Генератори і формувачі імпульсів на логічних елементах (мультивібратори і схеми усунення деренчання контактних датчиків інформації).

Формувачі передбачені для отримання імпульсів певної форми і довготи.

Формувачі типу тригера Шмітта, з допомогою яких отримують прямокутні імпульси, можуть виконуватись як на готових мікросхемах, що є в деяких серіях, так і на базі елементів І-НЕ і АБО-НЕ з використанням навісних елементів. На рис.1а наведений приклад подібної конструкції, що перетворює синусоїдальний сигнал в прямокутні імпульси. Позитивний зворотний зв’язок, що створює крутий фронт і зріз вихідних імпульсів, вводиться включенням резистора між виходом другого і входом першого інвертора. Вхідна напруга в цьому формувачі подається через додатковий резистор опором 470 Ом. Діоди, ввімкненні до входу першого інвертора, обмежують значення вхідної напруги.

Рис. 51. Генератори імпульсів

Варіант побудови тригера Шмітта без додаткових регістрів зображений на рис.1,б. Установка має попередній підсилювач (ліві інвертори) і RC-тригер (праві інвертори). Попередній підсилювач покращує фронт і зріз формуючої напруги і керує тригером, з виходу якого знімають прямокутні імпульси.

Формувач коротких імпульсів на елементах І-НЕ зображений на рис.1в. На входах елемента 4 подані взаємно-інверсні сигнали з входу і виходу ланцюга інверторів. Сигнал 0 на вході елемента 4 з’являється тільки в тому випадку, коли сигнал на вході елемента 1 переходить з 0 в 1. При цьому, доки перемикаються елементи 1-3, на обидва елементи 4 будуть подані одиничні сигнали. Довжину вихідного імпульсу формувача можна змінювати числом послідовно ввімкнених інверторів (їх число обов’язково повинне бути непарним).

Формувач довгих імпульсів на елементах АБО-НЕ зображений на рис.1г. В початковому положенні сигнал на виході елемента 2 рівний 0, так як на його вхід через відкритий транзистор емітерного повторювача подається позитивний потенціал. При подачі на вхід елемента 1 короткочасного позитивного імпульсу негативний скачок напруги передається через конденсатор на емітерний повторювач і далі на вхід елемента 2. На його виході встановлюється сигнал 1, який по ланцюгу зворотного зв’язку буде утримувати елемент 1 в стані 0, навіть якщо вхідний імпульс закінчиться. Формувач буде в такому стані до тих пір, доки напруга на конденсаторі не досягне порогу ввімкнення транзистора. Після цього вихідний сигнал елемента 1 стане рівний 1, а сигнал елемента 2 – 0. Розглянута схема дозволяє отримати довжину вихідного імпульсу більше 10 с.

Для радіолюбительської практики являють інтерес формувачі з запуском від механічних контактів, наприклад, кнопки. Особливістю управління від механічного перемикача є поява в момент перемикання дрижання контактів (багаторазового переходу протягом малого проміжку часу від замкнутого стану до розімкненого і назад). Це може викликати появу замість необхідного одиночного імпульсу пучка імпульсів, що призводять до збою в роботі установки.

Найпростіший формувач перепаду потенціалу, побудований на елементах І-НЕ, показаний на рис.1,д. Нульовий потенціал, прикладений за допомогою перемикача до одного з входів тригера, перекидає його. Причому при кожному спрацьовуванні перемикача тригер реагує тільки на перше замикання відповідної пари і наступне дрижання вже не змінює його стан.

Для ліквідації дрижання може використовуватись конденсатор, який при замиканні кнопки швидко заряджається і при наступному дрижанні контактів практично не пропускає струм через велику сталу часу. На рис.1,е показана схема формувача імпульсів з використанням конденсатора.

Генератори імпульсів можуть бути побудовані за схемою зі зворотнім зв’язком (рис.2,а), з використанням кільця з непарного числа логічних інверторів. При цьому виникає режим автоколивань з частотою, що визначає сумарну затримку розповсюдження сигналу в інверторах. Частоту на виході цього приладу можна понизити, якщо використовувати шунтування виходів мікросхем конденсаторами. Для регулювання довжини імпульсів можна також використовувати шунтування однієї або декількох мікросхем конденсатором або резистором. Приклад генератора прямокутних імпульсів з часозадаючим контуром RC показаний на рис.2,б. При використанні мікросхем К5ІІЛАІ, якщо С=300 пФ, R=25 кОм, довжина імпульсів складає 10 мс. На рис.2,в показана схема генератора, в якому можна змінювати довжину імпульсів (з допомогою R2, С1, С2) і їх скважність (R1). Якщо С1=1 мкФ, С2=0,5 мкФ, R1=15 кОм, R2=45 кОм, довжина імпульсу буде 5 мкс.

Потрібно враховувати, що генератори, подібні приведеним на рис.2,а-в, не відрізняються високою стабільністю.

