Импульсные устройства на микросхемах, страница 9

Иэ числа компараторов напряжения чаще других применяют К52!САЗ и К544САЗ. 2.8. Таймеры Таймер (от англ. Вше — времи) представляет особую разновидность универсальных микросхем, совмещающих в одном кристалле аналоговые и цифровые фувкции.

Основное назначение таймеров — формирование импульсов различной длительности и периодичности. На их базе очень легко организовать одновибраторы, мультивибраторы, реле времени, формирователи, различные преобразователи и многие другие узлы аппаратуры. Отдельные типы таймеров различаютея точностью, временным диапазоном, режи. мом питания, нонструктивным оформлением и т. п.

Таймеры широко используют в импульсных устройствах. Отечественной промышленностью налажен выпуск таймера КР1006ВИ!— аналога зарубежного типа 555. (Перед цифровым обозначением зарубежных микросхем обычно ставят буквы, характеризующие либо производителя, либо конструктивное исполнение, например 5)Е555, 5Е555.) Кроме этого типа существуют и другие таймеры, в том числе — комбинированные (несколько приборов в одном корпусе), прецизионные, микромощные, программируемые. Программируемые таймеры, в частности, имеют на выходе цифровой счетчик-делитель, позволяющий «растянуть» цикл работы ао яескольких суток.

37 Рис. 2.36. Функциональная схема тайме ра КР1006ВИ! Выходной усилитель — двутактный, благодаря чему чаемая к выходу 1, вторым выводом может быть присоединена как к об. щему проводу, так и н плюсовому проводу питания. Допустимый выходной ток (при обоих состояниях выхода) 1«их м«*=100 мА. Выходное сопротивление й«и«=10 Ом. Транзистор (гТ! а открытым иоллектором работает синхронно с трап. 38 а Таймер КР1006ВИ1 выпол- лу Х» 'д,(З !йй нен на биполярных транзисто- ПюрогоД» !1ЛГ гг«, рах Его функциональная схеАэд ма изображена на рис. 2.36.

Ют Он состоит нз пяти основных Юд»««и- х г з Лмг»гтт узлов: двух компараторов пад»' "»»г х» юлу й Гьу пряжения ОА! и ОА2, асинЮуг» хронного ВЗ.триггера 001, транзисторного ключа ЧТ! с от- е /7 й. р»ды»бп г Зэлм»«крытым коллектором и двух»не дг Ле гш тактного выходного усилителя на транзисторах УТ2 и чТЗ. Делитель напряжения В1 — ВЗ обеспечивает образцовое напряжение на входах компараторов. Сопротивления резисторов В! — ЙЗ выполняют с большой точностью, благодаря чему значения опорного напряжения у разных экземпляров таймеров одинаковы и равны соответственно '!зУ, и 'Д(!», Компараторы в таймере служат для сравнения входного напряжения с образцовым. В зависимости от знака разности этих значений на выходе компаратора устанавливается либо высокое, либо низкое напряжение.

До тех пор, пока напряжение на инверсном входе компараторов больше, чем на прямом, на нх выходе будет низкий уровень напряжения, не вызывающий срабатывания триггера ОО!. Когда напряжение на прямом входе компаратора окажетсн больше, чем на инверсном, триггер срабатывает по соответствующему входу. Входы компараторов практически не нагружают предшествующие узлы, так как потребляют ток меаее 0,5 мкА. Делитель напряжения выполнен так, чтобы иметь возможность изменять образцовое напряжение, например, подключением внешних резисторов параллельно резисторам В! или В2, ВЗ таймера.

Отметим важную особенность таймера — при работе во временнбм режиме напряжение питания не влияет на длительность формируемых импульсов. Объясняется это тем, что с изменением питающего напряжения пропорционально меняется образцовое напряжение, а звачит, и порог сра. батывания компараторов.

Внешний вход 11 триггера («Прерывание») дает доступ к триггеру, минуя компараторы, и позволяет прерывать работу таймера независимо от напряжения на входах 2 и 6. Чтобы вызвать переключение триггера, на. пряжение на выводе 4 должно стать ()««(0,4 В. Когда это напряжение более или равно ! В, вход й на работу триггера не влияет. зистором НТ2. Выход 2 используют для подключения внешних цепей обратной связи, а также кан дополнительный выход. Максимальный коллек. торный ток транзистора ЧТ! — 100 мА.

Временные характеристики устройств, создаваемых на основе таймера, задаются параметрами внешней КС-цепи, конденсатор которой подключают к выводу 7 и к общему проводу, а резистор — выводам 8 и 7. При закрытом транзисторе УТ1 происходит зарядка конденсатора, после открывания транзистора '»Т! конденсатор разряжается.

