Ждущий мультивибратор, одновибратор, формирователь импульсов
Схемы формирователей импульсов на цифровых КМОП микросхемах, онлайн расчёт времязадающих цепей и длительности
выходных импульсов
– Почему ждущий?
– Почему, почему? Потому что не спит ни днём, ни ночью – он на дежурстве, он ждёт!
И ожидает он не трамвая на остановке, а внешнего сигнала запуска
для формирования одиночного выходного импульса фиксированной длительности, после чего возвращается в первоначальное
состояние самопроизвольно, без каких-либо воздействий и утомительных уговоров.
– А почему одновибратор?
– Ну, так как, почему? Выдержан, характер нордический, в генерацию, подобно мультивибратору, не впадает, имеет одно
устойчивое состояние...
Говорили ж Вам – он на дежурстве, он ждёт!
– «Говорили ж бабы Вам, пиво с водкой, не для дам!». Второе-то состояние – неустойчивое!
– А тут уж, мил-человек, ничего не попишешь, в конце концов, он – одновибратор. У каждого свои недостатки...
Итак, определимся:
Одновибраторы (они же, ждущие мультивибраторы) – это устройства, выполняющие функцию формирования
импульсов определённой длительности, задаваемую внешними времязадающими резисторами и конденсаторами.
В зависимости от задачи и используемой схемотехники, одновибратор может выполнять функцию как укорачивающую,
так и удлиняющую (расширяющую) по отношению к длительности поступающего на вход сигнала.
С укорачивающими формирователями, по большому счёту, всё понятно. После появления на входе управляющего сигнала – на выходе
выскакивает укороченный импульс заданной длительности, передний фронт которого совпадает с началом (либо с концом)
входного.
В расширяющих одновибраторах длительность входного импульса должна быть короче длительности формируемого импульса, и
тут возникают варианты:
1. Ждущий мультивибратор не реагирует на входной сигнал до окончания своего выходного импульса – именно такое устройство называется
одновибратором без перезапуска.
2. Ждущий мультивибратор запускается с каждым новым входным импульсом, независимо от того, возвратился ли он в первоначальное состояние
после предыдущего срабатывания – такое устройство называется одновибратором с перезапуском.
Если период следования входных импульсов меньше длительности, определяемой времязадающими цепями одновибратора, выходной импульс
с перезапуском не прерывается.
Ну а если период входных запускающих импульсов больше времени выдержки одновибратора, то оба типа одновибраторов работают одинаково.
Приведём поясняющие картинки:
Рис.1 Диаграммы работы одновибраторов с перезапуском и без перезапуска
Здесь Т – это формируемая одновибраторами длительность, задаваемая внешними RC цепями.
В природе существует ряд разновидностей интегральных микросхем и таймеров, спроектированных специально для работы в качестве ждущих
мультивибраторов и формирователей импульсов заданной длительности. Давайте забудем про них, а посвятим себя простым формирователям
на логических КМОП элементах, которые, как правило, без труда отыскиваются в закромах радиолюбительского хозяйства.
Начнём с начала:
Укорачивающие формирователи импульсов:
Рис.2 Одновибратор на логическом элементе "Исключающее ИЛИ" и
интегрирующей RC-цепи
Начало выходного импульса соответствует переднему фронту входного сигнала.
Рис.3 Всё как в предыдущей схеме, только начало выходного импульса
соответствует заднему фронту входного сигнала
Рис.4 Ещё более простая вариация предыдущих схем, формирует два
импульса:
1 – по переднему фронту входного сигнала, 2 – по заднему
Рис.5 Одновибратор на инверторах и дифференцирующих RC-цепях
Этот одновибратор имеет два выхода и, соответственно, формирует 2 импульса по переднему и заднему фронту входного сигнала с возможностью
раздельной регулировки их длительностей.
Рис.6 Наиболее часто используемая схема укорачивающего формирователя
импульсов на логическом элементе "2И-HЕ" и интегрирующей
RC-цепи
Одновибратор формирует импульс по переднему фронту входного сигнала.
