ФОРМИРОВАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ
Формирователи предназначены для получения импульсов определенной формы и длительности.
Формирователи типа триггера Шмитта, с помощью которых получают прямоугольные импульсы, могут выполняться как на готовых микросхемах, содержащихся в некоторых сериях (см. § 4.3), так и на базе элементов И — НЕ и ИЛИ — НЕ с использованием навесных элементов. На рис. 7.5,а приведен пример подобного устройства, преобразующего синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы. Положительная обратная связь, создающая крутые фронт и срез выходных импульсов, вводится включением резистора между выходом второго и входом первого инвертора. Входное напряжение в этом формирователе подается через дополнительный резистор сопротивлением 470 Ом. Диоды, подключенные ко входу первого инвертора, ограничивают значение входного напряжения.
Вариант построения триггера Шмитта без дополнительных резисторов показан на рис. 7.5,6. Устройство содержит предварительный усилитель (левые инверторы) и RS-триггер (правые инверторы). Предварительный усилитель улучшает фронт и срез формируемого напряжения и управляет триггером, с выхода которого снимают прямоугольные импульсы.
Формирователь коротких импульсов на элементах И — НЕ приведен на рис. 7.5,0. На входы элемента 4 поданы взаимно-инверсные сигналы со входа и выхода цепи инверторов. Сигнал 0 на выходе элемента 4 появляется только в том случае, когда сигнал на входе элемента 1 переходит из 0 в 1. При этом, пока пеое-ключаются элементы 1 — 3, на оба входа элемента 4 будут поданы единичные сигналы. Длительность выходного импульса формирователя можно изменять числом последовательно включенных инверторов (их число обязательно должно быть нечетным).
Формирователь длинных импульсов на элементах ИЛИ — НЕ показан на рис. 7.5,г. В исходном положении сигнал на выходе элемента 2 равен 0, так как на его вход через открытый транзистор эмиттерного повторителя подается положительный потенциал. При подаче на вход элемента 1 кратковременного положительного импульса отрицательный скачок напряжения передается через конденсатор на эмиттерный повторитель и далее на вход элемента 2. На его выходе установится сигнал 1, который по цепи обратной связи будет удерживать элемент 1 в состоянии 0, даже если входной импульс закончится.
Формирователь будет в таком со стоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет порога срабатывания транзистора. После этого выходной сигнал элемента 1 станет равным 1, а сигнал элемента 2 — 0. Рассмотренная схема позволяет получить длительность выходного импульса более 10 с.
Рис 7.5. Формирователи импульсов на микросхемах:
a, б — формирователи прямоугольных импульсов; в — формирователь копотких импульсов; г - формирователь длинных импульсов; д, е«-формирователи с запуском от механических переключателей
Для радиолюбительской практики представляют интерес формирователи с запуском от механических контактов, например кнопки. Особенностью управления от механического переключателя является появление в момент переключения дребезга контактов (многократного перехода в течение малого промежутка времени от замкнутого состояния к разомкнутому и обратно). Это может вызвать появление вместо необходимого одиночного импульса пачки импульсов, приводящих к сбою в работе устройства.
Простейший формирователь перепада потенциала, построенный на элементах И — НЕ показан на рис. 7.5Д Нулевой потенциал, прилагаемый с помощью переключателя к одному из входов триггера, опрокидывает его. Причем при каждом срабатывают переключателя триггер реагирует только, на первое замыкание соответствующей контактной пары и последующий дребезг уже не изменяет его состояния.
Для ликвидации дребезга может использоваться конденсатор, который при замыкании кнопки быстро заряжается и при последующем дребезге контактов практически не пропускает тогс из-за большой постоянной времени. На рис. 7.5,е показана схема формирователя импульсов с использованием конденсатора.
Рис. 7.6. Генераторы импульсов:
а — с использованием кольца из нечетного числа логических инверторов; б, в — с RC-времязадающими цепями; г — с многофазными выходами
Генераторы импульсов могут быть построены по схеме с обратной связью (рис. 7.6, а), с использованием кольца из нечетного числа логических инверторов.
При этом возникает режим автоколебаний с частотой, определяемой суммарной задержкой распространения сигнала в инверторах. Частоту на выходе этого устройства можно понизить, если использовать шунтирование выходов микросхем конденсаторами. Для регулировки длительности импульсов можно также использовать шунтирование одного или нескольких микросхем конденсатором и резистором. Пример генератора прямоугольных импульсов с времязадающей цепью RC показан на рис. 7.6,6. При использовании микросхем К511ЛА1, если С — 300 пФ R=25 кОм, длительность импульсов составляет 10 мс. На рис 7.б,б представлена схема генератора, в котором можно менять Длительность импульсов (с помощью R2. С1, С2) и их скважность (Ri). Если С,=1 мкФ, С2=0,5 мкФ, R1=15 кОм, R2=45 кОм. длительность импульса будет 5 мкс.
Следует учитывать, что генераторы, подобные приведенным на рис. 7.6,а — в, не отличаются высокой стабильностью.
В ряде случаев для управления требуются генераторы с многофазными выходами. Пример такого генератора показан на рис 76г Выходы регистра через элемент ИЛИ — НЕ соединяют с его последовательным входом. При наличии на одном из выходов регистра 1 в регистр будет записываться 0. После появления 1 на последнем выходе регистра на входе элемента ИЛИ — НЕ появятся 0, что приведет к записи в регистр 1. На выходе регистра вновь появится последовательность импульсов, при которой 1 будет каждый раз только на одном выходе. Устройство совпадения на выходах регистра используется для синхронизации с целью предотвращения наложения выходных импульсов.
