Главная » Книги и журналы

1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 38

импульсов в диапазоне 50%-<Д-< 100%. Величина, обратная Д, называется скважностью.

Получить Д<:50% можно, включив в схему на рис. 7.16, а диод VD1, как показано в схеме б табл. 7.1. Конденсатор С/ в таком мультивибраторе будет заряжаться через Ri и открытый диод VD1, а разряжаться, как и в базовой схеме, через R1. Чтобы уменьшить влияние диода VD1 на точность формирования временных интервалов, целесообразно последовательно с резистором R1 включить диод VD2, идентичный по параметрам диоду VD1 (например, использовать однокристальные диодные или транзисторные сборки). В этом случае влияние диодов на временные интервалы t\ и взаимокомпенсируется. Однако времена Л, h импульсов, генерируемых таким мультивибратором, больше аналогичных времен импульсов, генерируемых базовой структурой (схема а, табл. 7.1).

Таблица 7.1

Мультивибраторы на однотактном таймере

Схема

Время выхода на режим 0

Длительность импульса /

Длительность паузы tz

Коэффициент заполнения Л

Базовая схема (см. рис. 7.16, а)

\,\(Rx + R,)C,

0,mЩ^ + R)C

0,693/? 1 С,

<2r;+r,<

<100

KPI006BM

\7 6

2 f -г

бых

0,1мк

крюобвт

	&

п

10 мк

\,2R,C,

0,76R,C,

0,76/? 1 С,

0<

R,+R, <100

0,693(/?,-Ь/?,)С,

0,693/?iC,

Без шунтирующих диодов

?,-Ь'?,

50 <

2R,+R, <100;

с шунтирующими диодами

0<

R, + R, <100

Следует учитывать, что чем меньше напряжение Un, тем существеннее влияние диодов. Вместе с тем при напряжении питания 15 В погрешность определения параметров Rt и Ct в зависимости от требуемой частоты fr (рис. 7.17, а) не превышает 10%, т. е. лежит в рамках обычного разброса параметров Rt и Q. В схеме б табл. 7.1 приведены значения временных параметров сигналов мультивибратора при Un=l5 В.

Мультивибратор на рис. 7.16, а имеет два недостатка. Первый состоит в том, что после включения источника питания на выходе мультивибратора формируется первый временной интервал 4+ + 4, который на 55% больше, чем каждый из последующих, имеющих длительность 1 + 4.. Объясняется это тем, что конденсатор Ct, полностью разряженный в исходном состоянии, после включения Un заряжается в течение времени to=l,l{R\-\-Rt)Ct> t\ до напряжения 2U /3, соответствующего верхнему пороговому напряжению срабатывания таймера. Время же заряда С, до напряжения 2t/n/3 в последующих временных интервалах /i =0,693 {Ri-\-Rt)Ct, так как исходное напряжение на конденсаторе Ct равно U /3, а не О В (рис. 7.16, б).

Второй недостаток базовой структуры мультивибратора и ее модификации (схема а, табл. 7.1) в том, что выходное напряжение таймера, в первый момент после включения питания устанавливается на своем высшем уровне около Un, а не низшем нулевом. Последнее во многих устройствах, где полезным сигналом является напряжение лог. 1, требует дополнительных аппаратурных затрат для исключения действия таймера в течение времени установления напряжения питания.

Устранить оба недостатка можно простой перекомпоновкой элементов мультивибратора на рис. 7.16, а, не меняя их числа и номиналов (схема б, табл. 7.1). В момент включения питания модифицированного таким образом мультивибратора устанавливаются почти одинаковые потенциалы на выводах 2, 5 и 6. Вследствие этого напряжение на выходе таймера остается равным 0,1 В. Исходное напряжение на выводах 2 и 6 U = 2Un Ri/(3R\-\-2Ra), где Ra=5 кОм - сопротивление резистора внутреннего делителя в таймере (см. рис. 7.3, а). Следовательно, в момент включения питания напряжение на выводах 2 и 6 начинает уменьшаться от исходного значения 2Un/3 (при 3/?i>>10 кОм) из-за заряда конденсатора Ct через резистор R1. После уменьшения напряжения Ub на выводе 5 до 2Un/3 выходное напряжение за время 0,G9SR\Ct изменится от О до Un. Затем конденсатор начинает заряжаться, и в течение времени 0,693 {Rt + Ri)Ct напряжение на Ct уменьшается до нуля, после чего выходное напряжение переключается от Un до о, т. е. возвращается в исходное состояние. Затем описываемый цикл повторится.

