Автор: Зельдин Е.А.  

Теги: электротехника   электроника   микросхемы   радиотехника  

ISBN: 5-256-00654-1

Год: 1991

Похожие

Простейшие устройства на интегральных микросхемах

Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах

Импульсные и цифровые устройства

Цифровые устройства на интегральных микросхемах

Текст
                    •

Массовая
радио·

библиотека

Издательство «Радио и связь•)


Массовая
Р.адио·

библиотека

Е.А.Зельдин

®
Моснва

...·.. .. .
«Радио и СВЯЗЬ» 1ggJ, ,,г'i


32.85
3-50
621.374.049.77.001.92

БЫ(

УДI(

Ред а к ц и о н на я

колле

r и я:

Б. Г. Белкин,
С. А. Бирюков,
В. Г. Борисов,
В. М. Бондаренко,
Е. Н. Геништа, А. В. Гороховский, С. Е. Ельяшкевич, И. П. Жереб·
цов, В. Т. Поляков, А. Д. Смирнов, Ф. И. Тарасов, О. П. Фролов,
Ю. Л. Хотунцев, Н. И. Чистяков

Ре ц е нз е н т канд. техн. наук С. А. Бирюков

Зельдин Е. А.

3-50

Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио
и связь, 1991.- 160 c.t ил.-(Массовая радиобиблиотека.
Вып. 1166)

ISBN 5-256-00654-1.
Рассмотрены основные типы импульсных устройств и пути их
реализации с помощью современных цифровых и аналоговых микро·
схем. На конкретных примерах
показаны способы
применения ИМ·
пульсных устройств в радиолюбительской и промышленной бытовой
аппаратуре.

Для

широкого

круга

радиолюбителей.

3 2302020400-099 46-91

ББК

046(01)-91

32.85

Научно-популярное издание
Массовая

радиобиблиотека.

ЗЕЛЬДИН

ЕВСЕй

ИМПУЛЬСНЫЕ

Вып.

1166

АРОНОВИЧ

УСТРОЙСТВА

НА

МИКРОСХЕМАХ

Руководитель группы МРБ И. Н. С у с л о в а
Редактор Л. Н. Л о м а к и н
Редактор издательства Т. В. Кр ох а л ев а
Обложка художника А. С. Д зу ц ев а
Художественный редактор Н. С. Ш е и н
Технический редактор Г. З. К уз н е ц о в а
Корректор Т. С. В л а с к ин а

ИБ .№

1749

Сдано в набор 24.10.90. Подписано в печать 30.05.91. Формат 60Х90'/ 16 • Бумага ти­
пографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл
nеч. л. 10,0. Усл.
кр.-отт. 10,25. Уч.-изд. л. 12,12. Тираж 40 ООО экз.
Изд. No 22i96. Заказ № 1363.
Цена

1

р.

70

Издательство

к.

«Радио и связь».

101000,

Областная ордена «Знак Почета»
ления издательств, полиграфии и
им.

Ю.

Гагарина,

Москва,

Почтамт, а/я

693.

типография им. Смирнова
книжной торговли. 214000,

Смоленского облуправ­
г. Смоленск, проспект

2.

ISBN 5-256-00654-1

©

Зельдин Е. А., 1991


Предисловие
Эта книга может быть использована как практическое пособие по
импульсной

технике.

теме,

описание

щими

принципами,

навесных
лением

отличие

а

компонентов, а
часто

до

большинства

устройств

конкретных

где требуется
условий.

реализуют

е применением

от

импульсных

доведено

ограничительных

ройства
схемах

В

различных

на

-

посвященных

ограничено

схем

с указанием

этой

эдесь

об·

значений

до расчетных формул с перечне·

Поскольку

современные импульсные уст­

специализированных

времяэадающих

книг,

не

цепей,

в

и

универсальных

микро·

книге дано краткое описа·

ние элементной базы интегральной микроэлектроники, а также основ теории

RС-цепей.
Импульсные
ЭВМ,

телемеханике,
отраслях.

комплементарной
материала
рубежные,

широко

используются
радиолокации,

физике,

медицинской

аппаратуре

рассчитан

(ТТЛ,

структуры

операционных

узлы

телевидении,

схем

логики

и

технике,

ядерной

Подбор

транзисторной
меров,

устройства

измерительной

на

использование

в том числе

и

на

и

изделий

компараторов

в

основном

находящиеся

вне

поля

-

Шоттки),

(КМОП),

массового

тай­

Источник

отечественные и

Некоторые из описанных устройств разработаны автором,

и

других

транзисторно­

напряжения.

зрения

цифровых

многих

транзисторах

книги, сборники, периодические издания

-

и

металл-окисел-полупроводник

усилителей

в

автоматике

за­

читателя.


1.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Импульсы и их параметры

1.1.

I<

импульсным

личные

электрические

ные

форме

по

от

преобразования,
импульсная

сигналам

в

-

сигналы

гармонических

передачи

техника

-

и

общем

и

непериодические,

(синусоидальных).

применения

важная

случае принято относить

периодические

область

раз­

отлич­

Вопросами

генерации,

сигналов

занимается

импульсных
современной

электронной

техники.

Форму различных импульсов для удобства уподобляют близким по виду
геометрическим фигурам. Импульсная техника оперирует с прямоугольными,
трапецеидальными,

ми

видами

моугольные

Понятие

треугольными,

импульсов.
импульсы,

Для
и

о

«Прямоугольный
емкостями

и

них

в

основном

1.1.

рабочий

уровень.

микросхем

индуктивностями,

параметры
Поскольку

питается

большинство

положительным

положительна

напряжения

всегда

типы

компараторов

такие

микросхемы

Микросхемы,

(иначе

больше

идти

пригодны

и

други­

имеют

речь

форма

в

пря­
книге.

реального

для

отсутствовать.

электрические и
полярность

серий

говоря,

в

временные.
импульса

современных

относительно

импульсов

нуля).

напряжения

питающиеся

будет

могут

характеризуют

жением, полярность электрических

росхемами

и

значение

Колебательные выбросы, обусловленные па­

Параметры импулыюв подразделяют на
Электрические

ступенчатыми

наибольшее

импульс»- идеализированное,

импульса показана на рис.
разитными

пилообразными,

практики

общего

провода

мгновенное значение

работы

отрицательным

с

напря­

импульсного

усилители

и

двуполярным

импульсами.

составляют

часть

изделий

роэлектронной
ности

и

некоторые

напряжением,

разнополярными

напряжением,
большую

U

его

устройствах с такими мик­

Операционные
питаются

и

цифровых

немик-

промышлен­

имеют

ограниченное

применение.

Импульсное
принимать

кий,

низкий

то

вень

U0 •
зует

Рис.

1.1.

импульса

4

Форма реального прямоугольного

Ua

наибольшее

венных

значений

относительно
уровня.

высо­

Уро-

напряжения

u1,

Амплитуда

то

уровень.

высокого

обозначают

t

напряжение

может

низкого­

характери­
llЗ

мгно-

импульса

начального


и

"j
:_fl_JJ_
-

t
т

t

Рис.

Рис. 1.2. Вид импульса высокого
уровня (1), низкого уровня (11)

Периодическая последо­

1.3.

вательность

прямоугольных

им­

пульсов

В

импульсных

уровня

(рис.

случаи,

(рис.

когда

в

чаще имеют дело с

подобными

качестве

Следует

показанным

активных

напряжение

1.2, 11),

состоянием.

устройствах

1.2, 1),

что

уровня

импульсами

рис.

употребляют

высокого

отметить,

на

этом

высокого

Нередки, однако,

импульсы

при

некоторые

1.1.

низкого уровня

служит

авторы

исходным

импульсы

низкого

уровня ошибочно называют отрицательными импульсами.

Перепадом
ческого

(напряжения,

состояния,

тока)

соизмеримое

называют

по

быстрое

длительности

с

изменение

временем

электри­

переходных

процессов в цепи. Положительный перепад (от низкого уровня к высокому)

1-

называют фронтом, в таблицах и на схемах его изображают знаком

(реже
к

а в тексте - 0.1. Отрицательный перепад (от высокого урооня

t),

низкому)

принято

называть

срезом

(спадом,

лицах и на схемах срез обозначают знаком
Переходный
зависящее

зитных

от

процесс

емкостей.

входит время

На

't'Ф

в

и

устройстве

делить

моменты

действительности

условно

считают
(рис.

и

время

у

конца

ил11 от

0,9 UA

литературе

можно

также

и среза

реального

процесса,

изменения

1.1)

«крутизна

таб­

- 1.0.

какое-то

время,

занимает
в

В

а в тексте

а

также от пара­

длительность

импульса

среза Тер.

Поскольку

начала

фронтом).

t),

активных элементов,

практике длительность фронта
осциллографа

В

реальном

Поэтому

фронта

мощью

0,9 UA

в

инерционных свойств

задним

-1_ (реже

до

импульса определяют с по­
импульса

трудно

длительностью

напряжения

точно

фронт~

импульса

от

0,1

и

вы­

среза

до

UA

0,1 UA.

встретить

термины

«крутизна

фронта:.

и

среза»:

l<Ф= (0,9UA-0,lUA)/тФ=0,8UA/'t'Ф, В/мкс,
Кер= (0,9UA-0,1UA)/тcp=0,8UA/'t'cp,
Длительность
считывают
и

на

формирования

для простоты

Импульсы,

импульса,

уровне

импульсов

полагая

ее

следующие

последовательность.

В

так

0,5 UA.

называемую

При

активную

рассмотрении

длительность

равной

в

В/мкс.

фронта

длительность,

процессов
и

среза

от­

генерирования
не

учитывают,

нулю.

определенном

периодической

порядке,

образуют

последовательности

импульсную

импульсы

и

пау­

зы между ними одинаковы. Сумма длительностей импульса ти и паузы to

определяет период следования Т (рис.
рактеризует

частоту

следования

1.3).

Обратная величина

f = 1/Т

ха·

импульсов.

5


Для

характеристики

периодической

последовательности

дополнительные параметры: скважность
фициент

заполнения

рой Ти=Тп, т. е.

В

шая

и

большинстве
базы

следования

процесс

точника

импульсных

и

зарядки

внешнего

у

кото­

и

параметров

конденсатора

Uп.

Употребляют

С.

резистор

также

и

разряжается

или

Обычно

от

R

ча­

Простей­
резистор

выдержку

опреде­

внешнего

параллельное

В этом случае конденсатор,

питания,

используе­

RС-цепей.

Временную

С через

от

длительность,

ис­

включение

предварительно за­

начиная с

момента

отключе­

напряжения.

RС-цепь,
ленный

R

конденсатора

от источника

от

независимо

решения

последовательно.

конденсатора и резистора.
ния

зависит

из резистора

соединяют

напряжения

ряженный

последовательность,

устройств

схемотехнического

импульсов

RС-цепь состоит

конденсатор

ляет

Периодическую

называют меандром.

Q=2,

элементной

стота,

и

RС-цепи

1.2.
мой

у=ти/Т.

используют

импульсов Q=Т/ти и реже коэф­

как

запас

и

любую

энергии.

электрическую

Изменению

систему,

состояния

характеризует

системы

опреде­

соответствует

изме­

нение запаса энергии в конденсаторе (энергию может запасать только реак­

тивный

элемент

цепи).