В ряді випадків для управління необхідні генератори з багатофазними виходами. Приклад такого генератора показаний на рис.2,г. Виходи регістра через елемент АБО- НЕ з’єднують з його послідовним входом. При наявності на одному з виходів регістра 1 в регістр буде записуватись 0. Після появи 1 на останньому виході регістра на вході

Рис. 52. Генератори зі зворотнім зв’язком

елемента АБО-НЕ з’явиться 0, що приведе до запису в регістр 1. На виході регістра знову з’явиться послідовність імпульсів, при якій 1 буде кожен раз тільки на одному виході. Пристрій співпадання на виходах регістра використовується для синхронізації з метою попередження накладання вихідних імпульсів.

В практиці радіолюбителів при створенні електронних годинників широко застосовують генератори секундних і хвилинних імпульсів.

Для створення таких генераторів потрібно використовувати мікросхеми К176ИЕ5 або К176ИЕ12. Принципіальні схеми приведені на рис.3. Мікросхема К176ИЕ5 (рис.3,а) складається з інвертора і трьох подільників частоти, що забезпечують ділення в 512; 32 і 2 рази. Спільний коефіцієнт ділення 32768. Це дозволяє отримати імпульси частотою послідовності 1 Гц. Для отримання хвилинної послідовності імпульсів проводять ділення секундної послідовності на 6 і на 10 з допомогою мікросхеми К176ИЕ3 і К176ИЕ4. Інвертор використовують як активний елемент задаючого кварцового генератора. Резонатор, резистори і конденсатори – навісні, їх підключають між виводами 9 і 10. Встановлення 0 всіх подільників частоти здійснюють подачею позитивного перепаду на встановлюючі входи 3(К176ИЕ5) або 5(К176ИЕ3, К176ИЕ4). Для роботи подільників необхідно ці виводи з’єднати з спільним проводом.

Рис. 53. Генератори секундних та хвилинних імпульсів

Мікросхема К176ИЕ12 має в своїй будові четвертий подільник на 60, що дозволяє отримувати хвилинну послідовність імпульсів (рис.3,б).

Розглянуті пристрої потребують застосування спеціальних кварцових резонаторів.

Для радіолюбителів мають інтерес варіанти використання кварцових резонаторів і на інші частоти. Максимальна робоча частота мікросхем К176ИЕ5 і К176ИЕ12 1 МГц, тому частота задаючого генератора, що визначається резонатором, який використовується, повинна бути не більше 1 МГц. Якщо частота резонатора кратна 10, то можна отримати частоту 1 Гц, використовуючи мікросхемуК176ИЕ4. При частоті резонатора 100 кГц подільник реалізується на п’яти мікросхемах. Основні подільники мікросхем К176ИЕ5 або К176ИЕ12 при цьому використовувати не можна. Якщо необхідно отримати ще й хвилинну послідовність імпульсів, то при мікросхемі задаючого генератора К176ИЕ5 прийдеться ввести ще подільник на 60, як показано на рис.3,а. Якщо задаючий генератор виконаний на мікросхемі К176ИЕ12, то варто застосувати подільник на 60 цієї мікросхеми (вхід 7, вихід 10). В цілому генератор на резонаторі 100 кГц реалізується на шести – восьми мікросхемах.

Якщо кварцовий резонатор не герметизований, то в цілях зменшення числа мікросхем змінити його частоту можна підточкою кварцової пластини. Так як подільники мікросхем працюють в двійковому коді, то найменше число розрядів подільника для отримання секундної послідовності імпульсів буде в тому випадку, коли частота кварцового генератора буде рівна 2, де –число розрядів подільника. При частоті резонатора 32768 Гц необхідно 15 розрядів, при частоті 65536 – 16, при частоті 131072 – 17 розрядів подільника.

Для отримання хвилинної послідовності імпульсів при одному й тому ж числу розрядів подільника частоту кварцу треба взяти в 60 раз менше. При 21 розряді лічильника частота резонатора повинна бути 34952, при 22 – 69905 Гц, при 23 – 139810 Гц і т.д. Якщо резонатор має частоту від 70 до 130 кГц, то підточка повинна проводитись до частоти 131072 Гц (для секундної послідовності) або до частоти 139810 Гц (для хвилинної послідовності). В цьому випадку подільники повинні мати 17 або 23 розряди відповідно.

Схема генератора секундної послідовності імпульсів на кварцовому резонаторі з частотою 131072 Гц, виготовленому з фільтрового резонатора на частоту 127 кГц, приведена на рис.4,а. Генератор виконаний на мікросхемах К176ИЕ5 і К176ТМІ, що реалізують задаючий генератор і подільник частоти з 17 розрядами. Замість мікросхеми К176ТМІ можна застосувати мікросхеми К176ТМІ, К176ТВІ, але схеми їх ввімкнення інші.

Рис. 54

Схема генератора хвилинної послідовності імпульсів при використанні резонатора на частоту 139810 Гц і двох мікросхем К176ИЕ5 приведена на рис.4,б. Хвилинна послідовність імпульсів знімається з виходу 4 другої мікросхеми і подається на лічильник хвилин. Послідовність імпульсів з частотами 139810,9 і 4,5 Гц може бути використана для установки часу в різних варіантах годинників, з частотою 273 Гц – для сигнального пристрою будильника або для стробування сигналів, що подаються на рідкокристалічні індикатори, з частотою 0,53 Гц – в якості тактових імпульсів в комутаторі годинників з індикацією на одній лампі.

***