Большие сопротивления резисторов R1 и Ri необходимы при генерировании длительных интервалов времени (более 1 с), когда ошибки в работе обычного мультивибратора особенно существенны. При уменьшении сопротивления до величины, близкой к Rc, напряжение U становится значительно меньше 2t/n/3. Поэтому в момент включения U напряжение на конденсаторе Ct равно 2t/n/3 -(Уи и за время уменьшения этого напряжения до нуля на выходе таймера поддерживается высокий уровень напряжения. Это время существенно меньше, чем в обычном мультивибраторе, пока выполняется неравенство RaR\. При параметрах элементов, показанных на схеме б табл. 7.1, значение Д выходных колебаний около 66%. Чтобы получить Д<50%, необходимо включить ,в мультивибратор диоды (см. схему б, табл. 7.1). Для управления режимом работы мультивибратора рекомендуется использовать цепь с диодом VDy. Если от логического элемента на катод диода подано напряжение 0,1 ...0,3 В, то генерация колебаний таймером прекращается. Необходимо учитывать, что выходная цепь логического элемента в этом случае должна принять ток Un/Ra- Если для управления таймером используется ТТЛ схема, то его напряжение питания должно быть 5 В.

Регулировку частоты и скважности выходных импульсов мультивибратора можно осуществить, разделив цепи заряда и разряда времязадающего конденсатора Ct. В схеме на рис. 7.18, а это достигается включением диодов VD1, VD2, что позволяет регулировать временные интервалы ti и (2 независимо друг от друга. При. такой регулировке одновременно со скважностью изменяется и частота выходных импульсов, В схеме на рис. 7.18, б интервалы t\ и t2 регулируются таким образом, что их сумма Tu = t\-\-t2 остается практически постоянной. Следовательно, скважность выходных импульсов можно регулировать; не меняя их частоты. При проектировании обеих схем целесообразно выбрать R\=R2 и Rz = = /?4. Тогда, например, при R\=R2=\Q МОм и /?з = /?4 = 1 кОм значение Д выходных импульсов можно регулировать в диапазоне 0,01-99,99%. Период выходных сигналов в обеих схемах боль-

,1k

W.VI]1 R1

/?4 Ik

.КРЮОбвМ

бых

R3 2 Ik

R4 Ik

Вых

КР1006ВИ1

Рис. 7.18. Схемы мультивибраторов с регулируемыми длительностью (а) и скважностью (б) импульсов

R1 2М

R2 1,5 к

I

0,1 мк

8 1к

\R4 12К

0,1мк Л.

В2 \.

0,1нк

R6 5Бк

К140УД6

Бых

2UjS

Вых

--п

Рис. 7.19. Схема мультивибратора с независимой регулировкой частоты и скважности импульсов (а) и временные диаграммы его работы (б)

ше, чем в базовой структуре мультивибратора на рис. 7.16, а. Объясняется это уменьшением изменения напряжения на С/ от t/п/З до t/п/З - t/д, где 6дж0,7 В.- падение напряжения на открытом диоде VDI или VD2. Длительность полупериода выходного напряжения в этих схемах при /?, = /?2 + /?з = /?1+ /?4 равна 7 /2 = /?,С, ln[(2t/n/3-6д)/(С/п/3-t/д)]. Чем меньше напряжение питания мультивибраторов, тем сильнее сказывается влияние диодов. Например, при [/ =15 В период выходного сигнала равен 0,76RtCt, а при t/ = 5 В период увеличивается до 1,4/?(G(.

Независимое регулирование частоты выходного сигнала мультивибратора от 10 Гц до 10 кГц и его коэффициента заполнения от 1 до 99% можно получить в схеме на рис. 7.19. Таймер D/ работает в автоколебательном режиме с периодом выходных импульсов T =l,4(R\-\-R2) Ct, который регулируется потенциометром R1. Таймер D2 работает в режиме одновибратора и периодически запускается сигналом U\. Экспоненциальное пилообразное напря жение U2. с входа таймера D1 подается на таймер D2 через неинвертирующий повторитель на ОУ. Величина Д выходных им пульсов, т. е. время 4, зависит не от параметров цепи RlR2Ct, а от напряжения на пороговом входе (вывод 6) таймера D2. Уровень выходного напряжения таймера D2 остается высоким до тех пор, пока пороговое напряжение не превысит 2t/n/3. Напряжение (/4 на пороговом входе таймера D2 зависит от напряжений U2, Иъ и определяется выражением U4=[U2Rb/{Rb + Rb)\ + [(UiRb/ {Rb-\-Rb)\ - Напряжение LI2 изменяется от t/ /3 до 2t/ /3. Использование ОУ исключает влияние сопротивлений R5 и R6 на параметры времязадающей цепи на входе таймера D1, т. е. действие цепи регулировки скважности на частоту выходных импульсов.