сопровождается
промежутка

Переход

расходом

времени,

поскольку

мгновенно,

ибо для этого

мощности.

В

напряжения

течение
и

тока

в

времени

поясняет рис.

скачком

меняет

или

уменьшаясь,

ния).
ройств

его

роль

зистор

и

п.,

т.

напряжения
На

рис.

через

он

R1

ток не

1~01
-

стор

6

электронный

по

в

происходить

происходит

большой
изменение

ключ

-

R1Cl

протекает.

Uпор

который

увеличиваясь

(порог

переключе­

реальных

логический

элемент,

поочередно то

уст­
тран­

к источнику

с так называемым разделительным

постоянному

исходном

(ПЭ),

большинстве

току

состоянии

пороговый

конденсатор

Выходное состояние

С!

элемент

от

разряжен,

порогового эле­

А!

~~-

SAIRI

~Rt

~бt

а)
Рис.

др"угое

определено входным напряжением Uвх=О. В момент переключе-

~~

а

может

бесконечно

напряжение,

значения

условно:

подключает цепь

В

процесса

входное

порогового

отделяет

напряжения.

резистор

мента А!

который

не

источник

в

определенного

пороговый элемент

Al когда

показан

исполняет

состояния

течение

цепи.

G!, то к общему проводу.
1.4, а показана схема узла

конденсатором:

источника

SAl

в

устройств с разными вариантами включения

состояние,

достигает

Переключатель

одного

энергии

бы

переходного

Здесь

1.4.

из

протекает

изменение

компонентах

RС-цепи

и

потребовался

Идею работы импульсных
свое

RС-цепи

энергии

Rf

tf)

~

TCI
tJ)

1.4. RС-цепь на '"входе импульсных устройств:

дифференцирующая
и

конденсатор

(разделительная)

включены

параллельно

цепь;

б

-

интегрирующая

цепь;

в

-

рези­


ния

контактов

на

SAI

резисторе

падает

R1

максимальное

напряжение

UR = Uп,

которое вызовет переключение порогового элемента. Когда по мере

зарядки

конденсатора

уровня
зовет

UR = Uпор,

в

падение

Cl

напряжения

на

резисторе

снизится

до

пороговый элемент вернется в исходное состояние и вы­

последующих

узлах

необходимые

переключения.

Вариант, схема которого изображена на рис.

пороговый элемент

1.4, б,
Uc

отличается тем, что

переключается напряжением

Al

которое увеличивается

от

нуля, стремясь к Uп.

на конденсаторе

Cl,
1.4, в
конденсаторе С 1.

В варианте на

напряжение уменьшается одновременно на резисторе

R1

и

рис.

Переходные процессы в RС-цепи протекают по одному общему закону,
но

их

продолжительность

определяется

в

произведением

каждом

т=

конкретном

RC -

так

устройстве

называемой

различна

постоянной

и

време­

ни. Термин этот не случаен: постоянная времени имеет в системе СИ раз­
мерность:

т= [ом]. [фарада]= [вольт]. [кулон]=
ампер

вольт ]
= [- - ·
ампер

На
ются

т[с]

вольт

практике

одним

из

вольт

[ ампер· секунда ] =[секунда ] .
для

характеристики

следующих

постоянной

времени

обычно

пользу­

соотношений:

= R [МОм] С[мкФ],
=R [кОм]С[мкФ],

т[мс]

т[мкс] =R[МОм]С[пФ],

т[мкс] =R[кОм]С[нФ].
Математически
циальная

переходные

функция,

или,

процессы

короче,

в

RС-цепи

описывает

экспонен­

экспонента

(1.1)
где
т

-

t-

текущее

постоянн~я

этой

время,
времени,

е- основание

Un -

натуральных

напряжение

питания.

логарифмов,
Другая

е=2,718,

форма

записи

функции:

(1.2)

U(t) =Uпехр(-t/т).
В литературе встречаются оба
Из
щая,

( 1.1)

уравнения

чем

желаемое

больше

постоянная

значение

разные сочетания
Формулы,

следует,

денсатора и его

времени

сопротивлений

разрядки,

экспоненциальная

времени,

постоянной

описывающие

вида записи.

что

и

функция

медленнее

RC

можно

-

протекает

обспечнть,

убываю­
процесс,

применяя

емкостей.

переходные

немного

тем

процессы

различаются.

в

стадиях

зарядки

UR=Uпexp(-t/т),

(1.3)
(1.4)

Uc=Uп[l-exp(-t/т)].
При

разрядке

(начальное

кон­

При зарядке:

напряжение

на

конденсаторе

также

равно

Uс.нач=Uп):

UR= -Uпехр(-t/т),
Uc=UIIexp(-t/т).

( 1.5)
(1.6)
7


1.5.

Рис.

/-вида

Знак
ется

Графики

минус указывает на то,
на

экспоненциальной
2-вида

[1-exp(-t/RC);

функции:

exp(-t/RC)

что направление

тока через

резистор

меня­

противоположное.

Здесь

говорится

только

о

напряжении

на

конденсаторе

и

резисторе.

Совершенно очевидно, что ток в цепи подчиняется тому же закону. Чтобы
найти

ток,

функции

следует

показаны

заменить
на

рис.

Uн

1.5.

на

Uн/R.

Таблица

ехр (-t/т) =е-х дана в приложении на стр.
Теоретически,
стигло
То

значения

же самое

жения.

мости

На

от

чтобы

напряжение

Uc=Uп,

можно

сказать

практике

о

считают,

допускаемой

на

требуется

точности)

шенность процесса составит

конденсаторе

RС-цепи

(2,3 ... 5) RC.

ного

(t=oo).

время
нулевого

длится

указанное

(в

напря­

зависи­

время

завер­

U(t), % ОТ U( оо)
90
95
99

одним

конденсатором

заряженным

или

U(t) =U(oo)-[U(oo)-U(O) ]ехр (- RtC),

(1.7)

определить

U (t) -

Эту

по

формуле

напряжение между точками в интересующий

процесса

момент

при переключениях

(безразлично

между двумя точками цепи

ходного

от

процесса;

начала

lJ (О) -

t=O; U(oo)
напряжение

-напряжение

сразу

после

момент

после

t

переход­

окончания

переключения,

т.

пере­

е.

в

t=O.
формулу

U(O), U(oo)

8

до

процесс

За

ходе зарядки до­

напряжение

можно

где

с

функции

(в процентах от окончательного значения):

2,3
3
5
Для

в

большое

конденсатора

переходный

t/ (RC)

разряженным)

экспоненциальной
значений

157.

бесконечно

разрядке

что

Графики
численных

часто

используют

на

практике,

поскольку

параметры

и RС=т, бывают известны либо легко поддаются вычислению.


При

проектировании

импульсных

больше интересует временной

ние в

определенной точке

например
та

разработчика,

однако,

продолжение которого напряже­

устройства достигает заданного значения

порогового напряжения

Если уравнение

Al.

устройств

интервал, в
Uпор

на

входе

t,

решить относительно

(1.7)

U (t),

переключающего элемен­
то

U(oo)-U(O)
t=RC ln
•
U(oo)-U(t)

(1 8)
.

Обозначения здесь те же, что и в формуле

означает на­

можно найти с помощью калькулятора либо

под

рукой

есть только

числа.

ln

рального логарифма
Если

ним

Символ

следующего

лицам.

за

(1.7).

туральный логарифм

Численное значение

таблицы десятичных логарифмов,

рейти от них к натуральным можно простым пересчетом:
Формула
меров

(1.8)

поясняют

Первый

очень

полезна

порядок

пример.

для

пользования

Сколько

практики.

Несколько

простых

продлится

зарядка

начиная с момента

разряженного

U'c

точнику

напряжения

Uп

U (О) =0.

В результате подстановки этих значений в формулу
Uп

при­

ею.

напряжения

t=RC ln

пе­

ln N =2,З lg N.

тора до

(р·ИС.

на гу­

по таб­

1,6, а)?

подключения

Здесь

конденса­

RС-цепи

U (t) =U'c;

к ис­

U (оо) =
(1.8).

(1.9)

,

Uп-U с

Второй пример. Найти время разрядки конденсатора от уровня Uп до

(рис.

Uп;

1,6,6). В данном случае:

U(oo).=0, U(O)=Uп; U(t)_=U'a.

U'c

Следо­

вательно,

0-Uп

Uп

t=RCln - - =RCln
0-U'c
U'c
(/
(/{оо)=

(1.10)

(/

{}

U(oo)=U0

и.

(/0

и~

(/~

U{О)=Ц,,.,

и:с
о

и

t

t,
а)

о

t

о

t,

r5)

t
б}

U(oo}= lfn

lfd

U(O}=Ucнa•

с)

Рис. 1.6. Виды экспонент
расчетов)

(к примерам

9


Третий

пример.

Конденсатор,

ряжается затем до

заряженный

до

напряжения

найти время зарядки от исходного состояния до значения
ходится между Uснач и Uп

U (О)= Uc

нач,

Uc

за­

более высокого уровня Uп той же полярности. Чтобы
(рис.

U' с,

которое на­

1.6,в), используем значения:

U(oo)=Uп,

нач. Значит,

t=RC ln Uп-Uc нач •

(1.11)

Uп-U'c

Четвертый пример. В отличие от предыдущего случая конденсатор пос­
ле

предварительной

зарядки

нику Uп обратной
(рис.

1.6, г}.

до

напряжения

полярности,

Этому

Uc

нач

причем в общем

соответствует:

U(oo)

=Uп;

подключают

к

источ­

случае IUcuaчl*IUпl
нач.

U(O) =-Uc

В

резуль­

тате:

t=RC!n Uп-(-Uснач) =RC!n Uп+Uснач •
Uп-U'c
Временной

вает)

интервал,

от значения

(1.12)

Uп-U'c
в

течение которого

до

U(t')

менных отрезков Лt=t 11 -t'

t''=RC ln U(oo)-U(O)
U(oo)-U(t 11 )

напряжение

возрастает

U(t 11 ) , можно найти как разность
(рис. 1.7). В данном случае:

(убы­

двух вре­

U(oo)-U(O)
t'=RC ln U(oo)-U(t')

;

Следовательно,

Лt=t"-t'=RC ln U(oo)-U(t')

( 1.13)

U(oo)-U(t 11 )

Вычислим по этой формуле длительность фронта проходящего импульса
по известным данным:

н

паразитной

предшествующего
гласно

ми

tФ=t
В

11

И

емкости

и

д.лительность

1

фронта

важный

перепадам

напряжения

соотношения

того,

на

Из

(1.13).

практический

вого элемента

измеряют

емкостью

Сп=Свых+Свх.
между

Al

для

этого

двумя

Со­

уровня­

разных

вывод:

на

встречается.

можно

точек

кривой

заключить, что

разных участках

времени Лt=t 11 -t'

(рис.

можно

экспоненциальной

поскольку напряжение

1.4)

""'2,2RiCп""'2,2't.

часто

экспоненты

ЛU=U"-U'

свойства

(см. рис.

0,9
0,1

=RiCпln

соотношение также

рассмотрения

соответствуют разные интервалы

формуле

выходной

последующего:

-

Umax-U(O,I)
Umax-U(0,9)

(o,1)=RiCпln

непосредственного

чественные

предшествующего узла

Ri

образованной

0,9 Umax:

(0,9)-t

одинаковым

Сп,

входной

импульсной технике это

Из

вых

узла

стандартам

0,1 Umax

выходному сопротивлению

нагрузочной

кри­
Коли­

1.8).

