10.2.4. Одновібратори на основі тригерів

Виходячи з принципу роботи одновібраторів, можна стверджувати, що для їх побудови необхідно мати тригери, які мають окремі входи для установки в одиничний та нульовий стани. Другою особливістю є те, що для використання в одновібраторах слід використовувати лише тригери КМОН-технологій, оскільки вони мають стабільний пороговий рівень напруги перемикання та низькі вхідні струми.

Виходячи зі сказаного, маємо схему одновібратора, що приведена на рис. 10.24 з використанням тригера ТР2 серії 561.

Рис. 10.24

У вихідному стані на прямому виході маємо логічний сигнал низького рівня, конденсатор С розряджений і шунтується низькоомним виходом мікросхеми.

При подачі на вхід S імпульсу, що відповідає логічній “1”, тригер DD змінює свій стан на протилежний, тобто на виході Q маємо потенціал, що дорівнює напрузі живлення. Як наслідок, створюється коло для заряду конденсатора – джерело живлення +Е, внутрішній (верхній) опір R_B , R₁ , C, загальна шина.

Коли напруга на конденсаторі перевищує величину , тригер встановлюється в початковий стан, а конденсатор швидко розряджається через діод VD та низькоомний вихід тригера Q. Після цього пристрій готовий до послідуючого запуску.

Тривалість вихідного імпульсу з достатньою для практики точністю може бути визначена за формулою:

.

Оскільки при переході виходу Q з “0” в “1” конденсатор розряджений, то максимальне значення вихідного струму обмежується лише опором R. Тому, виходячи з величини максимально допустимого значення струму виходу тригера, нижня межа R не може бути меншою, ніж 20 кОм.

Подібні обмеження повинні мати місце і при розряді конденсатора, а на практиці це забезпечується установкою обмежуючого резистора послідовно з VD.

Приклад 10.4. Розробити схему одновібратора на основі D-тригера КР1554ТМ2 (74АС74).

Розв’язання. D-тригер ТМ2, як відомо, є динамічним тригером з керуванням за фронтом синхросигналу і асинхронними R та S прямими входами. Тому є можливість побудови декількох варіантів схем одновібраторів, які відрізнятимуться лише вхідними колами.

На рис. 10.25, а – б приведені два варіанти таких схем. У першій з них запуск одновібратора забезпечується подібно до схеми з асинхронним RS-тригером. У другій використовується режим Т-тригера.

а

б

Рис. 10.25

10.3. Генератори прямокутних імпульсів

Генератори прямокутних імпульсів або мультивібратори – це пристрої, призначені для генерації прямокутних імпульсів заданої частоти.

Основним показником якості роботи генераторів імпульсів є стабільність генерації коливань, тобто властивість забезпечувати генерацію стабільної частоти при впливі дестабілізуючих факторів. Цей показник оцінюється коефіцієнтом відносної нестабільності частоти:

,

де f, f₀ – відповідно поточне і початкове значення частоти.

До дестабілізуючих факторів відносяться коливання напруги живлення, часова зміна параметрів використовуваних елементів (наприклад, старіння), вплив температури.

Для зниження відносної нестабільності K_f використовується широка гама засобів, які надають можливість забезпечити допустиму нестабільність для кожного конкретного випадку. Генератори, в яких не передбачаються міри зі стабілізації частоти, мають K_f у межах . Кварцові генератори без прийняття спеціальних мір стабілізації частоти мають .

Розглянемо роботу мультивібратора на прикладі одного з найпростіших генераторів, схема якого приведена на рис. 10.26.

Рис. 10.26

Припустимо, що на виході ЛЕ DD1 присутній високий потенціал. Тоді на його вході повинен бути нульовий сигнал, а це означає, що через резистор R₁ або зовсім не протікає струм, або його величина настільки незначна, що падіння напруги на R₁ від його протікання менше порогового рівня DD1. При використанні КМОН ІС вхідний струм мікросхеми можна вважати нульовим. Це означає, що у колі – Вих. 2, C₂ , R₁ , загальна шина – струм не протікає.

Відсутність струму в приведеному колі можлива лише при низькому потенціалі виходу Вих. 2, що, в свій час, забезпечується тим, що падіння напруги на R₂ відповідає рівню логічної “1”. Тобто ми дійшли до того, що при у колі – Вих. 1, C₁ , R₂ , загальна шина – протікає струм заряду конденсатора відповідно з рівнянням:

,

(10.7)

де Е – напруга живлення схеми.

У кожен момент часу напруга на R₂ :

(10.8)

і зменшується при зарядці конденсатора.

У момент часу t₁ напруга U_R2 зменшується до порогового рівня U_П логічного елемента DD2. В результаті стан логічного елемента DD2 зміниться, і на його виході з’явиться сигнал рівний високого рівня. Тепер в колі – Вих. 2, C₂ , R₁ , загальна шина – з’явиться струм заряду конденсатора C₂ , тривалість інтервалу t₂ якого також визначається формулою (10.8). Як результат, період коливань

,

де t₁ і t₂ визначаються з формули (10.8) при

.

При , , а також враховуючи, що для КМОН ІС величина , знаходимо:

.

З проведеного аналізу можемо зробити деякі висновки.

Робота мультивібратора характеризується двома тимчасово стійкими станами. Для розглянутої схеми це стан, коли виходи Вих. 1 та Вих. 2 мають рівні сигналів “1”, “0” або “0”, “1”. Тривалість обох станів однакова і в сумі визначає період генерації коливань. Зміна станів відбувається протягом дуже короткого інтервалу часу, тобто практично миттєво. (При розгляді інтервалу перемикання конденсатори C₁ і C₂ можна не враховувати, і тоді процес перемикання подібний до тригерного). Такий процес перемикання, який характеризується тимчасовим переходом мікросхем в активний режим, наявністю позитивного зворотного зв’язку між мікросхемами і високим контурним коефіцієнтом підсиленням кожної з них, називається регенеративним. Він закінчується тим, що кожна з мікросхем переходить у режим насичення (або запирання) з низьким коефіцієнтом підсилення.

Частота генерації задається часозадаючими елементами, в якості яких використанні два RC-кола.

У мультивібраторах можуть використовуватись одне RC-коло, LC-контур або кварцовий резонатор. Зміною постійних часу RC-кола чи параметрів LC-контуру можна забезпечити керовану зміну частоти генерації. При використанні компонентів, керованих напругою або струмом, можна будувати генератори, керовані напругою або струмом. Керовані генератори здебільшого мають досить низьку стабільність фіксованої частоти, а також обмежений діапазон регулювання.