МИКРОСХЕМЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

     

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].


Содержание раздела