Скважность регулируется резистором R3. Таким образом, частота и скважность могут регулироваться независимо друг от друга. Диапазон регулирования частоты можно установить равным 100 Гц... ...100 кГц, уменьшив емкость С, до 0Х)1 мкФ.

Во многих типах испытательной и демонстрационной аппаратуры необходим генератор, переключаемый из ждущего режима работы в автоколебательный. Этот генератор нетрудно построить на одном таймере (рис. .7.20). В таком генераторе вожможны два способа обеспечения обоих режимов работы: включением резистора R3 в цепь сброса таймера и соединением через диод выводов 3 и 5. Перестройка генератора из мультивибратора (М) в одновибратор (0) производится переключателем S1.

При использовании диода напряжение на выводе 5 уменьшается до 0,9 В при низком уровне выходного напряжения. Чтобы триггерный вход смог отреагировать на очередной импульс, напряжение на конденсаторе С, должно стать меньше 0,45 В. Длительности генерируемых таким генератором импульсов в ждущем и автоколебательном режимах различаются на 5%.

Сопротивление резистора R3 выбирается с таким расчетом, чтобы длительность импульса, генерируемого в ждущем режиме, совпадала с длительностью импульса в автоколебательном режиме. Резисторы Rt, R3 образуют делитель, не позволяющий конденсатору Ct полностью разрядиться, когда напряжение на выводе 7 близко к нулю.

Недостаток использования резистора в том, что требуется предварительный расчет сопротивления R3 (исходя . из необходимых временных характеристик), вследствие чего сложно регулировать длительности импульса. Если же применить диод, то из-за уменьшения пороговых напряжений импульсы получаются значительно короче, чем в структуре с R3, и существенно зависят от температуры и разброса параметров диода. Таким образом, преимущество использования резистора R3 состоит в возможности получения значительно лучшей точности и большей длительности генерируемых импульсов, а преимущество применения диода - в простоте настройки генератора.

Мультивибратор, формирующий двухполярные выходные импульсы, можно построить на таймере с автоматическим переключением напряжения питания (рис. 7.21). Дифференциальное напряжение между выводами / и 5 не превышает 13 В благодаря управлению его величиной с, выхода таймера через транзисторы VT/, VT2. При положительном выходном напряжении, равном 11 В, напряжение на базе VT1 равно 13 В, а на выводах 4 и 8 около 12 В. При этом на выводе / напряжение близко к. -1 В. Если на выходе устанавливается отрицательное напряжение около -11 В, то на выводе 1 напряжение равно -12 В, а на выводе 8 около 1 В (см. рис. 7.21, б). Для уменьшения .выбросов выходного напряже-

ЧН о

с КР1006ВИ1

	11-Ь
	2Б
		1Р

-15 В

		-1В
			12В

О

Рис. 7.20. Схема универсального Рис. 7.21. Схема мультивибратора двухполярных генератора импульсо в (а) и временные диаграммы его

работы (б)

НИЯ базы транзисторов целесообразно зашунтировать конденсаторами емкостью порядка 1000 пФ. В остальном работа схемы аналогична работе мультивибратора на рис. 7.16, а и для выбора сопротивлений RI, Rt и емкости Ct можно воспользоваться зависимостями,на рис. 7.17. Если необходимо получить несимметричные выходные импульсы, то достаточно изменить соотношения между сопротивлениями резисторов в делителях R2R3 и R4R5. Однако в этом случае необходимо следить за тем, чтобы дифференциальное напряжение между выводами / и 5 не превышало 16 В при крайних значениях выходного напряжения.

Формирование тактовых импульсов со значением Д = 50%, или так называемого меандра, является обычной задачей в современной цифровой аппаратуре. Меандр, у которого временные интервалы совпадают с точностью 2 ...3%, можно получить на выходе рассмотренных выше мультивибраторов при Rt = 0, схэ в схеме на рис. 7.16, а и при Ri = Rt в схеме б табл. 7.1. Однако в этих мультивибраторах невозможно получить предельную для таймера точность совпадения t\ и 4, равную 0,5%. Объясняется это тем, что сопротивление R\ в схеме на рис. 7 16, а ограничено снизу максимально допустимым выходным током внутреннего транзистора VT1, а сопротивление R1 должно быть менее 20 МОм для нормальной работы мультивибратора. Выполнить равенство R\=Rt проще, но, чтобы получить высокую точность, необходимы прецизионные резисторы, что не всегда приемлемо. Кроме того, при уменьшении напряжения питания существенное влияние на скважность будет оказывать разброс параметров диодов. Поэтому для генерирования импульсов созначением Д = 50% обычно применяют специализированные мультивибраторы (табл. 7.2), обепечивающие погрешность менее 1%.

