 |
Генератор формирует одиночный импульс прямоугольной формы по нажатию на кнопку. Схема собрана на логических элементах в основе которой обычный RS-триггер, благодаря ему также исключается возможность проникновения импульсов дребезга контактов кнопки на счетчик.
В положении контактов кнопки, как показано на схеме, на первом выходе будет присутствовать напряжение высокого уровня, а на втором выходе низкого уровня или логического нуля при нажатой кнопке состояние триггера поменяется на противоположное. Этот генератор отлично подойдет для проверки работы различных счетчиков
|
В этой схемы формируется одиночный импульс, длительность которого не зависит от длительности входного импульса. Используется такой генератор в самых разнообразных вариантах: для имитации входных сигналов цифровых устройств, при проверке работоспособности схем на основе цифровых микросхем, необходимости подачи на какое-то тестируемое устройство определенного числа импульсов с визуальным контролем процессов и т. д
|
Как только включают питание схемы конденсатор С1 начинает заряжается и реле срабатывает, размыкая своими фронтовыми контактами цепь источника питания, но реле отключится не сразу, а с задержкой, так как через его обмотку будет протекать ток разряда конденсатора С1. Когда тыловые контакты реле опять замкнутся, начнется новый цикл. Частота переключении электромагнитного реле зависит от емкости конденсатора С1 и резистора R1.
Использовать можно почти любое реле, я взял РЭС-15. Такой генератор можно использовать, например, для переключения елочных гирлянд и других эффектов. Минусом данной схемы является применение конденсатора большой емкости.
Другая схема генератора на реле, с принципом работы аналогичной предыдущей схеме, но в отличии от нее, частота следования равна 1 Гц при меньшей емкости конденсатора. В момент включения генератора конденсатор С1 начинает заряжаться, затем открывается стабилитрон и сработает реле К1. Конденсатор начинает разряжаться через резистор и составной транзистор. Через небольшой промежуток времени реле выключается и начинается новый цикл работы генератора.
|
В генераторе импульсов, на рисунке А, применены три логических элемента И-НЕ и униполярный транзистор VT1. В зависимости от значений конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 на выходе 8 генерируются импульсы с частотой 0,1 — до 1 МГц. Такой огромный диапазон объясняется применению в схеме полевого транзистора, что дало возможность использовать мегаомные резисторы R2 и R3. С помощью их можно менять также менять скважность импульсов: резистором R2 задается длительность высокого уровня, а R3 — длительность напряжения низкого уровня. Транзистор VT1 можно взять любой из серий КП302, КП303. Микросхема — К155ЛА3.
Если использовать вместо К155ЛА3 микросхемы КМОП например К561ЛН2 можно сделать широкодиапазонный генератор импульсов без использования в схеме полевого транзистора. Схема этого генератора показана на рисунке В. Для расширения количества генерируемых частот емкость конденсатора времязадающей цепи выбирается переключателем S1. Диапазон частот этого генератора 1ГЦ до 10 кГц.
На последнем рисунке рассмотрена схема генератора импульсов в которой заложена возможность регулировки скважности. Для тех кто забыл, напомним. Скважность импульсов это отношение периода следования (Т) к длительности (t):
Скважность на выходе схемы можно задать от 1 до нескольких тысяч, с помощью резистора R1. Транзистор работающий в ключевом режиме предназначен для усиления импульсов по мощности
|
Если есть необходимость высокостабильного генератора импульсов, то необходимо использовать кварц на соответствующую частоту.
|
Схема генератора показанная на рисунке способна вырабатывать импульсы прямоугольной и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1.3 цифровой микросхемы К561ЛН2. Резистор R2 в паре с конденсатором С2 образуют дифференцирующую цепь, которая на выходе DD1.5 генерирует короткие импульсы длительностью 1 мкс. На полевом транзисторе и резисторе R4 собран регулируемый стабилизатор тока. С его выхода течет ток заряжающий конденсатор С3 и напряжение на нем линейно увеличивается. В момент поступления короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, а конденсатор СЗ разряжается. Тем самым формируя пилообразное напряжение на его обкладках. Переменным резистором можно регулировать ток заряда конденсатора и крутизну импульса пилообразного напряжения, а также его амплитуду.
Вариант схемы генератора на двух операционных усилителях
Схема построена с использованием двух ОУ типа LM741. Первый ОУ используется для генерации прямоугольной формы, а второй генерирует треугольную. Схема генератора построена следующим образом:
В первом LM741 на инвертирующий вход с выхода усилителя подключена обратная связь (ОС) выполненная на резисторе R1 и конденсаторе C2, а на неинвертирующий вход также идет ОС, но уже через делитель напряжения, на базе резисторов R2 и R5. Выходной первого ОУ непосредственно связан с инвертирующим входом второго LM741 через сопротивление R4. Этот второй ОУ вместе с R4 и C1 образуют схему интегратора. Его неинвертирующий вход заземлен. На оба ОУ подаются напряжения питания +Vcc и –Vee, как обычно на седьмой и четвертый выводы.