вычислить

функции

срабатывания

по

следует

порого­

всегда имеет разброс, то в зависимости от

какую точку экспоненты

приходится

напряжение Uп 0 р,

точность

выдержки времени (в импульсном устройстве, в реле времени) будет разной.

Поясним

ройство

сказанное

работает от

численным

источника

примером.

питания

Допустим,

напряжением Uп.

импульсное

уст­

Пороговое уст­

ройство в одном случае срабатывает по уровню U'п 0 р=0,4Uп, в другом

U" пор =0,9Uп.
10

Допуск

на

срабатывание

по

напряжению

-

ЛU =0,05Uп,


(/

и.
Q"

и

U'=0,9Un

U(oo)
U[t•)
U(t')

U(O)
о

Рис.

К

1.7.

времени

4t
t"

t'

в

t

At
t' t"

определению интервала

переходном

Рис.

процессе

t'

Интервалы

1.8.

ветствующие

времени,

одинаковым

напряжения

на

1
t"
соот­

перепадам

разных

участках

экспоненты

т. е.

Каковы возможные временнь1е погрешности в

5%.

первом и втором

случае?

Решение

выполняется

Лt1=RC lп
Во втором

Лt2=RС!п

по

общей

формуле

(1.8).

Uп-О, 4 Uп

=RC

Uп-О, 9 Uп

=RC!п2=0,69RC.

Uп-(О,4Uп+О,05Uп)

Uп-(О,9Uп+О,05Uп)

В

первом случае

lп l,09=0,087RC.

Таким образом, в первом случае погрешность отсчета может достигать

8,7,

а во втором

используют

- 69%.

По этой причине в цепях выдержки времени всегда

участок кривой

повышенная

точность,

в

пределах

работают

на

Когда

(1".1,5)t/(RC).

начальном,

наиболее

требуется

крутом

участке

экспоненты, выбирая большое отношение Uп/UпоР·
Сказанное в

равной

мере

относится

к случаям

зарядки

и

разрядки

конденсатора.

Последний пример объясняет, в частности, причину сравнительно невы­

сокой
ТТЛ.

стабильности
Поскольку

напряжения

импульсных

пороговое

источника

устройств

напряжение

питания

Uп,

с

Uпор

RС-цепями
у

них

на

микросхемах

постоянно,

заряжающего конденсатор,

изменение

ведет к из­

менению временных характеристик. В этом отношении более предпочтитель­

ны

КМОП-микросхемы,

у

которых

пороговое

напряжение

Uпор

меняется

пропорционально питающему напряжению Uп.

Отметим

также

некоторые

важно для ясного понимания

1.
жение

В

на

RС-цепи

в

первый

конденсаторе

сразу после

свойства

при

переключениях,

импульсных устройств.

момент

после

сохраняет

переключения

RС-цепи

работы

свое

переключения

исходное

конденсатор для

значение.

что

(скачка)

напря­

Иначе

говоря,

протекающего тока представляет

как бы нулевое сопротивление. Из этого положения следует важный прак-

11


тический вывод:
через

напряжение

2.
то

было

Если

женный

в

это

найти

до

внутреннего

ток

цепи

от

сразу

источником

сопротивления),

батарею,

потерь проходят
того,

какое

после

скачка,

переключения.

в

конденсатор

без

независимо

момента

начальный

заменить

как

свободно и

справедливо

конденсаторе

конденсатор

ряженным

3.

на

мысленно

(без

напряжения

Правило

требуется

следует

напряжения

ток

перепады

конденсатор.

т.

е.

последовательно

питания

того

рассматривать

соединенную

же

заря­

с

неза­

конденсатором.

По окончании переходного процесса
цепи

прекращается

и

конденсатор

(в установившемся состоянии)

можно

рассматривать

как

разрыв

цепи.

4.

В цепи, содержащей один конденсатор и несколько резисторов, под­

ключенных

к

нему,

постоянная

времени

равна

"t"= СRзнв

(Rэнв

эквива­

-

лентное сопротивление всех резисторов), при допущении, что источник

источники),
рис.

1.9.

от

которого

питается

цепь,

При разомкнутых контактах

резистора
времен>!

контактов

зарядной

зисторами

конденсатор

SAl

Сказанное

Cl

и

Rl

цепи

R2,

конденсатор

SAl

будет

заряжается,

определена

При

"t"p=R2Cl.

причем

параллельно

(или

поясняет

разряжен за счет

а постоянная времени разрядной цепи равна

R2,

замыкании

замкнут.

постоянная

включенными

ре­

т. е. Rэнв=Rl·R2/(Rl+R2). После окончания зарядки

в цепи протекает ток

1= Uп/ (R 1+ R2),

а напряжение на

конденсаторе

Uc=IR2=UuR2/(Rl +R2).
Цепи подобного рода

встречаются в импульсных устройствах на

росхемах ТТЛ, у которых
(разрядным)

входное

сопротивлением RС-цепи.

Воздействие RС-цепи на последовательность

1.3.

прямоугольных

Рассмотрим
прямоугольных
противление

мик­

сопротивление соизмеримо с зарядным

временные
импульсов

источника

импульсов

процессы
с

в

RС-цепи

амплитудой

импульсов

малб,

Uл.
а

при

воздействии

Полагаем,

что

на

выходное

нее
со­

входное сопротивление нагрузки

велико и в исходном состоянии конденсатор разряжен. Выходное напряже­

ние можно снимать как с конденсатора
Реакция

RС-цепи

на

импульсную

Cl,

так и с резистора

последовательность

Rl

(т.

е.

(рис.

1.10).

форма

и

значение выходного напряжения)

существенно зависит от соотношения меж­

ду

и длительностью входных импульсов. По­

постоянной времени

RС-цепи

этому отдельно разберем два частных

а)
Рис. 1.9. К определению
мени сложной цепи

случая:

о)
постоянной

вре­

Рис. 1.10.
Схема под­
ключения RС-цепи к ис­
точнику
импульсов

12

прямоугольных


'rи

t

т

"'! {\ (\

и, 1
~

~

t

•t

t

и,

и,

о)

а)
Рис.

Эпюры напряжения на выходе RС-цепи при воздействии прямо­

1.11.

угольных

а

-

импульсов:

RС»~и:

RC«tи

6-

постоянная времени

1.

а

RС-цепи велика по сравнению с длительностью

импульсов, RC~ (10".20)ти.
постоянная

2.

времен11

RС-цепи

В первом случае (рис.
успеет

зарядиться

поскольку
на

резисторе

ного

по

отрицательный
пряжение

на

В тех

перепад

случаях,

постоянному

току

напряжения
до

RC~ (0,05".0,l)ти.

напряжение

на

близко

(1.4)
от

разряжаться,
и

по

мере

на

причем

С

небольшим,
Напряжение
это

резисторе

разрядки

отличие

окончанием

вход­

образуется

конденсатора

на­

нуля.

разделительную,

источника

будет

единице.

входного,

выходное напряжение

как

нем
к

неравенство RС>ти.

начнет

спадет

когда

цепь используют

и

отличается

сильнее

конденсатор

резисторе

мала

за время действия импульса конденсатор

формуле

незначительно

меньше, чем

импульса

кую

незначительно

exp(-t/RC)

будет тем

1.11, а)

импульсов

и

снимают с

обеспечивающую

нагрузки.

Если

резистора, та­
разделение

по

напряжение сни­

мают с конденсатора, то цепь с RС>ти служит в качестве интегрирующей.
Интегрирующей цепи свойственно
ходного

напряжения

при

приблизительно линейное увеличение вы­

воздействии

на

вход

прямоугольного

импульса

и такое же линейное уменьшение после прекращения импульса.

Для

RС-цепи

пряжение

t"" 3RC,
после

на

т.

е.

о малой

конденсаторе

до

прекращения

словами, импульсы

постоянной
достигнет

окончания
входного

входного
импульса

напряжения

на

времени

RС~ти

максимального

импульса.
также

резисторе

(рис.

Разрядка

протекает

будут

1.11,б)

значения

за

на­

время

конденсатора

быстро.

короткими,

Другими

короче

13


входных.

Такую

цепь,

если

выходное

напряжение

снимают

с

резистора,

называют дифференцирующей или обостряющей. На практике дифференци­
рующую

цепь

частот

применяют для

получения

кратковременных

импульсов.

Если в устройстве с дифференцирующей RС-цепью импульсы одной из двух
полярностей

нежелательны,

резистор

шунтируют

диодом.

:Когда

к

диоду

приложено обратное напряжение, он не оказывает влияния на работу цепи.
При прямом

напряжении диод замыкает резистор.

Генераторы стабильного тока

1.4.

Экспоненциальный характер 'изменения
препятствием
ходного

к

ее

применению,

напряжения

от

напряжения в

если требуется

времени, как,

например,

линейная
в

RС-цепи служит
зависимость

вы­

генераторах пилообраз­

ного и треугольного напряжения. В таких случаях RС-цепь усложняют, за­
меняя резистор так называемым генератором (источником) стабильного тока.

Зарядный
ние

или

разрядный ток в

независимо

напряжение

от

на

степени

нем

такой

цепи

заряженности

изменяется

сохраняет неизменное значе­

конденсатора,

пропорционально

времени

благодаря

чему

протекания

про­

цесса.

В

генераторе стабильного

транзисторы. На

рис.

тока

используют

изображена

1.12

схема

биполярные

и

полевые

с биполярным транзистором.

Работа устройства основана на свойстве биполярного транзистора сохранять
коллекторный
жения

ние

на

ток

практически

коллекторе,

если

неизменным

на

базе

при

разных

поддерживать

значениях

постоянное

напря­

напряже­

[36].
Ток зарядки конденсатора равен

lc= (Un-Uэ)/RЗ,
где Uэ

-

(1.14)

напряжение на эмиттере, равное

R2
--Rl+R2

Uэ=ЛUэв+
а ЛUэв=О,7 В

Uп,

(1.15)

падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора.

-

Если, к примеру, Uп=15 В,

R3=20

кОм,

R1=5

кОм,

R2=10

кОм, то:

Uэ=О,7+10·15/(5+10)=10,7 В
и,

следовательно,

lc= (15-10,7)/20=0,215

мА.

BI

К2

Рис.
на

Рис.

1.12.

Схема

генератора

стабильного тока

транзисторе

Схема зарядки конденсатора через генератор стабильного тока

на биполярном

14

1.13.

полевом

p-n-p транзисторе


Роль замыкателя
ный прибор

в

SAl

импульсных

устройствах

исполняет электрон·

(транзистор, логический элемент, таймер и т. п.)

с заданной частотой быстро разряжающий конденсатор

периодически,

Cl.

Схема генератора стабильного тока на полевом транзисторе изображе·
на на рис.

Транзистор

1.13.

управляемый

падением

работает здесь как переменный резистор,

VTl

напряжения

на

истоковом

резисторе

Стабили­

Rl.

зацию обеспечивает обратная связь по току, падение напряжения на рези­
сторе

воздействуя

Rl,

на

затвор

транзистора,

компенсирует

изменение

тока в цепи. Для обеспечения желаемого значения тока в цепи этот рези­

стор

выполняют

переменным.