Рис.7 Ещё одна часто используемая схема одновибратора на "2ИЛИ-HЕ" и
интегрирующей RC-цепи
Формирует импульс по заднему фронту входного сигнала.
С укорачивающими устройствами давайте закончим и перейдём к примерам, когда из коротких входных импульсов требуется получить более
широкие выходные импульсы заданной длительности.
Расширяющие формирователи импульсов
По большому счёту, многие из расширяющих одновибраторов не чувствительны к длительности входного импульса и нормально могут
трудиться и в качестве укорачивающих. Мы, естественно, об этом никому не скажем, но украдкой будем иметь в виду.
Рис.8 Расширяющий одновибратор, срабатывающий по спаду вх. импульса
Рис.9 Расширяющий одновибратор, работающий по фронту вх. импульса
Рис.10 Расширяющий одновибратор, срабатывающий по спаду вх. импульса
Рис.11 Расширяющий одновибратор, работающий по фронту вх. импульса
Схемы, приведённые на Рис.8-11 и построенные на основе логических элементов "2И-HЕ" либо "2ИЛИ-HЕ",
не чувствительны к длительности входного импульса и наиболее широко применяются в радиоаппаратуре.
Данные ждущие мультивибраторы срабатывают по переднему фронту или спаду входного сигнала и не реагируют последующие его изменения до окончания
своего выходного импульса, т. е. являются одновибраторами без перезапуска.
При необходимости получить одновибраторы, обладающие свойствами перезапуска, следует обратить внимание на схемы, приведённые на Рис.12 и Рис.13.
Данные ждущие мультивибраторы срабатывают по заднему фронту входного сигнала.
Рис.12 Расширяющий одновибратор с перезапуском на элементе "2И-HЕ"
Рис.13 Расширяющий одновибратор с перезапуском на элементе "2ИЛИ-HЕ"
Рис.14 Расширяющий одновибратор на D-триггере без перезапуска
Выполнение одновибраторов на D-триггере, Рис.14, даёт возможность иметь два раздельных входа запуска (по переднему фронту импульса),
а также сразу получать на выходах прямой импульс и импульс с инверсией.
Длительность подаваемых на вход S запускающих импульсов должна быть меньше формируемого (режим, когда на входах S и R одновременно
присутствует лог. "1", является запрещённым). На входе С длительность запускающего импульса может быть любой. В случае отсутствия
потребности в двух раздельных входах запуска, S-вход триггера следует посадить на землю.
Данный ждущий мультивибратор является одновибратором без перезапуска.
Рис.15 Расширяющий одновибратор на D-триггере с перезапуском
Если требуется иметь перезапуск одновибратора, построенного на триггере, следует обратить внимание на схему, приведённую на Рис. 15.
Общее для всех формирователей
Чтобы выходное сопротивление микросхем не оказывало влияние на точность расчета длительности выходного импульса,
резистор R1 должен быть номиналом не менее 10... 20 кОм.
Чтобы пренебречь при расчётах ёмкостями монтажа и собственными ёмкостями ИМС, номинал конденсатора С1 выбирается значением –
не менее 200–600 пФ.
Если перед разработчиком стоит задача получения высокой температурной стабильности длительности выходного импульса –
номинал R1 должен быть выбран < 200 кОм, а ёмкость конденсатора С1 – не более 1, 5 мкФ. Использование электролитических конденсаторов
увеличивает нестабильность временного интервала.
Длительность выходного импульса ждущего мультивибратора зависит как от скорости заряда (разряда) времязадающей цепи R1С1,
так и от порога срабатывания логического элемента. Если заложиться 10–15% погрешностью в расчёте этого временного интервала, то
можно принять Unop, равным половине напряжения питания микросхемы. В этом случае длительность формируемого импульса составит величину
tи=0,69RC.
Ну и по традиции приведём незамысловатый онлайн калькулятор.
Расчёт длительности выходных импульсов одновибраторов,
построенных на логических ИМС
А на следующей странице познакомимся со схемотехникой одновибраторов, построенных с применением триггеров Шмитта.
|