Работает схема следующим образом. Предположим, что первоначально на выходе U1 имеется +Vcc. Тогда емкость С2 начинает заряжаться через резистор R1. В определенный момент времени напряжение на С2 превысит уровень на неинвертирующем входе, что расчитывается по формуле ниже:
Выходной сигнал V1 станет –Vee. Так, конденсатор начинает разряжаться через резистор R1. Когда напряжение на емкости станет меньше напряжения, определяемого формулой, выходной сигнал снова будет + Vcc. Таким образом, цикл повторяется, и благодаря этому генерируются импульсы прямоугольной формы с периодом времени, определяемым RC-цепочкой, состоящей из сопротивления R1 и конденсатора C2. Эти образования прямоугольной формы также являются входными сигналами для схемы интегратора, который преобразует их в треугольную форму. Когда выход ОУ U1 равен +Vcc, емкость С1 заряжается до максимального уровня и дает положительный, восходящий склон треугольника на выходе ОУ U2. И, соответственно, если на выходе первого ОУ имеется –Vee, то будет формироваться отрицательный, нисходящий склон. Т.е, мы получаем треугольную волну на выходе второго ОУ.
|
Генератор импульсов на первой схеме построен на микросхеме TL494 отлично подходит для наладки любых электронных схем. Особенность этой схемы заключается в том, что амплитуда выходных импульсов может быть равна напряжению питания схемы, а микросхема способна работать вплоть до 41 В, ведь не просто так ее можно найти в блоках питания персональных компьютеров.
Разводку печатной платы вы можете скачать по ссылке выше.
Частоту следования импульсов можно изменят переключателем S2 и переменным резистором RV1, для регулировки скважности используется резистор RV2. Переключатель SA1 предназначен для изменения режимы работы генератора с синфазного на противофазный . Резистор R3 должен перекрывать диапазон частот, а диапазон регулировки скважности регулируется подбором R1, R2
Конденсаторы С1-4 от 1000 пФ до 10 мкФ. Транзисторы любые высокочастотные КТ972
|
Подборка схем и конструкций генераторов прямоугольных импульсов. Амплитуда генерируемого сигнала в таких генераторах очень стабильна и близка к напряжению питания. Но форма колебаний весьма далека от синусоидальной — сигнал получается импульсным, причем длительность импульсов и пауз между ними легко регулируется. Импульсам легко придать вид меандра, когда длительность импульса равна длительности паузы между ними
|
Формирует мощные короткие одиночные импульсы, которые устанавливают на входе или выходе любого цифрового элемента логический уровень, противоположный имеющемуся. Длительность импульса выбрана такой, чтобы не вывести из строя элемент, выход которого подключен к испытуемому входу. Это дает возможность не нарушать электрической связи испытуемого элемента с остальными.
Генераторы прямоугольных импульсов используют во многих радиотехнических устройствах: электронных счетчиках, игровых автоматах, применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц.
На рис. 51 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки S1. На логических элементах D1.1 и D1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки S1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 — напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке — наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.
А на рис. 52 показана схема простейшего импульсника на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается черезрезистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор — цикл повторится.
Частота переключений электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использований реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно 1 раз в секунду.
Такой генератор можно использовать, например, для переключения гирлянд на новогодней елке, для получения других световых эффектов. Его недостаток — необходимость использования конденсатора значительной емкости.
Рис. 51 Схема генератора одиночных импульсов
Рис. 52 Схема импульсника на электромагнитном реле
На рис. 53 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обесшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя печивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора вдесятеро меньше — некоторое время откроется стабилитрон V1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора V2V3. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов V2 и V3 по схеме эмиттерного повторителя повышает входное сопротивление каскада.
Рис. 53. Схема генератора импульсов на транзисторе и электромагнитном реле
Рис 54. Генератор импульсов на логических элементах и полевом транзисторе
Реле К1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15. 17 В и при токе 20. 50 мА.
В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 54, использованы логическая микросхема D1 и полевой транзистор V1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и S3 он генерирует импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность высокого потенциала на выходе генератора, а резистор R3 — длительность низкого потенциала. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1 . 2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 могут быть 10. 15 МОм. Транзистор V1 может быть любым из серий КП302, КП303.
Этот генератор целесообразно собрать в корпусе и использовать как самостоятельный прибор для настройки цифровых устройств.