Напряжение питания таймера КР!006ВИ! О =5...15 В. Таймер до. пускает сопряжение с микросхемами ТТЛ и КМОП, а также с мощными транзисторами, реле, светодиодами и т. д. В отсутствие нагрузки таймер потребляет ток 3,5 мА прн О«=5 В и 10 мА при 15 В. Как отмечалось, таймеры являются универсальными приборами [13, 14, 20, 33). На основе таймеров может быть реализовано множество устройств, как связанных с временными процессами (одиовибраторы, генераторы импульсов, реле времени и т. п.), так и мгновенного действия, — нс.

полнительные устройства, триггеры и др. 3. ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ 3.1. Общие сведения Термин «формирователи импульсов» объединяет широкий круг различных устройств, предназначенных для преобразования сигнзлов— цифровых и аналоговых — таким образом, чтобы получить импульсы с требуемыми временными и амплитудными характеристиками. Как правило, в ходе формирования импульсов стремятся обеспечить в первую очередь ка. кой-то один главный для каждого конкретного случая параметр. Формирование протекает во время действия входного сигнала.

По этому признаку формирователи отличают от регенеративных устройств, например одновибраторов, которые входной сигнал только запускают, после чего процесс образования выходного импульса идет самостоятельно за счет положительной обратной связи. В функциональном отношении формирователи отличаются большим разнообразием. Типичными случаями формирования являются; нормализация фронта и среза импульсов (повышение их крутизны); формирование импульсов по фронту и срезу, т.

е. генерация кратковременных (т«(1 мкс) импульсов, момент появления которых совпадает с фронтом яли срезом входного импульса; временнбе преобразование импульсов (укорочение, временная задерж. ка и т. п.); удвоение частоты следования импульсов; преобразование формы импульсов н получение прямоугольных импуль. сов из сигналов другой формы, в частности из аналоговых, главным обра. аом — синусоидальных. 3.2. Нормализация фронта и среза Потребность в подобной вормализации возникает всякий раэ, когда у импульсов, подлежащих лальиейшей обработке цифровыми мнкросхемзми, длительность фронта или среза превышает допустимые нормы. Для большинства микросхем ТТЛ те(150 нс, а для микросхем КМОП— те(250 нс. 1(епь из двух-трех последовательно включенных инверторов может служить простейшим формирователем, улучшающим крутизну фронта н среза, прн условии, что их первоначальная крутизна все же достаточна для нормальной работы ннверторов-формирователей.

Форма импульсов улучшается вследствие того, что логические элементы не только преобразуют сигналы, но и усиливают и ограничивают нх. Для этой же цели нередко применяют триггеры Шмитта, а также устройства, обладающие триггерными свойствами (см., например, схемы иа рис. 2.25 и 2.26).

Здесь даже при пологих фронтах входных импульсов крутизна выходных будет очень велика. 3.3. Формирование импульсов по фронту и срезу Такие формирователи иногда называют детекторами фронтов. Для этой цели могут быть употреблены дифференцирующие ЯС-цепи, описанные ранее. Их постоянная времени определяет длительность выходных импульсов. На практике же РС-цепи употребляют нечасто, так как навесные детали — конденсатор, резистор и диод (для защиты от выбросов напряжения) — менее удобны, чем микросхема, Для формирования кратковременных пиков напряжения из отрицательных перепадов (срезов) выпускают специализированные микросхемы, так называемые многофункциональные элементы цифровых структур КР!34ХЛ2 и КР!34ХЛЗ.

На рис. 3.! изображена принципиальная схема н временные диаграммы элемента (одного из четырех, находящихся в корпусе) микросхемы КР134ХЛЗ. Вход Ч вЂ” разрешающий. Когда на нем напряжение низкого уровня, транзистор ЧТ! открыт, ЧТ2 закрыт и на выходе — высокий уровень не- ВхэВ В В В ВлбВУ ВыхвВ а) Рис. 3.1. Микросхема КР134ХЛЗ: а — нрннцнпнельнен ахене одного (не четырех) элемента; б — нрененнйе днегреннм Т.Г ВаарВ В Вхру В() Г грела л ВВХ Г аде Ввгхлу' Д г г,ах б) ВВбг ВВг УгдггуруПВ ВВх ~/г д'г55ВА7 Рис. 3.2. Схема Т-триггера на формирователе КР134ХЛЗ и логическом элементе И-НЕ Рис. ЗЗ.

Формирователь пика напряжения из фронта импульсного сигнала: а — принципиальна» схема; б — временнме диаграммы дла варианта на логических элементах И-ИЕ ззвисимо от состояния входа С. Работает элемент при сигнале высокого уровня иа входе Н. При этом в обоих статических состояниях входа С на выходе также будет напряжение высокого уровня: если на входе низкий уровень — открытый транзистор НТ! шунтирует переход база — эмиттер транзистора НТ2, а когда такт высокий уровень, транзистор НТ2 закрыт, поскольку на его эмиттере — высокий уровень напряжения. В момент спада сигнала на входе С вследствие рассасывания заряда, накопившегося в базовой области транзистора НТ2, происходит его кратковременное открывание (т,=300 нс).