Сопротивление резистора

шим, поскольку транзистор сам себя запереть не

Элементная

база современной

разнообразием.

полняют на микросхемах
Применение
и

боль­

Основные положения

2.1.

устройств

быть

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ИМПУЛЬСНОИ ТЕХНИКИ

2.

большим

может

может.

Значительную

импульсной
часть

техни~и

импульсных

отличается

устройств

микросхем

в

качестве

активных

элементов

импульсных

позволяет унифицировать элементную базу аппаратуры

обеспечивает

вы­

как цифровых, так и аналоговых.

-

электрическое

согласование

отдельных

узлов

по

в

целом

входу

и

выходу. Для импульсных устройств на микросхемах требуется малое число
внешних
висимых

одним

компонентов.
типовых

корпусом

Мноmе

элементов,

и

более

микросхемы

что

позволяет

экономно

состоят
во

из двух

многих

использовать

шести

-

случаях

площадь

неза­

ограничиться

печатных

плат.

Применение микросхем обеспечивает высокую надежность работы и к тому
же

во

В

многих

случаях

некоторых

генерации
хотя 1их

и

оправдано

сериях

преобразования

число

растет,

экономически.

имеются

специализированные

импульсов.

импульсные

Таких

устройства

микросхемы

изделий

нередко

пока

для

немного,

реализуют

на

и

мик­

росхемах общего назначения.
Импульсные

устройства

сходного

одновибраторы

и т. п.)

можно

тимальный

их

выбор

элементной

базы соседних узлов

зависит

назначения

создавать,
от

(например,

генераторы,

используя разные приборы. Оп­

поставленных
аппаратуры

технических

(вид питания

требований

и

и его стабиль·

ность, быстродействие, условия эксплуатации, экономичность).

Учитывая тему и объем
ограничивать

наиболее

зисторно-транзисторной

логикой

талл-оксид-полупроводник
усилителями

(ОУ)

работают в услов·иях,

чательного

схемы
сток

и

режима.

ролью

U'-U"

(ТТ Л),

(:КМОП),

семействами

комплементарной

таймерами,

а

базы

микросхем

будем
тран­

структурой

также

ме­

операционными

и компараторами напряжения.

Цифровые микросхемы
вах

книги, рассмотрение элементной

распространенными

2.1).

их

использовании

несколько

Связано

активного

на рис.

при

sто с характером

участка

в

отличающихся

импульсных

устройст·

от

переклю­

сигналов

передаточной

типового
на

входе

микро·

характеристики

В цифровой аппаратуре входные сигналы

(уча·

-

пред·

15


r;' -----

Рис. 2.2. Условные графические обозна­
чения инверторов и таблица состояний
уо

.____.....,,н+-.,,-------;u'
!J"
u6,
Uпор

ставляют

собой

Рис.

Типовая передаточная характеристи-

2.1.

ка цифровой
наго сигнала

прямоугольные

импульсы

микросхемы с инверсией вход-

с

крутым

фронтом

и

срезом

и

амплитудой, близкой к напряжению питания, благодаря чему смена выход­
ных состояний протекает кратковременно
сотни наносекунд)

В

импульсных

RС-цепь,

из-за

устройствах

которой

сравнительно

медленно.

ную

могут

область,

непредусмотренное

микросхемы.

(за

наносекунды, десятки, иногда

и активная область не влияет на

на

входе

напряжение
Когда

на

входное

входе

нежелательные

открывание

транзисторов,

условия

на

часто

микросхемы

напряжение

возникнуть

Технические

процесс переключения.

микросхемы

приходится

явления:

на

актив­

самовозбуждение,

ведущее

цифровые

включают

изменяется

к

микросхемы

повреждению

регламентиру­

ют предельную длительность фронта и среза входных импульсов. На прак­
тике,

правда, этими требованиями

Поскольку логическим

нередко пренебрегают.

микросхемам

свойственно довольно высокое

по­

роговое напряжение, в генераторах рабочую точку по крайней мере одного
из активных элементов переводят на активный
редаточной
ния и

характерист,ики

целью

создания

(усилительный)
условий

для

участок пе­

самовозбужде­

более устойчивой генерации.

2.2.

Логические элементы в импульсных устройствах

Цифровые

в

с

импульсных

ского элемента.
уровня, то

микросхемы

устройствах.
Когда

на

-

логические

Инвертор

(рис.

входе инвертора

элементы - часто применяют
2.2)- простейший вид логиче­

действует напряжение высокого

на выходе -~ низкого, и наоборот.

Наглядное представление о состоянии входов и выходов дают таблицы,

подобные

показанным

на

рис.

и

2.2

последующих.

теризует логиче\:кие состояния элемента

Когда таблица

харак­

без учета его исполнения и поляр­

ности питающего напряжения, то сигналы в графах таблицы показывают как
логический

ноль и

микросхеме

и для

разных

выводах,

(от англ.
цами

эти

уровни

высокий)

и

напряжения. Нередко,

оценивают

16

high -

логическую

единицу.

Если

же

речь идет

о

конкретной

нее хотят указать уровни напряжений, действующих на

цифрами

1

условно

L (low правда,

(высокий)

и

обозначают

низкий)

некоторые
О

латинскими

буквами

Н

и таблицы называют табли­

(низкий).

авторы уровни напряжения


~
~9
Рис. 2.3.
фическое

.х2

!/

о

о

f

о

f

f

о

1

о

о

1
1

о

1

1

о

о

f

f

о

1

1

о

f

:xf :rl !/
о
f
о

Условное граобозначение

логического

2И-НЕ

элемента

и

таблица

Логические элементы
(рис.

2.3).

Рис.

логического

логического

-

из

входов

рому

В

элементы

2И-НЕ,

1

о

гра-

обозначение
элемента

и

два или более входов и один вы­

устройствах в основном применяют дву­

которые

истинности.

постоянно

входу

1
1

(соединить с общим проводом), как на выходе

импульсных

таблице

2.3

'

низкого. Достаточно хотя бы на один из входов подать

возникнет высокое.

рис.

о

Исключающее
ИЛИ
таблица состояний

таблица

И-НЕ имеют

напряжение низкого уровня

на

элемента

и

о

Условное

2.5.

фическое

у

о

l(огда на всех входах действует напряжение высокого уров­

ня, то на выходе

входовые

о

Рис. 2.4. Условное графическое
обозначение
2ИЛИ-НЕ
состояний

со­

стояний

ход

:r:I :r:Z

.xf

поддерживать

логический

работают

согласно

представленной

:Как следует из таблицы,

элемент

напряжение

2И-НЕ

высокого

действует

если

уровня,

как

на
то

одном
по

инвертор.

То

вто­

же

происходит, если оба входа соединить между собой.

Логические
входов
ности.

элементы

2.4).

(рис.

Их

Двувходовые

меняются

чаще

2ИЛИ-НЕ

в

ИЛИ-НЕ

работу

элементы

других.

инвертор

также

описывает
2ИЛИ-НЕ,

Для

нужно

могут

иметь

как

и

в

одном

из

более
истин­

2И-НЕ,

логического

входов

или

таблица

случае

преобразования

на

два

соответствующая

при­

элемента

поддерживать напря­

жение низкого уровня либо соединить входы, как в случае элемента И-НЕ.
:Каждый
(рис.

2.5).

например

логический

элемент

Исключающее

ИЛИ

имеет

два

входа

:Как следует из таблицы истинности, если на одном из входов,

xl,

поддерживать

напряжение

низкого

уровня,

элемент

будет

~ъ DJ+LD.
У

О

90

270 J50 f°f• гри4

!80

~)

о)
Рис.

2.6.

Логический

элемент

Исключающее

ИЛИ

в

роли

фазового

ком-

паратора:

а - схема включения; 6
жения от фазового угла

-

временные

диаграммы;

в

-

зависимость

выходного

напря­

17


работать

как

обращает

повторитель.

элемент

Напряжение

Исключающее

высокого

ИЛИ

в

уровня

инвертор.

на

этом

Логические

входе

свойства

элемента Исключающее ИЛИ позволяют использовать его в качестве про­
стого

фазового

компаратора

последовательностями

(рис.

2.6, а).

измерителя

-

прямоугольных

фазового

сдвига

импульсов

Скважность входных импульсов должна быть

последовательностей

(рис.

2.6, б,

между

одинаковой

двумя
частоты

для обеих

Q=2

в). Такой фазовый компаратор применен,

например, в интегральном генераторе с фазовой автоподстройкой частоты

микросхема типа К564ГГ!

2.3.

(см.

Триггеры

Триггеры, в

отличие

от логических элементов, обладают

Под памятью электронных устройств
состояние

чески это

свойство обеспечивается действием

зи, часто двойной

Простейшими
виды,

являются

прекращения

триггерами,

RS-

(RS-тpиrrep ) - это
И-НЕ

после

перекрестной

-

разными

ментов

и

и

входных

основе

RS-триггеры.

которых

Схемно

сигналами:

для

напряжение

высокого

соответствующие

а

для

2.7

таблицы

и

2.8.

состояний.

Индексами

прихода.

жающий
всегда

и

tn+t -

после

его

из

-

tn

Выход

tn

и

инверсны

по

Q,

отношению

нередко
к

опускают:

прямому

сигналы

на

tn+t

до прихода

Q

называют

инверсным. В таблицах состояния триггеров столбец,

состояние выхода

эле­

с обозна­

Работу этих триггеров

переключающего

импульса

переклю­

варианта

(два такта)

Q-

другие

ИЛИ-НЕ

структура

обозначены два соседних дискретных момента

прямым,

и

но

элементов

логическая

чением входов и выходов показана на рис.

[ 11].

одинаковы,

из

уровня,

Их

Схемотехни­

организованы

они

триггера

(RS-триггер)- низкого.

характеризуют

сигналов.

положительной обратной свя­

с выходов на входы

-

на

памятью.

подразумевают способность сохранять

выходное

чаются

-

§ 5.9).

отра­

этом

выходе

выходу.

С приходом активного сигнала на вход S либо S (от англ. set -уста­
навливать)

на

прямом

а)

~
а

2.7.

установится

Brou~ t о о
Вхо8 ~ t
о
Вшо8:t
выхои;h

г

напряжение

"t

...t
"t

уровня,

Такт tn

Тuкт tn+t

Rп

sn

an•f fj ".,

о

о

о

f

1

о

о

1

1

1

{}"

iJ"

'

о

о

о

"'t
г)

RS-триггер:

а - на логических элементах ИЛИ-НЕ;
б -условное
FремеииЬ1е диаграммы; г
таблица состояний

-

18

высокого

d)

tf)

Рис.

выходе

графическое

обозначение;

в

-


вхои~Ьпг= ~
t

и

1
BxofJK

lГ"

ВыхоD~ 1. .~----'--~

а)

-fsr1--:- DыxofJ~b
-{1_J-!L

г:

Рис.
а

логических

временнь~е

на

элементах

диаграммы;

г

-

И-НЕ;

таблица

инверсном соответственно

быть

нейтральный

благодаря
Если

sn

К"

о

о

о

1

,

f

о

о

,

f

f

о"

о"

/},,., 9n•I
1

1
о

г)

RS-триггер:

2.8.

на

-

t"

t

О)

о)

Токтt,,.1

Токт

сигнал.