В практике радиолюбителей при создании электронных часов широко применяют генераторы секундных и минутных импульсов.
Рис. 7.7. Генераторы секундной и минутной последовательности импульсов:
а — на микросхемах К176ИЕ5, К176ИЕЗ, К176ИЕ4; б — на микросхеме К.176ИЕ12
Для создания таких генераторов целесообразно использовать микросхемы К176ИЕ5 или К176ИЕ12. Принципиальные схемы приведены на рис. 7.7. Микросхема К176ЙЕ5 (рис. 7.7,а) состоит чз инвертора и трех делителей частоты, обеспечивающих деление в 512; 32 и 2 раза.
Общий коэффициент деления 32768. Это позволяет получить импульсы частотой следования 1 Гц при использовании часовых кварцевых резонаторов с частотой 16384 или 32768 Гц. Для получения минутной последовательности импульсов производят деление секундной последовательности на 6 и на 10 с помощью микросхем К176ИЕЗ и 176ИЕ4. Инвертор используют как активный элемент задающего кварцевого генератора. Резонатор, резисторы и конденсаторы — навесные, их подключают между выводами 9 и 10. Установку 0 всех делителей частоты осуществляют подачей положительного перепада на установочные входы 3 (К176ИЕ5) или 5 (К176ИЕЗ, К176ИЕ4). Для работы делителей необходимо эти выводы соединить с общим проводом.
Микросхема К176ИЕ12 имеет в своем составе четвертый делитель на 60, позволяющий получать минутную последовательность импульсов (рис. 7.7,6).
Рассмотренные устройства требуют применения специальных кварцевых резонаторов.
Для радиолюбителей представляют интерес варианты использования кварцевых резонаторов и на другие частоты. Максимальная рабочая частота микросхем К176ИЕ5 и К176ИЕ12 1 МГц, следовательно, частота задающего генератора, определяемая используемым резонатором, должна быть не более 1 МГц. Если частота резонатора кратна 10, то можно получить частоту 1 Гц, используя микросхему К176ИЕ4. При частоте резонатора 100 кГц делитель реализуется на пяти микросхемах. Основные делители микросхем К176ИЕ5 или К176ИЕ12 при этом использовать нельзя. Если необходимо получить еще и минутную последовательность импульсов, то при микросхеме задающего генератора К176ИЕ5 придется ввести еще делитель на 60, как показано на рис. 7.7,а. Если задающий генератор выполнен на микросхеме К176ИЕ12, то целесообразно использовать делитель на 60 этой микросхемы (вход 7, выход 10). В целом генератор на резонаторе 100 кГц реализуется на шести — восьми микросхемах.
Если имеющийся у радиолюбителя кварцевый резонатор не герметизирован, то в цепях сокращения числа микросхем изменить его частоту можно подточкой кварцевой пластины.
Так как делители микросхем работают в двоичном коде, то наименьшее число разрядов делителя для получения секундной последовательности импульсов будет в том случае, когда частота кварцевого генератора будет равна 2n, где n — число разрядов делителя. При частоте резонатора 32768 Гц необходимо 15 разрядов, при частоте 65536 Гц — 16, при частоте 131072 Гц — 17 разрядов делителя.
Рис. 7.8. Генераторы импульсов на микросхемах К176ИЕ5: а — секундной последовательности; 6 — минутной последовательности
Для получения минутной последовательности импульсов при одном и том же числе разрядов делителя частоту кварца нужно взять в 60 раз меньше. При 21 разряде счетчика частота резонатора должна быть 34952 Гц, при 22 — 69905 Гц, при 23 — 139810 Гц и т. д. Если резонатор имеет частоту от 70 до 130 кГц, то подточка должна производиться до частоты 131072 Гц (для секундной последовательности или до частоты 139810 Гц (для минутной последовательности). В этом случае делители должны иметь 17 или 23 разряда соответственно.
Схема генератора секундной последовательности импульсов на кварцевом резонаторе с частотой 131072 Гц, изготовленном из фильтрового резонатора на частоту 127 кГц, приведена на рис. 7.8,а. Генератор выполнен на микросхемах К176ИЕ5 и К176ТМ1, реализующих задающий генератор и делитель частоты с 17 разрядами. Вместо микросхемы К1761М1 можно применить микросхемы К176ТМ2, К176ТВ1, но схемы их включения другие.
Схема генератора минутной последовательности импульсов при использовании резонатора на частоту 139810 Гц и двух микросхем К176ИЕ5 приведена на рис. 7.8,6. Минутная последовательность импульсов снимается с выхода 4 второй микросхемы и подается на счетчик минут. Последовательности импульсов с частотами следования 139810,9 и 4,5 Гц могут быть использованы для установки времени в различных вариантах часов, с частотой 273 Гц — для сигнального устройства будильника или для стробирования сигналов, подаваемых на жидкокристаллические индикаторы, с частотой 0,53 Гц — в качестве тактовых импульсов в коммутаторе часов с индикацией на одной лампе.
Различные варианты формирователей и генераторов приведены в [2, 35].