Иногда возникает необходимость в построении генератора, который формирует число импульсов. Соответствующее номеру нажатой кнопки. Его можно использовать, например, при налаживании характериографов или экзаменаторов, в которых каждому ответу соответствует определенное число очков. Принципиальная схема такого числоимпульсного генератора приведена на рис. 55.
Это устройство состоит из генератора импульсов, счетчика и дешифратора. Генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой следования около 10 Гц, собран на логических элементах D1.3, D1.4. С выхода элемента D1.4 импульсы поступают на двоично-десятичный счетчик, собранный на микросхеме D2.
Рис. 55. Схема числоимпульсного генератора (см. оригинал)
Четыре выхода этого счетчика (выводы 12, 9, 8 и 11) соединены со входами микросхемы D3, представляющей собой дешифратор на 4 входа и 16 выходов. При работе счетчика на одном из выходов дешифратора присутствует напряжение низкого уровня, причем номер этого выхода соответствует десятичному эквиваленту двоичного числа, поданного в двоичном коде на вход дешифратора.
При подаче питающего напряжения на выводе 9 элемента D1.3 будет напряжение низкого уровня, и импульсы с выхода генератора на вход счетчика не поступают. При нажатии одной из кнопок S1—S15 конденсатор С3 мгновенно заряжается через диод V1 до напряжения высокого уровня, на выводах 2 и 3 микросхемы D2 в это время появляется напряжение низкого уровня, устанавливающее счетчик в срстояние счета входных импульсов. Одновременно через замкнутый контакт нажатой кнопки напряжение высокого уровня подается на вход элемента D1.1 (вывод 2) и импульсы подаются на счетчик. При работе счетчика на выходах дешифратора последовательно появляется напряжение низкого уровня. Как только оно появится на выходе, с которым соединен левый (по схеме) контакт нажатой кнопки, подача импульсов на вход счетчика прекратится. С вывода 11 элемента D1.4 будет снято число импульсов, соответствующее номеру нажатой кнопки. Если продолжать удерживать кнопку нажатой, то через некоторое время конденсатор С3 разрядится через резистор R2, счетчик D2 установится в нулевое состояние, и генератор выдаст новую серию импульсов. Вполне понятно, что до окончания серии импульсов нажатую кнопку отпускать нельзя.
Формирователь импульсов на элементах D1.1 и D1.2, представляющий собой ждущий мультивибратор, предотвращает проникновение импульсов, создающихся дребезгом контактов кнопок, на вход счетчика.
Настройка устройства заключается в установке подбором резистора R1 и конденсатора С2 требуемой частоты следования импульсов генератора от единиц герц до десятков килогерц.
В описанных здесь генераторах импульсов можно использовать резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы — К50-6. Транзисторы КТ315Б можно заменить транзисторами из серий КТ312, КТ315, КТ316. Диоды — любые из серий Д7, Д9, Д311. Кнопки S1 — S15 типа П2К, КМ1-Г и др. Микросхемы могут быть серий К133, К134, К136, К158.
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 поставленной 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 — 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.
Без баяна хрен разберёшься. Согласен, поэтому приведу поясняющие картинки.
Рис.1
Т — 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 Формирователь импульсов, построенный на основе логического элемента "Исключающее ИЛИ" и интегрирующей RC-цепи.
Начало выходного импульса соответствует переднему фронту входного сигнала.
Рис.3 Всё то же самое, что и в предыдущей схеме, за той лишь разницей, что:
начало выходного импульса соответствует заднему фронту входного сигнала.
Рис.4 Ещё более простая вариация предыдущих схем, формирует сразу два импульса:
первый — по переднему фронту входного сигнала, второй — по заднему.
Рис.5 Формирователь, выполненный на простых инверторах, выполняющих логическую функцию НЕ, и дифференцирующих RC-цепей.
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, построенная на основе логического элемента "2И-HЕ" и интегрирующей RC-цепи.
Формирует импульс по переднему фронту входного сигнала.
Рис.7 Ещё одна не менее часто используемая схема, на базе логического элемента "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, 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
Рис.9
Рис.10
Рис.11
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 входного сигнала и не реагируют последующие его изменения до окончания своего выходного импульса, т.е. являются одновибраторами без перезапуска.
Рис.12
Рис.13
При необходимости получить одовибраторы, обладающие свойствами перезапуска, следует обратить внимание на схемы, приведённые на Рис.12-13.
Данные ждущие мультивибраторы срабатывают по заднему фронту входного сигнала.
Рис.14
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
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 приведу незамысловатую таблицу.
РАСЧЁТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВЫХОДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ОДНОВИБРАТОРОВ НА ЛОГИЧЕСКИХ ИМС