- условное графическое обозначение; в - вре­

низкого. На втором входе при этом должен

-

В

б

состояний

новое

состояние

триггер

положительной перекрестной обратной
после

переключения

триггера

переходит

скачком

связи между элементами.

активный

сигнал

на

входе

станет

нейтральным, триггер сохранит новое состояние, в котором он будет удер­
живаться действием той
де

S

же обратной связи.

никак не повлияют на

Активный
вызовет

сигнал

обратное

на

входе

переключение:

пряжение, на инверсном

Повторные

импульсы

на вхо­

состояние триггера.

(от

R
на

англ.

прямом

-устанавливать

reset

выхй'де

появится

вновь)

низкое

на­

высокое. Появление активных сигналов одновре­

-

менно на обоих входах приводит к тому, что на обоих выходах будут на­
пряжения одинакового уровня. Такое сочетание входных сигналов называют
неопределенным

или

запрещенным

и

в

условиях

нормальной

работы

его

избегают.
RS-триггеры

широко

используют

в

аппаратуре,

в

том

числе и

в

им­

пульсных устройствах.
В

интегральном

исполнении

промышленность

выпускает

много

тригге­

ров как в виде самостоятельных изделий, так и в составе разных функцио­

нальных

личаются

узлов ~счетчиков,

регистров,

между собой элементной

ния входной информации, реализуемой

и

времениь1ми

параметрами,

запоминающих

устройств.

базой, числом входов,

Они

раз­

способом введе­

функцией переходсrв, электрическими

конструктивным

оформлением.

Эти

триггеры

имеют более сложную структуру, и в общем случае их можно представить
как систему, состоящую из RS-триггера, играющего роль ячейки памяти ЯП,

и

устройства

входную
ячейка

управления

информацию

в

УУ

из

логических

комбинацию

элементов,

сигналов,

под

преобразующего

воздействием

памяти принимает одно из двух устойчивых состояний

которых

(рис.

2.9).

По способу введения информации триггеры подразделяют на асинхрон­
ные

и

У

синхронные.

асинхронных

триггеры

отличает

триггеров
свойство

есть только

срабатывать

информационные
сразу

после

входы.

изменения

Эти

сигналов

19


,...------------,
1
1
г-----------1

11
1~

11

s'

А L-э- !/!/

110

К'

""'~

1 {j

---~

в

~ с

~ S--+---..1
н--..-----'
Рис. 2.9. Структурная
герной системы:

схема

триг­

Рис. 2.10.
триггеров с
равления:

УУ - устройство управления;
ЯП - ячей­
ка памяти (собственно триггер); А. В информационные
(логические)
входы,
С - тактовый вход; S' и R' - виу~реннне
входы ячейки памяти: S н R - внешние

вJ<оды ячейки

ние

выходы.

на

входах

памяти;

(если

не

Q

и

а - статическим
(по уровню);
б - дина­
мическим
с активным фронтом;
в
ди­
намическим с активным срезом (/ - вре­

-

мя,

внеш­

Q-

учитывать

Момент
срабатывания
разными способами уп­

а

дить

течение

которого

переключения

короткого времени

могут

происхо­

триггера)

задержки распростране­

ния сигнала в элементах, образующих триггер). Типичный пример асинхронных триггеров

-

рассмотренные

и RS-триггеры.

RS-

У синхронных триггеров смены сигналов на информационных входах еще
недостаточно
импульс,

для

срабатывания.

который подают на

Необходим

дополнительный

специальный синхронизирующий,

командный
или,

как его

чаще называют, тактирующий вход. В зависимости от исполнения синхрон­
ные триггеры

управляют

либо по

уровню

напряжения

тактового

(триггеры-защелки), либо по его фронту или срезу (рис.

2.10).

импульса

Управление

по уровню напряжения иногда называют статическим, а по перепаду (фрон­

ту или срезу)- динамическим.

Синхронные триггеры с управлением по уровнiо срабатывают в момент,
когда напряжение тактового импульса достигает порогового уровня. Сигна­
лы

на

выходах

ционалы~:ым

входах.
пульс

при

видом

этом

принимают

триггера

Специфика

и

значения,

сочетанием

которые

сигналов

на

определены

функ­

информационных

этих триггеров такова, что пока длится тактовый

(в течение времени

t

на рис.

2.10, а),

смена

сигналов

им­

на информа­

ционных входах приводит к новым переключениям. С окончанием тактового
импульса такой триггер сохраняет
Другими
щелке

словами,

наличие

асинхронный режим

(защелкивает)

тактового
работы,

импульса

отсутствие

напряжения

на

тактовом

входе,

причем

решения, либо от низкого уровня к высокому
высокого к низкому
товый

вход,

реагирует только
в

зависимости

от

на

пере­

схемного

(активный фронт)', либо от

(активный срез)·, т. е. импульсы, поступающие на так­

воспринимаются

только в

те

стояние меняется определенным образом

короткие

(рис.

тактового импульса показана утолщением)'.

20

триггеру-за­

режим хранения.

-

Вторая разновидность синхронных триггеров
пады

свое выходное состояние.
обеспечивает

моменты,

2.10, б

когда

их

со­

и в, активная часть


(l)
Рис.

О)

f)

е)

Условные обозначения тактовых

2.11.

а -управляемый
равляемый

по

по

уровню

фронту;

г

(статический

или

д

входов:

вход);

динамический

-

il)

б

или

вход,

в

динамический

-

управляемый

по

вход,

уп­

срезу

На схемах тактовый вход синхронных триггеров, управляемых по уров­
ню, не имеет дополнительных обозначений

ляемых

по

перепаду,

указывают

вид

(рис.

а). На входах, управ­

2.11,

активного

перепада

(рис.

б, в).

2.11,

В функциональном отношении, т. е. по способу организации логических
связей между входами и

выходами,

наиболее употребительны помимо упо­

минавшихся следующие виды триггеров:
D-триггеры

-

синхронные.

и тактовый С

(рис.

состоит

что

в

том,

шедшим
на

уровень

тактовым

2.13).

входе

(запоминает)

два

входа:

информационный

D

Принципиальная особенность D-триггеров
на

принимает
в

D

Т- и JК-триггеры.

D-,

имеют

напряжения

импульсом

информационном

сохраняет

и

2.12

Они

момент

прямом

выходе

значение

с

каждым

сигнала,

поступления

тактового

это состояние до следующего такта.

при­

действующего
импульса,

и

Говоря иначе,

D-тpиrrep задерживает на один такт информацию, существовавшую на вхо­

де

D,

поэтому D-триггеры часто называют триггерами задержки.

В импульсной технике часто применяют также Т-триггеры, или, как их
еще

называют,

счетные триггеры.

Они

имеют один вход и

срабатывают с

каждым входным импульсом: Т-триггеры (рис. 2.14, а)-по фронту, а f триггеры (рис. 2.14, 6) по срезу.
Основное назначение Т-триггеров в им­
пульсных устройствах - деление частоты
и формирование меандра - им­
пульсной последовательности со скважностью Q=2. Из рис. 2.14 видно, что

~
~
а)

Такт

tn
D" 11"

с

Тактt"'
!)"'' fJ.n•I

Dыxu!J~t ППП П
11" il"

о

х

х

f

о

х

о

1

' '

х

f

о

~

Рис.

2.12.

уровню

-

условное

б

-

uh

Выхиu11 ~ ~

таблица

О
d)

о)

по

а

Вхи~сf О О.
вх0:Л1пnп П ~

D-триггер,
тактового

в

диаграммы (Х - напряжение
ня - низкого или высокого)

fl"''

с

D"

о

х

J

о

о

f

f

о

.r

f

"'t

f

х

l

х

t

управляемый

Выхи:Оt ГJ

uh

r/' о"

11" а" ВьщJ/J 11

Рис. 2.13. D-триггер,
по фронту тактового
а
б

диаграммы

-

-

условное
таблица
к

сокого

уровня

~t
t

управляемы!\
импульса:

графическое
обозначени.е;
состояний;
в - временные
перепад
от низкого

( _1- -

уроння

t

С.

IJ)

о)

любого уров­

временнь1е

on+f

11" iГ

обозначение;

-

Bxu!J~t п о"
вхии~ tппо П :

а)

Токтt" Тиктt"''

t

импульса:

графическое

состояний;

[

-Гпrl--4
~

высокому;-,_

к

-

перепад

от вы­

низкому)

21


-{j1
в.:С\о п п о

"t

в.,,;10 П

"t

Вш:ап п г

...
t

а)
Рис.

2.14.

Условные графические обозначения

и временнь1е диаграммы:

а - Т-триггера; 6-Т-триггера
каждому

выходе,

периоду

т.

е.

напряжение
сти

иа

импульсов

Все

входных

частота

выходе
на

импульсов

выходных
всегда

соответствует

импульсов
имеет

вид

вдвое

половина

ниже

меандра

периода

частоты

независимо

на

входных,
от

а

скважно­

входе.

JК-триггеры

ческим управлением.

в
В

микросхемном

исполнении

синхронные

-

с

динами­

функциональном отношении они близки синхронным
Рис.
мый

2.15.
по

JК-триггер,
управляе­
фронту тактового
им­

пульса:

а

-

условное

ние;

Тиктtп Тtz11mt"' 1
С

;п.

о

/(

К" О""

gп+t

х а"

11"

б

-

меннЬ1е

графическое
обозначе­
таблица состояний; в - вре­

диаграммы

J о о (}" 11·
I f о f о
J о 1 о f

J
l

f

f

х

х

f

х

х

ii" fl"
о" о"
а" li"

Рис.

Способы
из

организации

триггеров

других

типов:

а

tf)

и

б

-

триггера

из
с

JК-триггера;
динамическим

в

-

из

и'

/}
с

BxulJ

/(

а)

D Т

tf}

с

IJ)

0-

управле­

нием

Bxoil

22

2.16.

Т-триггера

(}


RS-триггерам, причем вход
личие от

ных

соответствует входу

J

RS-триггеров для JК-триггеров

комбинаций

действует

Когда

напряжение

происходит

Т-триrrер

информационных

высокого уровня,

переключение,

т.

е.

в

входу

-

В от­

R.

входах

этом

случае

и

J

то с каждым

К одновременно

тактовым импульсом

J-тpиrrep

ведет

себя

как

2.15).

(рис.

Многие

на

а К

S,

не существует запрещенных вход­

JK

S

и D-триггеры имеют дополнительные входы

R,

и

которые

позволяют реализовывать асинхронное управление, как было описано ранее.

Следует только иметь в виду, что для триггеров семейства ТТ Л активный
управляющий

КМОП

-

сигнал

высокого;

на

в

ются, то они должны

Т-триггеры
большой

в

этих

входах

последнем

-

напряжение

случае,

если

низкого

S

входы

и

уровня,

R

не

и

в

а

для

использу­

быть заземлены.

интегральном

необходимости

- JK

и

исполнении

не

D-триггеры

легко

выпускают,

этом

преобразовать

геры определенным соединением внешних выводов

2.16).

(рис.

в

нет

Т-триг­

Следует пре­

дупредить, что из D-тригrеров для этого годятся только те, которые имеют
динамическое

управление

по

тактовому

входу.

Триггеры Шмитта

2.4.