Генерирование меандра с помощью (-триггера, подключенного к выходу таймера (табл. 7.2, схема а), не. требует изменения ба-

зовой структуры мультивибратора. Частота выходного сигнала триггера, управляемого по счетному входу, в два раза меньше частоты собственных выходных импульсов таймера fj.= l/2T = = l/2{Rt-\-2Ri) Ct. Поэтому на параметры выходных импульсов триггера влияет не отношение сопротивлений резисторов Rt и R1, а ш абсолютная величина.

Таблица 7.2

Генераторы меандра на однотактном таймере

Схема

Время выхода на режим /о

Время рабочего цикла Л -Ь/г

Частота выходных импульсов /г

KPimBM

1,793(/?, + /?/)С,

0,693(2/?,+У?,) С,

дых

0.722

(2/?,+/?,)С,

l,l/?,iG

1,386/?,С,

0,722 R,Ct

I I Un

Вых

1,2/?,С,

1,386У?,С,

(iOfMK

0,722 R,C,

Построить генератор можно, перекомпоновав элементы базовой структуры мультивибратора, как показано в табл. 7.2, схема б. В отличие от структуры на рис. 7.16, а времязадающая цепь здесь управляется выходным напряжением таймера, а не по выводу 7. Поэтому между выходом таймера и цепью питания включен нагрузочный резистор R , позволяющий увеличить амплитуду выходного напряжения почти до U . Высокая точность при формировании

меандра получается благодаря тому, что заряд и разряд конденсатора Ct осуществляются через резистор Rt. На точность влияют стабильность высокого и низкого уровней выходного напряжения и их симметричность относительно пороговых напряжений Un/S и Зи /3. При рекомендуемом обычно значении Rk = \ кОм сопротивление Rt необходимо выбирать из условия RtRn, т. е. Rt> 10 кОм. В зависимости от требуемой частоты fr выходного сигнала возможные сочетания между сопротивлением Rt и емкостью Ct можно определить из графиков на рис. 7.22.

Существенно влияет на точность работы мультивибратора (табл. 7.2, схема б) зависимость частоты генерируемых импульсов от входного сопротивления Rbx. и приемника сигнала. При уменьшении сопротивления Rbx. и низкий и высокий уровни выходного напряжения изменяются на значение до 1,5 В, неодинаковое для обоих уровней из-за некоторого различия выходных спротивлений таймера для втекающего и вытекающего токов. Для устранения влияния Rbux. и можно подключить приемник сигнала к высокоомно-у выходу (вывод 7), который в рассматриваемом включении таймера свободен. Если же использовать высокоомный выход таймера не представляется возможным или необходим низкоомный мощный вывод, то целесообразно воспользоваться схемой в табл. 7.2. В отличие от рассмотренных выше генераторов меандра в этой структуре конденсатор Ct заряжается через транзистор и времязадающий резистор Rt- Перепад напряжения, заряжающего Ct, равен Un - - t/э.Б. а разряжающего Un-t/д-U , где (Уэ. в и t/д - падения напряжений на переходе эмиттер - база транзистора и диоде, Uk - падение напряжения на насыщенном внутреннем транзисторе VTL Поскольку заряд и разряд Ct происходят через резистор

погрешности в формировании меандра могут возникать в первую очередь из-за различия напряжений t/э.б и Ua-\-Ua. Наилучшие характеристики мультивибратора в схеме в табл. 7.2 обеспечивает диод Шотки или цепь диода с транзистором, реализуемая на базе однокристальной транзисторной сборки. Показанная регулировка рабочей частоты резистором Rt может быть применена в схеме б табл. 7.2, графики на рис. 7.22 могут быть также использованы для выбора параметров Rt и Ct в рассматриваемом мультивибраторе.

Вместо биполярного транзистора и диода в схеме в табл. 7.2 можно включить р-канальный полевой транзистор (например, КП202), управляемый с выхода таймера. Такой мультивибратор также обеспечивает точность формирования меандра (около 1%), но, во-первых, работает в ограниченном диапазоне напряжения t/n=10...15 В, а во-вторых, указанная точность сохраняется только при низких частотах выходных сигналов из-за значительного (0,5...3 кОм) сопротивления канала большинства полевых транзисторов.

