Лекция 4. Релаксационные микросхемы и узлы на их основе

4.1. Одновибраторы

Одновибраторы (ОВ) – это схемы, которые при приходе фронта или среза запускающего сигнала формируют однократный импульс с длительностью, заданной конструктивными параметрами схемы. Обычно длительность этого импульса . Их называют еще моновибраторами, ждущими мультивибраторами (однако последнее наименование можно спутать с управляемым мультивибратором, то есть таким, который выдает серию импульсов на время действия входного импульса). Функциональное представление ОВ приведено на рис. 15.

Р

Рис. 15

азличают одновибраторы:

а) со сбросом, позволяющие прекратить выдачу выходного импульса при активном уровне сигнала на входе R, и без сброса;

б) перезапускаемые, позволяющие продлить выходной импульс, подавая следующий входной импульс до окончания выходного, и неперезапускаемые, "глухие" на ;

в) практически мгновенно восстанавливающиеся и с конечным временем восстановления после импульса;

г) допускающие и не допускающие .

а) – г) проиллюстрируйте графиками.

Рассмотрим несколько схем одновибраторов. На рис. 16 приведены схемы ОВ, в которых используются «пороговые»

Рис. 16

свойства стандартных логических элементов, выходные сигналы имеют вид короткой паузы (1-0-1). Диод VD1 входит в структуру D1.2. Это неперезапускаемые одновибраторы без сброса с конечным временем восстановления и t_вх ≤ t_вых . Для анализа этих схем студентам следует изобразить развернуто активный выходной каскад D1.1, RC-цепочку и входной каскад D1.2 (см. рис. 6 из /4/), а затем выполнить анализ самостоятельно. Учесть, что R" подобрано так, что в состоянии покоя U_R" ≥ 3 В, так что на выходе D1.2 – лог.0.

В основном же одновибраторы выполняют на специальных микросхемах, которые имеют кодировку АГ (АГ1, АГ3, АГ4, АГ5). На рис. 17 приведены УГО ОВ АГ1 и АГ3, а также примеры схем подключения времязадающих элементов. Пунктиром показана возможность использования внутреннего R_I = 2 кОм вместо внешнего резистора, последовательно или параллельно ему. АГ1 –неперезапускаемый одновибратор без сброса с конечным временем восстановления.

Одновибратор с повторным запуском, например, микросхема К155АГ3, отличается от АГ1 тем, что реагирует на запускающие переходы даже во время формирования выходного импульса. В этом случае на прямом выходе сигнал высокого уровня будет сохраняться сколь угодно долго, если время между запускающими переходами будет меньше, чем длитель­ность выходного сигнала, формируемого одиночным за­пускающим переходом с учетом времени восстановления одновибратора. Другим отличием является то, что данный одновибратор можно вернуть в исходное состояние в любой момент времени по входу сброса.

Обозначение сдвоенного одновибратора АГ3 приве­дено на рис. 17. Здесь верхний одновибратор изо­бражен развернуто, а нижний – упрощенно.

Таким образом, АГ3 – это перезапускаемый одновибратор со сбросом. Нельзя, однако, забывать, что переход сигнала на R-входе с нуля на единицу при активных уровнях на S-входах вызывает запуск одновибратора. Таблицу функционирования АГ3 можно представить в виде, приведенном ниже (табл. 5).

Рис. 17

Повторный запуск для продления выходного импульса следует делать через τ ≥ 0,24·C, время восстановления t_восст = (1,2...2,4)·С (если С – в микрофарадах, время – в наносекундах).

Таблица 5

R	S1	S2	Q
0	x	x	0
x	1	x	0
x	x	0	0
1	0
1		1
	0	1

В отличие от него, сдвоенный одновибратор АГ4, входящий только в серию К555, не выполняет перезапус­ка в ходе формирования импульса и имеет триггеры Шмитта на всех входах. В остальном его функциониро­вание и распиновка совладают с АГ3. Длительность импульса на выводах 5, 13 или 4, 12 при запуске по выводам 1, 9 или 2, 10:

при С_ЕХТ = 80 пФ, R_ЕХТ = 2 кОм 70...150 нс

при С_ЕХТ= 0 пФ, R_ЕХТ = 2 кОм 20...70 нс

при С_ЕХТ= 100 пФ, R_ЕХТ =10 кОм 600...750 нс

при С_ЕХТ= 1 пФ, R_ЕХТ = 10 кОм 6_·10⁶...7,5_·10⁶ нс

В

Рис. 18

серию К555 введен также сдвоенный одновибратор АГ5 с перезапуском (рис. 18). Эффект запуска под действием сигнала R у него отсутствует, распиновка отличается от принятой для АГ3, АГ4.

Перезапускаемые ОВ являются основой сторожевых таймеров (WatchDog Timer) – устройств контроля периодичности каких-либо процессов, обычно цикличности управления оборудованием. Диаграмма процесса, контролируемого WDT, приведена на рис. 19 – проанализировать.

Рис. 19