к изменению частоты примерно на 3%.

Лекция 31.

2. Формирователь фронтов (спадов) — триггер Шмитта.

Часто при использовании интегрирующих RC - цепей имеем на конденсаторе медленно изменяющееся напряжение. Если такое напряжение подать на вход логического элемента, то этот элемент может возбудиться. Для ликвидации возбуждения это напряжение подают на вход устройства формирующего фронт или спад — триггер Шмитта(ТШ).

Рис. 95. Триггер Шмитта.

Триггер Шмитта построенный на операционном усилителе(ОУ) был рассмотрен в курсе “Электроника”. Но схемы использующие ОУ обладают недостаточным быстродействием для использования в цифровых схемах. Поэтому рассмотрим схему ТШ построенную на логических элементах см. рис. 95. Для анализа работы указанной схемы используем построение диаграммы распределения потенциалов на резисторах R0 и R1. Этот метод дает хорошие результаты при условии, что входной ток логического элемента значительно меньше тока протекающего по резисторам R0 и R1. Диаграмма распределения потенциалов показана на рис. а. Учитывая, что сопротивление равномерно распределено по длине резисторов на горизонтальной оси отложено суммарное сопротивление резисторов R1 и R0 , точка соединения выделена и оттуда восстановлена вертикальная ось — напряжение U1. По бокам горизонтальной оси установлены вертикальные, слева ось входных напряжений — Ui, справа ось выходных напряжений — Uo.

Масштабы по вертикальным осям как на рис. 96 а, так и на рис. 96б взяты одинаковыми. На оси U1 (вход логического элемента) показана характерная точка Up — напряжение переключения логического элемента В. Если возьмем входное напряжение Ui=0, то и выходное напряжение Uo=0, так как последовательное соединение двух элементов не приводит к изменению знака. Это состояние устойчиво.

а б

Рис. 96. Характеристики триггера Шмитта.

. Указанные особенности отражены как на графике распределения потенциалов, так и на графике рис. 93 б — переходная характеристика триггера Шмитта. Учитывая большую потребность в схемах триггеров Шмитта промышленность выпускает их в интегральном исполнении (микросхемы с обозначением ТЛ, например 155ТЛ2).