Cf,MK0

10 10 10 10 Г^,Гц

Рис. 7.22. Зависимости параметров генератора меандра от параметров внешних элементов

Рис. 7.23 Схема многоканального генератора меандров

Генератор, формирующий одновременно восемь последовательностей импульсов со скважностью 2 и кратными значениями частоты, можно построить на программируемом таймере (рис. 7.23). Генератор запускается в момент включения источника питания, что достигается использованием интегрирующей цепи на выводе . При включении напряжение на выводе 11 близко к нулю. Затем через /оЛ?0,5/?С| на входе запуска напряжение увеличивается до 1,5 В - значения, соответствующего порогу срабатывания управляющего триггера DW (см. рис. 7.4). При этом на восьми выходах таймера появляются периодические импульсы со скважностью около 2 и частотой \/2 RtCt на выводе /, 1/4 RtCt на выводе 2 и т. д. Если необходимо получить конечное число импульсов с одного или нескольких выходов, то вывод, следующий за последним, используемым из числа выводов /-8, необходимо соединить с выводом 10. Например, при выполнении какой-либо вычислительной операции или подпрограммы в микропроцессоре, если требуются 16 тактов с периодом 2RtCt и один такт с периодом 2>2R\Ct, необходимо соединить выводы 6 ч 10. Ъ этом случае в момент появления положительного импульса на выводе 6 генерирование тактовых сигналов прекратится и на всех выходах таймера установится напряжение U . Для управления работой генератора можно использовать цепь R1C1, отключив ее от источника U .

Генерируемые рассмотренными мультивибраторами на однотактном таймере временные интервалы ti, tz или r можно увеличить от десятков минут до десятков часов, заменив времязадающую RtCt-цепь интегратором на ОУ с полевыми транзисторами на входе (К544УД1, К140УД8 и др.). Входной ток таких ОУ (20...50 пА) значительно меньше входного тока компараторов таймера, благодаря чему времязадающие конденсаторы Ct могут перезаряжаться токами порядка наноампер, необходимыми для точного формирования импульсов сверхнизкой частоты. В схеме такого генератора, показанной на рис. 7.24, а, таймер работает в режиме

RS IN

	г	2 к

Вых

К544УД2

14 k

КРЮ06ВИ1

КР1006ВИ1

Вых 1 мк

Рис. 7.24. Схемы генераторов импульсов длительностью от часа (с) до суток (б)

мультивибратора. Транзистор VTI управляется сигналом, поступающим с вывода 7 таймера. Напряжение на коллекторе транзистора VTI изменяется от нуля при насыщенном транзисторе до [/п/2 при закрытом транзисторе. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ с помощью низкоомного делителя R6, R7 устанавливается равным примерно [/ /4. Резисторы R1, R3 и R4 почти не влияют на это напряжение, так как их сопротивления выбираются значительно большими, чем сопротивления R6, R7. При открытом транзисторе VT1 ток, поступающий через резистор R5 на неинвертирующий вход ОУ, Io=UnRi/4R5(R34-Ri)- При закрытом транзисторе -/о. Уравнение, описывающее работу интегратора, имеет вид dU\/dt = I/C. Учитывая, что U\ должно изменяться от [/п/3 до 2U /3, получаем

2у„/3

t= J {C/I)dUi=8{R3-\-R4)R5C/3R4.

и„/з

Таким образом, на выходе таймера будут формироваться временные интервалы ti = t2 = T .

Для приведенных на схеме сопротивлений R3, R4 Tu = bORbCt и, следовательно, частота выходных импульсов fr= l/lOO/sG. Благодаря малому входному току ОУ можно выбрать RXO МОм. Например, при Rb~ 100 МОм максимальный ток через R5 будет около 2 нА, что намного больше входного тока ОУ К544УД2. При Rx. ?s;100 МОм период выходных сигналов таймера Тп~2 ч при Ci - = 1 мкФ. Если же использовать таймер без ОУ, то для максимально допустимого сопротивления времязадающего резистора {Rt- ?t;20 МОм) и С/=10 мкФ получим r ?s;6 мин.

Несколько больших значений коэффициента умножения постоянной времени /?/СгЦепи можно достичь, используя на входе таймера ОУ с положительной невозбуждающей ОС (см. рис. 7.24, б). В этой схеме также необходимо использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе, но требуемые сопротивления

1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 38