В импульсных устройствах широко применяют еще одну разновид­

ность триггеров,
ладает

ком

двумя

под

получивших

действием

что при

наименование триггер Шмитта. Он также об­

устойчивыми

состояниями,

входных

сигналов.

нулевом входном сигнале

напряжения

был

однозначно

смена

которых

Триггеры

(исходное состояние)

определен.

Такие

происходит

Шмитта

скач­

выполняют

так,

уровень выходного

триггеры

не

обладают

па­

мятью. Их используют в качестве пороговых устройств и формирователей пря­
моугольных импульсов из сигналов произвольной формы, в том числе и си­
нусоидальных.

-

Характерная особенность триггера Шмитта

это

различие в пороговых

уровнях входных сигналов, при которых происходит его переключение. Это
свойство называют гистерезисом. Участок характеристики между обоими по­
роговыми

значениями

-

верхним

Uпор.в

и

нижним

Uпор.я -

определяет

область гистерезиса, а разность пороговых уровней ЛUпор= Uпор.в-Uпор.я ее

ширину.

триггера

тельность
случаев

Ширина

Шмитта

выше.

области

гистерезиса

к переключающим

Практическое

основано

на

характеризует

сигналам:

использование

использовании

ширины

чем

она

чувствительность
уже,

триггеров
области

тем чувстви­

Шмитта

в

ряде

гистерезиса.

Триггеры Шмитта входят в ряд серий микросхем, в том числе и ТТ Л
и КМОП, но нередко их собирают и из логических элементов с навесными
компонентами,
ствительности

На

рис.

когда
и

по

2.17

требуется
ширине

получить

петли

изображены

заданные

характеристики

по чув­

гистерезиса.

условное

графическое

обозначение,

переда­

точная и временная характеристики триггера Шмитта. При входном сигнале
низкого уровня выходное напряжение близко к нулю.
входное

не

напряжение

изменится.

досrигнет

Только когд11

нижнего

входной

порога

Когда по мере роста

Uпор.в,

сигнал сравняется

состояние

с верхним

триггера

порого­

вым напряжением Uп 0 р.в, выходное напряжение скачком возрастет до уров­

ня U 1 вых""Uп.

Дальнейшее

повышение

входного напряжения

не

изменяет

23


f~-1

ибх

-:::f
~

Unop5

-

а)

и'

Упор н

-

U,",
и'

j

-

---

1 1

Uаых
01

,

1 1

,

t

Упор. & Уа,

·о)

&)

Рис. 2.17. Триггер Шмитта:
- условное графическое обозначение;

а

точная

характеристика

с

инверсией

выходного. Уменьшение
выходное

Некоторые
ский

элемент

И,

а

на

передаточная

-

напряжения

характеристика;

r-

сигнала;

вызывает

скачком

триггеры

-

выходе

уменьшится

Шмитта

инвертор.

-

-

можно

И-НЕ.

использовать

Они

хороши

рованный

порог

крутизне

фронта

использовать

ной

линии,

тем,

качестве

что

и

среза

в

искажает

форму

на

- переда­

переклю­
значения.

входе

логиче­

характеристика

в. Такие микросхе­

логических

элементов

помехоустойчивость,

переключаются

сигнала.

приемнике

нулевого

2,17,

и

высокую

надежно

входного

триггеры

которая

и

до

Передаточная

инверторов

имеют

переключения

такие

Последнее

сигналов,

при

норми­

небольшой

качество

позволяет

проходящих

по

длин­

импульсов.

Цифровые микросхемы ТТ Л

2.5.

Из семейства ТТ Л
рии

в

в

диаграммы

обратное

имеют

триггера Шмитта с инвертором изображена на рис.
мы

временные

входной сигнал понизится до Uпор.н. В этот

напряжение

микросхемы

б

выходного

входного

чение. Это произойдет, когда
момент

"t

1 1
1 1

1 1

наибольшее распространение имеют

микросхемы се­

К:155, а также маломощной серии К:555, выполняемой на транзисторах

Шатки.

На

рис.

2.18

показана

логического элемента

лять самостоятельную
ными
стор

частями

-

второстепенных

микросхему.

микросхемы

деталей)

схема

базового

Набор таких элементов может представ­

Элементы также могут входить состав­

более

сложной

структуры.

Входной

транзи­

многоэмиттерный. От обычных биполярных транзисторов он отличается

наличием
ходов,

в

{без

серии К:155.

нескольких

объединенных

(двух,
общей

трех, четырех,
базой.

восьми)

Взаимодействие

эмиттерных
между

пере­

эмиттерными

цепями через базу отсутствует, поэтому многоэмиттерный транзистор можно
считать

совокупностью

нескольких

независимых

транзисторов

с

объединен­

ными коллекторами и базами. Эмиттеры транзистора определяют число вхо­
дов элемента, связанных операцией И.
Диоды

VDl, VD2 предназначены для предохранения эмиттерных пере­
VTl от возможных выбросов напряжения отрицательной

ходов транзистора

24


•Uп (JB)
+Uп

lfJ
200

(JB)

lfJ
130

:xf

.r2

:rf

xz
xJ

!l=.xt ·.х2·.х J·.xv

.хЧ

Рис.
ского

Выхо!I

VT5

VDf

Схема
базового
элемента серии К155

логиче­

2.18.

Выхоi/

VT5

VDI

Рис. 2.19. Схема логического элемен­
та 2И-НЕ серии К555

полярности. В нормальных условиях диоды закрыты и не влияют на работу
элемента.

Когда

нены

с

один или

общим

транзистор
низкого
ходу

элемента

транзистор

(т.

VТl

е.

или

на

открыт

и

через

входе

открытый

действует

насыщен.

присутствует

инверсио-активной

крывая

напряжение

высокого

уровня.

Если

области,

базовый элемент ТТ Л
версией сигнала

на

Микросхемы

по входам

выходе

серии

эксплуатационные
с

транзисторы

VT2

и

VTI

к вы­

на

всех

работает

открываются,

VT3 -

и

VT2

за­

На выходе будет напряжение низкого уровня. Таким образом,

VT4.

сочетании

напряжение

Транзисторы

входах действует напряжение высокого уровня, то транзистор
в

соеди­

выходной

открыт, и на внешней нагрузке, подключенной

VT4

миросхемы,

многоэмиттерного транзистора

непосредственно

-

предыдущего

уровня),

закрыты, а

VT3

несколько входов

проводом

К555

И-НЕ).

разработаны

параметры.

резисторами

выполняет логическую операцию И с ин­

(операция

позже

К155

и

имеют

лучшие

Применение диодов и транзисторов Шотки

большего

сопротивления

в

базовых

и

в

коллектор­

ных цепях позволило уменьшить сравнительно с серией К155 потребляемую
мощность
инство

ствах

раз

3 ... 5

большее

входное

микросхемах серии

ную

операцию

(рис.

при

серии

-

В

в

микросхем

же

серии

К155,

Напряжение
Uп=5 В±5%.
от

дится

в

ТТ Л,

хотя

Выходное
и

при

границах

принимают

Дополнительное

использовании

в

импульсных

К555 вместо миогоэмиттериого

выполняет

питания

технологии

э;:смента

их

досто­
устрой­

сопротивление.

диодно-резисторная

немного и

напряжение

экземпляра

котором

1".1,5
Uпор= 1,3 В,

отличаются

микросхем

нагрузки равно U 1 вых=2,4".4 В, а
сти

быстродействии.

при

транзистора вход­

цепь

RI, VD3, VD4

Последующие узлы действуют подобно аналогичным узлам эле­

2.19).

мента

И

том

К555

В.

ТТ Л

по

схеме.

ТТ ЛШ

высокого

общего

уровня

в

назначения

зависимости

от

низкого U 0 вых=0,1."0,4 В. В зависимо­

микросхемы

происходит

Для

и

пороговое

смена

микросхем

напряжение

выходных

на

входе

состояний,

нахо­

универсальных

для маломощных ТТ ЛШ

Unop= 1

серий

обычно

В.

25


+fli,

05"",8

~LL

lкi

Рнс.

Резистор на входе инвертора ТТЛ

2.20.

передаточные

Микросхемы

г IJ

о

li QRefl ,011

tJ)

а)

ствующие

!~

~ Rб,,Ot1

1 2 J

о

f/ь,,х,В

+Uп

ТТ Л

(а)

и ТТЛШ

и соответ­

(6)

характеристики

и

ТТ ЛШ

с

точки

зрения

их

применимости

в

им­

пульсной технике уступают микросхемам КМОП. К недостаткам импульсных
устройств

на

микросхемах ТТ Л относятся

нестабильность длительности вы­

ходных импульсов при колебаниях напряжения питания и температуры сре­
ды,

во

а

также

входных

телыю

ограниченные

цепях

небольшим

пределы

допустимых

сопротивлений

резисторов

микросхем. Последняя особенность объясняется сравни­
входным

сопротивлением

микросхем

ТТ Л

и

появлением

тока при подключении ко входу внешнего резистора Rвн. Ток, протекающий
по

цепи

от плюсового

реход транзистора

и

резистор

провода

VТI

(на

Rвн, создает

питания через резистор

рис.

на

2.20,

а)

резисторе

либо

Rвн

Rl, эмиттерный пе­
VD2 (на рис. 2.20, 6)

диод

падение

напряжения,

которое

воздействует на вход подобно входному напряжению от внешнего источника.
Падение напряжения на внешнем резисторе
Uвх=lRRвн=Rвп
где ЛUвэ

-

Uu-ЛUвэ

Rl+Rвп

(2.1)

,

падение напряжения на участке база

эмиттер входного тран­

-

зистора либо на входном диоде Шотки.

В

втором

резистора,

0,3

В.

Сопротивление

внешнего

первом случае ЛUвэ=О,7
при

котором

В, во

обеспечи­

вается желаемое входное напряжение, можно найти из предыдущего урав­
нения

Rвн= UвxRl/ (Uп-ЛUвэ-Uвх).
Поскольку
дый

из

переходная

которых

возможны три

При

малых

сигналу

характеризует

режима

низкого

(2.2)

характеристика

состоит

определенное

из

трех

состояние

участков,

микросхемы,

каж­
здесь

работы.

значениях

уровня.

Rвн

напряжение

Сопротивление

Rвн

шать R 0 вв<0,5 кОм для элементов серии

на

резисторе

при

Kl55

этом

не

эквивалентно

должно

превы­

R 0 вн<2,5 кОм для се­

и

рии К555. Высокий входной уровень обеспечивается, когда это сопротивле­
ние превышает R 1 вп>5 кОм для микросхем серии
R 1 вн>25

кОм.

Когда

сопротивление

рабочая точка приходится на
1ш

ный

наклонный

имеет

Kl55,

а для серии К555

промежуточное значение,

(активный)

участок характеристи-

Этому случаю соответствует нетиповой для цифровых микросхем линей­

(усилительный)

Из

конкретных

употребительны

26

Rвя

режим работы.

микросхем

К155ЛН!

и

ТТ Л

в

К555ЛНI

импульсных

-

шесть

устройствах

независимых

наиболее

инверторов,


связанных только общим питанием; Кl55ЛАЗ и К555ЛАЗ
довых

логических

гических

элемента

элемента

Из

И-НЕ;

Исключающее

О-триггеров

со

на

каждую пару

один

-

и

четыре двувхо­

-

К555ЛП5 -четыре

ло­

ИЛИ.

