1.3. Формирователь прямоугольных импульсов на логических элементах

Ждущими мультивибраторами – одновибраторами, называются формирователи прямоугольных импульсов, управляемые короткими входными запускающими сигналами.

Формирователь прямоугольных импульсов (триггер Шмитта на ЛЭ) создается на основе двух последовательно соединенных инверторов (рис. 2) с резисторной R₂ цепью обратной связи.

Входной сигнал напряжением u_вх(t) подается через резистор R₁. За счет обратной связи характеристика прямой передачи имеет крутую гистерезисную петлю, ширина которой равна:

u_вх = u_вкл  u_вык = (U¹_вых  U⁰_вых)R₁/R₂, (1)

где u_вкл, u_вык  пороговые входные напряжения, при которых на выходе возникают уровни U¹_вых и U⁰_вых.

Если триггер Шмитта собирается на элементах К155 серии (ЛА, ЛН, ЛЕ), то величина сопротивлений составляет R₁  500 Ом, R₂  2,2 кОм.

Рис. 2. Триггер Шмитта на ЛЭ (а), временные диаграммы (б) и УГО (в)

Если используются ЛЭ серии КМОП, то для того, чтобы не перегрузить выход элемента D2, сумма сопротивлений (R₁ + R₂) не должна быть менее 40 кОм.

В 155-серии имеются три разновидности триггеров Шмитта: К155ТЛ1 – два триггера, К155ТЛ2 – четыре триггера; К155ТЛ3 (в программе EWB: SN 74132)  шесть триггеров в одном корпусе.

1.2. Формирователь коротких импульсов

Формирователь коротких импульсов служит для создания коротких импульсов в момент перепада входного сигнала большой длительности (рис. 3).

Схема формирователя содержит три первых элемента D1– D3, предназначенных для инвертирования входного сигнала Х1 и его задержки на время 3t_зд, на выходе элемента D3, поэтому схема может быть представлена в виде, изображенном на рис. 3, б.

Первоначально Х₁ = 0, Х₂ = 1 и Y = 1. На временной диаграмме (рис. 2, б) показано, что в момент времени t₁ входной импульс Х1, поступающий непосредственно на вход D4 (при еще лог. 1 на Х2) сбрасывает Y из лог. 1 в лог. 0 через время t_зд. И только после того, как в момент t₃ Х₂ = 0, имеем: Y = 1.

Окончательно имеем: на выходе Y сформирован отрицательный импульс длительностью t_и = 3t_зд.

Рис. 3. Формирователь коротких импульсов (а, б), временные диаграммы (в),

Для увеличения длительности подобного импульса можно использовать интегрирующую RC- цепочку (удлиняющую цепь), которая включается между инверторами D1 (рис. 4) и D2. Временную диаграмму рекомендуется построить самостоятельно.

Рис. 4. Формирователь коротких импульсов с удлиняющей RC-цепью

В данном случае значение времени импульса возрастает:

t_и = 3t_зд + 3RC.

В схемах ТТЛ сопротивление резистора R не должно превышать 1 кОм, а в схемах ЛЭ КМОП сопротивление должно быть не менее 40 кОм.

1.3. Формирователь длинных импульсов

Формирователь длинных импульсов, предназначенный для создания импульсов, длительность которых превышает длительность запускающих импульсов, собирают на базе устройств с удлиняющими RC-цепями. Схема простейшего расширителя импульсов, составленного из элемента D1 с открытым коллектором K, RC-цепи и триггера Шмитта D2, приведена на рис. 5.

а) б)

Рис. 5. Формирователь длинных импульсов (а) и его временные диаграммы (б)

В ряде случаев ЛЭ выполняют с так называемым открытым коллектором. В этом случае верхний транзистор обычной выходной пары отсутствует, из корпуса выведен только коллектор нижнего. Одним из назначений такой схемы – быть переходным звеном от логической части устройства к индикаторной части. Вместо нагрузочного резистора к коллектору могут подключаться светодиод, реле и т.п. Логические элементы с открытым коллектором допускают объединение по выходу – так называемое монтажное ИЛИ.

В исходном состоянии конденсатор заряжен до напряжения U_c = Е_п, поэтому на выходе Y  лог. 1.

При поступлении (момента времени 1) входного импульса Х₁ длительностью t_x во время фронта (пренебрегаем временем задержки D1) на выходе К падает напряжение  создается лог. 0 (низкий уровень напряжения). Это означает, что выходной транзистор логического элемента D1 открывается (насыщается). Вследствие этого через него быстро разряжается конденсатор С, и через время, примерно равное ₁ = r_выхC (малое сопротивление насыщенного выходного транзистора r_вых) напряжение на конденсаторе падает до порогового напряжения U_вык выключения триггера Шмитта (лог. 0 в момент времени 2). После этого конденсатор практически разряжен.

В момент среза входного импульса (момент времени 3) на выходе элемента D1 напряжение не может увеличиться скачком, поскольку конденсатор начинает заряжаться с постоянной времени ₂ = RC. Следовательно примерно через время ₂ (момент 4) напряжение на входе триггера Шмитта увеличится до напряжения включения и на его выходе станет лог. 1. В итоге, длительность выходного импульса равна t_и = t_x + ₂.