статическим

росхемы К!55ТМ7 и К555ТМ7
ми,

Кl55ЛП5

управлением

следует

отметить

мик­

четыре триггера, включенные двумя пара·

-

общий

тактовый

вход.

Микросхемы

Kl55TM2

и К555ТМ2 содержат в корпусе два О-триггера с запуском по фронту так­
тирующего импульса. Их используют как по прямому назначению, так и
рол·и Т-триггера,

в

которые

обращают

по

описанной

ранее

в

методике.

В рассматриваемых сериях есть несколько JК-триггеров. Типичный пред­
ставитель

микросхема

-

К555ТВ9

- два триггера,
Kl55TBl содержит

тактового импульса. Микросхема
щий по три

рацией

И.

входа

Бели

управляемых

и К. Одноименные входы связаны

J

необходимо

использовать

только

по

срезу

один триггер, но имею­
между собой

один

вход

из

опе­

трех,

на

остальные подают напряжения высокого уровня. Этот триггер также управ­
ляется

по

срезу

тактового

Из триггеров

импульса.

Шмитта

отметим

микросхемы Кl55ТЛ2 и

К555Т Л2

по

-

шесть одновходовых триггеров с инверсией выходного сигнала Кl55ТЛЗ

-

с логическим элементом 2И на входе и инверсией сигнала на выходе. Пе­
редаточные
говые

характеристики

напряжения

имеют

Uпор.н=О,8 В;

Uпор.в=

Большое
в

структуры

обеих

микросхем

одинаковы.

Поро­

значения~

В.

1,6

Цифровые микросхемы структуры КМО П

2.6.
получили

триггеров

следующие

распространение,

последнее

время

в

том

микросхемы

металл-окисел-полупроводник

числе
на

и

в

основе

(МОП).

импульсной
полевых

технике,

транзисторов

Принципиальные

особен­

ности этих транзисторов позволяют создавать элементы и целые узлы циф­
ровых устройств с малым потреблением мощности при высокой помехоустой­
чивости

и

удовлетворительной

транзисторов
ческого

поля,

рактерно

налом

или

зисторы
ких

входным

транзисторов

напряжением,

или

используются,

В

цифровых

называемым

током

сопротивление

(электроны

n-каналом.

способности.

рабочим

полевых транзисторах

знака

заряда

с так

нагрузочной

управлении

большое входное

ток в

одного

носители

на

создаваемого

очень

Рабочий

заряда
кие

основано

различают

электропроводный

В

канал

поэтому

носители

полевые

применяют

элемент

ствует. Он возникает при подаче внешнего напряжения
левом

как

напряжении

обе

Когда

эти

к

области

затвору

n-каналом

-

на

затворе

ток

структуры

приложено

положительное

в

цепи

сток

электрически

необходимое

относительно

них

ха­

электрического

-

с

ка­

р-ка­

полевые тран­

конструкции

У

та­

отсут­

на затвор. При ну­

исток

напряжение
а

того,

каналом.

отсутствует,

изолированы

истока,

от

транзисторы

(наведенным)

как

этих

электри­

для

зависимости

микросхемах

индуцированным

Действие

помощью

[6).

создают

дырки).

с

с

(в

друг

от

так

друга.

транзисторе

р-каналом

-

с

наобо­

рот), в материале подложки образуется тонкий токопроводящий канал меж­
ду областями истока и стока. Напряжение между затвором и истоком, при
котором

возникает

пороговым

Un 0 p.

канал

и

в

цепи

Значение этого

сток

-

исток

появляется

напряжения составляет

ток,

1,5".3

называется

В.

27


Некоторые серии микросхем выполнены на транзисторах МОП с кана­
лом одного вида
стоинства

(изделия р- и.'!и n-логики). Однако в полной мере их до­

раскрываются

каналами.

Подобные

полняющими)

при

совместном

структуры

и сокращенно

включении транзисторов

называют

обозначают КМОП.

КМОП обладают хорошими

с

комплементарными

разными

(взаимодо­

Микросхемы структуры

эксплуатационными

параметрами.

В первую

очередь отметим достоинства, особенно ценные для импульсных устройств.­
исключительно

ния

питания

большое

от

до

пропорционально

входное

сопротивление,

В,

высокий

напряжению

питания.

3

15

порог

широкие

Большое входное сопротивление микросхем
стороны, использовать для создания
с

резисторами

малой

большого

емкости,

что

дает

выигрыш

в

(до

микросхем

и

конденсаторами

размерах

другой генерировать импульсы большой длительности

Пороговое напряжение

выдержек RС-цепн

МОм)

10

габаритных

и

массе,

и

с

(до десятков минут).

КМОП зависит

тания и равно в среднем Uпор""О,5Uп

изменяющийся

КМОП позволяет, с одной

нужных временных

сопротивления

пределы напряже­

переключения,

от

напряжения

пи­

(изготовители гарантируют О,ЗUп:;;;;;

:;;;;;Uпор:;;;;;О,7Uп). Таким образом, в устройствах с RС-цепью изменения пи­
тающего

напряжения мало

напряжения,
говое

влияют на длительность

заряжающего

конденсатор,

же

импульсов:

мере

с изменением

изменится

и

поро·

напряжение.

Из других достоинств
требление
выходное

высокое
ходных

мощности

(в

сопротивление,

сигналов

2.21,

микросхем КМОП следует

статическом
хорошую

быстродействие

На рис.
Он

в той

(в

режиме

температурную

среднем до

(практически

равную

3

отметить:

практически

малое

нулевое).

стабильность,

по­

малое

довольно

МГц). большую амплитуду вы­

напряжению

питания).

а изображена схема простого инвертора структуры КМОП.

образован двумя встречно включенными транзисторами с индуцирован­

ным каналом

с р-каналом,

(VTI -

с п-каналом). Оба затвора объеди­

VT2 -

нены и образуют вход. Стоки также объединены, и общая их точка служит
выходом.

Транзистор

VTI

открывается

его затворе относительно истока, а

при

отрицательном

напряжении

на

при положительном

VT2

Когда на входе инвертора действует напряжение низкого уровня, тран­

зистор

VTI

открыт

(так как напряжение между затвором и истоком равно

У&ых ,8

15

v~•Un

~иfl~ уах
u~

10

и.=1sв

58

BыxotJ

5

vт71].__...___

о

о)

а)
Рис.
а

28

-

2.21.

принципиальная

Инвертор
схема;

б

-

структуры
передаточная

КМОП:
характеристика


VT2

питающему}, а

закрыт, и на выходе присутствует напряжение высокого

уровня. При высоком входном

напряжении

-

наоборот. Поскольку в любом

логическом состоянии один из транзисторов открыт, другой закрыт, а вход­

ное сопротивление последующих
инвертором

от

источника

каскадов очень велико, ток, потребляемый

питания,

ничтожен

и

определяется

только

токами

утечки.

Передаточные характеристики этого простого инвертора при трех значе­
ниях напряжения питания показаны

2.21,

на рис.

б.

Затвор транзистора МОП и подложка, разделенные слоем диэл~трика,
образуют конденсатор. Емкость этого конденсатора невелика
а

сопротивление

накапливания

утечки

огромно,

статических

что

зарядов.

создает

Слой

менее

-

благоприятные

диэлектрика

под

пФ,
для

затвором

очень

150 ... 200

тонок, и поэтому его электрическая прочность не превышает

Потенциал статического заряда из-за электризации на

5

условия

В.

теле человека и

на оборудовании может достигать нескольких киловольт. Такой заряд, даже
обладающий
слоя

Для

нием

ра

энергией,

предохранения

каждый

цепью
в

малой

попав

на

затвор,

способен

вызвать

пробой

диэлектрика.

(рис.

едином

RI

вход

2.22, а).

выходит

работы

за

от

повреждения

микросхем

КМОП

высоким

снабжен

напряже­

защитной

Эти цепи изготавливают вместе с другими элементами

технологическом

сопротивлением

условиях

транзисторов

современных

процессе.

0,5 ... 1,5

микросхемы,

пределы-

0,7

кОм

Защитная

цепь

состоит

и диодов VDl-VDЗ.

когда

амплитуда

В,,;;;;Uвх~ (Uп+О,7

входного

В),

диоды

из

В

резисто­

нормальных

напряжения

не

VDl-VDЗ

за­

крыты.

Защитная
(шесть

цепь

независимых

напряжением

до

входе

распространенной

инверторов)
на

(рис.

микросхемы

2.22, 6),

и

К561ЛН2

при

можно

подавать

повышенное

Из отечественных микросхем

КМОП

наиболее

распространены

серий

В

упрощена

вход

15

Uп=5

на

питании

напряжение

в.
К176,

К561

и

564.

устаревшая,

применяется

схемы К176

серии

действию

они

имеет

уступают

Первая

главным

из

к

образом

напряжение
приборам

них,

настоящему времени

в

бытовой

питания

двух

других

приборы
морально

аппаратуре.

Un=9 8±10%.
упомянутых

Микро­

По быстро­

серий,

зато

в

составе К176 серии есть микросхемы, аналогов которым нет в других. Одна
из таких

микросхем

Kl 76ЛП1

представляет собой сборку из двух

компле­

ментарных пар транзисторов МОП и инвертора, связанных общим питанием
(рис.

2.23).

Она

обладает универсальными возможностями и в зависимости

YDI
!(!

Bxofl

VDI

YIJJ
а)
Рис.

2.22.

а- общий

о)

Схема защитной цепи на входе микросхем КМОП:
б - элементов микросхем К561ЛН2 и К561ПУ4

случай;

29


от

!J

соединения

ду

собой

функции.
нения

внешних

может

Некоторые

этой

выводов

исполнять

варианты

микросхемы

меж­

различные

приме­

описаны

в

книге.

Для

микросхем серий К:561

допустимое

3... 15

ставляет

7

8

8

J

~

5 10

рии

В.

только

Изделия

fJ

напряжение

со

и

564

питания

со­

Различаются

эти

конструкцией
сходными

се­

корпуса.

наименования­

ми (например, К56lТМ2 и 564ТМ2) по

Рис. 2.23. Принципиальная
схе­
ма
интегральной
микросхемы
К!76ЛПI (входные защитные це­
пи не показаны)

функциональным

свойствам,

электри­

ческим и времеинЫм параметрам, а так­
же

по

назначению

совпадают.

В

внешних

выводов

аппаратуре

широкого

применения используют изделия серии К561.

Кроме
часто

упомянутой

используются

К561 ЛЕ5

-

логических

четыре

микросхемы
К561ЛА7

логических

элемента

К561ЛН2

в

импульсных

устройствах

четыре

логических

элемента

элемента

2ИЛИ-НЕ;

К561 ЛП2

-

Исключающее

ИЛИ;

К561ТР2- четыре

К561ТМ2

импульса;

-

К561ТВ1

два

-

D-триггера

два

с

запуском

JТ-триггера,

по

фронту

управляемых

по

четыре

независимых

RS-триггера в общем корпусе, каждый триггер имеет только один
выход;

2И-НЕ;

-

прямой

тактирующего

фронту

тактового

импульса.

Микросхема

К561Т Л 1 представляет

собой

2И-НЕ с триггером Шмитта на каждом входе

четыре

(рис.

вое напряжение зависит от напряжения питания
Таблиц а

логических

2.24).

элемента

Среднее порого­

(см. табл.

2.1):

2.1
Значение параметра при

Параметр

Пороговое напряжение, В:
Uпор.в
Uпор.п
Напряжение гистерезиса, В

5

10

2,9
2,2
0,7

5,2
4,2
1,0

uп. в

1

15

7,3
6,0
1,3

1(2

B111xulll

/(f

у=

xf·.x2

Выхоi/

Рис.

2.24.

Логическая структура од­

ного (из четырех) триггера Шмитта
с инвертором микросхемы К561ТЛI

30

Bxu!J
DDI

1/2 К.fо1ЛА7

Выхи!J 2

f/2 К5б!ЛЕS

Рис. 2.25. Схема
триггера
на инверторах КМОП

Шмитта


Числа,

указанные

относятся

к

раметров.

Поскольку,

в

средним

табл.

2.1,

значениям

как

уже

R2

VDI

па­

от·

мечалось, для микросхем КМОП до·
пустим

разброс

порогового

жения в пределах

напря­

(0,3 ...0,7) Uп,

для

реальных изделий эти данные могут
отличаться

На

довольно

практике

применение
6ранные

находят

триггеры

из

Bыxoil

существенно.

также

Шмитта,

логических

2

Рис.

2.26. Схема триггера Шмитта с
регулируемой областью гистерезиса

со-

элементов

КМОП. Они особенно удобны в тех случаях, когда пороги переключения и
ширина

области

ботчика. На

гистерезиса

рис.

триггеров

показана

2.25

схема

К561ТЛ1

можно собрать и из элементов ИЛИ-НЕ

Напряжение
выходного.

на входе элемента

Поэтому

напряжение

удовлетворяют

разра­

вариантов триггера.

Его

(К561ЛЕ5).

слагается из входного и части

DDl.1

Uпор,

не

одного из

при

котором

происходит

переклю­

чение, возникает при двух значениях входного напряжения Uвх.в и Uвх.н
в зависимости от уровня выходного

сопротивления резисторов

и

Rl

R2

напряжения. Изменением

-

соотношения

можно управлять порогом срабатывания,

а также шириной петли гистерезиса.

Значения

напряжения

переключение,

можно

на

найти

входе

по

устройства,

следующим

при

которых

упрощенным

происходит

формулам:

Uвх в=

Rl+R2
2 R 2 Uп;

(2.3)

Uвх.н=

R2-Rl
2R2
Uп.

(2.4)

Ширина

гистерезиса

равна~

Rl
Uгис= R2 Uп.
Если

(2.5)

немного усложнить

ключения

можно

схему

устанавливать

(рис.

каждый

2.26),

независимо

от

другого.

из

порогов

Пороговые

ния входного напряжения в этом случае определяют по формулам

U вх.в= (Rl +R3) R(О,5Uп-Uпр) +
3
Uвх.н=О,5Uпгде Uпр

-

(0,5Uп-Uпр)

R2

[36]:

uпр,

(2.6)

(2.7)

,

постоянное прямое н~.пряжение на диоде. Если пренебречь этим

напряжением
формулы

Rl

пере­
значе­

(0,7

В для кремниевых диодов

и

0,3

В для германиевых),

упростятся:

Rl+R3

Uвх.в= Щ3 Uп;

Uвх.н=

R2-Rl
Uп.
2R 2

Обычно принимают

(2.8)
(2.9)

RI от 10 до 50 кОм; R2 и R3 от 0,1 до 1,0 МОм.
31


Операционные усилители и компараторы

2.7.

напряжения

Операционный усилитель
усилитель с
ентом

усиления,

средством
ли

очень

(ОУ)

большим

частотной

параметрами

характеристикой

введения внешних

являются

представляет coбolt дифференциальный

усилением,
цепей

универсальными

и

обратной связи.

приборами,

их

которого

др.)·. можно

(коэффици­

управлять

по­

Операционные усилите­

широко

применяют

и

в

им­

пульсных устройствах для усиления, преобразования и генерации импульсов.

На
имеет

рис.
два

2.27, а показано условное графическое обозначение ОУ. Он
- инвертирующий (помечен кружком)
и неинвертирую­

входа

щий. Сигнал, поступивший на инвертирующий вход, оказывается на выходе
усиленным

и

инвертированным.

Сигналы

с

неинвертирующего

входа

уси­

ливаются без инверсии, т. е. в той же фазе. Выходную ступень проектируют
так, чтобы обеспечить малое выходное сопротивление, необходимое значение
максимального

выходного

тока,

нечувствительность

к

замыканиям

в

цепи

нагрузки.

Для питания ОУ применяют источник с выводом от средней точки либо

два

разнополярных

источника

(рис.

2.27, 6). Это дает возможность полу­

чить выходное напряжение Uвых=О,

При

проектировании

когда входной сигнал отсутствует.

различных

устройств

исходят

ОУ обладает идеальными

характеристиками: а)

тивлением

б)

конечно
или

обоих

входов,

большим

меньшей

нулевым

коэффициентом

мере

выходным

усиления.

удовлетворяют

этим

Отечественная промышленность

в

из

допущения,

что

бесконечно большим сопро­
сопротивлением,

Реальные

приборы

в)

в

бес­

большей

условиям.

настоящее время

производит десятки

типов ОУ в интегральном исполнении, различающихся напряжением питания
и потребляемой мощностью, быстродействием,
грузочной

Каждый

способностью,

такой

прибор

числом

имеет

независимых

сложное

входным

сопротивлением, на­

усилителей

внутреннее

в

корпусе и т.

устройство

и

п.

содержит

несколько десятков транзисторов биполярных или полевых·, а иногда и тех,
и

других.

На рис.

2.28, а

дана типовая схема включения ОУ с петлей отрицатель­

ной обратной связи через резистор
как

показано

(рис.

2.28, 6).

на схеме,

В

на

последнем

R2.

Входной сигнал может быть подан,

инвертирующий

вход либо на

случае обратная

вертирующий

lleuнdPpmu,ouющuti

du;/J

•и,,,

GBf
Вьщ;!J

Jlнdepmup!Jющuti

т

1

_J_

Оощ~
ов2•
1
-1--

tfкoll
-и,,,

а)

-Uni_т

tJ)

Рис. 2.27. Операционный усилитель:
- условное
графическое
обозначение;
6 - способ питания
а

32

Для

+Uп1--i_

неинвертирующий

связь также заводится на

схеме,

ин­

вход.

усилителя,

включенного

показанной

на

рис.

по

2.28,

а,

выходное напряжение связано с вход­

ным

следующей

Uвых=Знак

минус

выходной

R2

Uвх.

-Rl

указывает

сигнал

носительно
усиления

зависимостью:

(2.10)
то,

что

инвертирован

от­

входного.

при таком

на

Коэффициент

включении

Ky=-Uвыx/Uвx=-R2/Rl.

(2.11)


R2

R2
Bыxu!J

Выхо8

Вь1хо8

f{f

Bxo!J

DA!

KJ

oJ

а)
Рис.

Схемы включения операционных усилителей:

2.28.

а - с инверсией входного сигнала; б сией входного сигнала и компенсацией

Для

без

неинвертирующего усилителя

Uвых=

(!

инверсии входного
нуля

сигнала;

в

с

-

инвер­

смещения

(рис.

2.28, 6}

+R2/R!)Uвx,

(2.12)

а коэффициент усиления

l\ 7 =l+R2/Rl.
Эти

(2.13)

выражения

показывают,

что

отношением сопротивлений резисторов

усиление
и

R2

R l,

ОУ

определяется

только

входящих в петлю отрица­

тельной обратной связи. В практических устройствах сопротивление этих ре­

зисторов выбирают в пределах от единиц до сотен килоом.

Из

формулы

видно,

(2.10)

наоборот.

R2<Rl Из

формулы

(2.13)

ент

усиления

не

Если

в

стать

отличие

(единицы

-

чением

дополнительного

(рис.

десятки

2.28, в).

лению

когда
ОУ

менее

рис.

от идеальных,

наноампер).

Влияние

резистора

Петля

Uвых>Uвх;

единичным
рис.

при

усилением.

2,28,

б коэффици­

имеют

этого

небольшой

входной ток

RЗ

к

тока

компенсируют

неинвертирующему

вклю­
входу

Сопротивление этого резистора должно быть равно сопротив­

параллельно включенных

2.29.

с

единицы.

резисторов

Частный случай включения, когда

Такой

Повторитель

то

R2>Rl,

работает

следует, что для устройства по

может

Реальные ОУ,

что

R2=Rl,

вариант

напряжения

отрицательной

ства вариантов включения
жиме компаратора

Рис.

2.29.

ного

усиления

Рис.

2.30.

называют
часто

обратной

Операционный

R2
и

и

Rl.

Uвых=Uах, представлен на

повторителем

применяют

связи

-

в

напряжения

качестве

непременный

буферной

элемент

(l\:v = 1).
ступени.

большин­

ОУ. Исключение составляет только работа в ре­

напряжения, о

BxofJ

R2=0

чем

будет сказано далее.

Bь1xofJ

усилитель

в

режиме единич­

Передаточная характеристика операционного

усилителя

33


DAI

Bxofl

Dд1

а)

ционном

2.32.

Рис.

Рис. 2.31. Схема вклю­
чения
положительной
обратной связи в опера·

выходе

-

а

Схема

включения

операционного

разнопо11ярный

стабилитронов

на

усилителя:

выходной

сигна11;

б

однополяриыА

-

усилителе

Передаточная характеристика ОУ с инверсией входного сигнала поясня­
ет

принцип

его

рактеристика

использования

соответствует

Линейный

участок

лительный

режим,

или

в

ее

Если

всегда бывает

в

В

-

на

изменении
ратную

ширина

участка

Uвых""'+Uп 1

входного

-

связь

котором

с

от

не

превышает

сигнала

участкам

одного

уровня

усилителя

обратная

ха­

2.28, а.

обеспечивает

уси­

единиц

или

десятков

больше этого значения,

либо Uвых""-Uп2,

напряжения, часто

выхода

Эта

рис.

что

соответствующее

передаточной

связь

на

к

другому

употребляют

даже

и

обеспечивает

напряжение

при

медленном

положительную

неинвертирующий

ре­

характеристики.

вход

регенеративное

об­

2.31).

(рис.

(лавинообраз­

развитие процесса переключения и сохранение нового состояния после

прекращения

входного

сигнала.

Выходную цепь импульсных устройств

на

ОУ нередко

целью ограничения выходного напряжения (рис.
знакопеременное

выходное

Uстаб + Uпр= Uстаб +0,7
билитронов

(обычно

ное прямое

несколько

В.
и

VDI

VD2

напряжение диода.

вольт

меньше

напряжение

Здесь

Uстаб

2.32, а,

о

Rl

резистором

однотипные

усложняют

6)'.

ограничивается

а

Uпр

питания.

Резистор

при

Второй
период

малых

вариант

только

ограничивают

выходного

сопротивлениях

(рис.

2.32, 6)

напряжения

уровнях

-

ста­

постоян­

ограничивает

Rl

Стабилитроны в сочета­

выходное

напряжение

желаемом уровне, но и страхуют выход ОУ от защелкивания
эффекта>:

на

стабилизации

приборы),

с

В первом слу-

Напряжение стабилизации должно быть на

напряжения

не

и

напряжение

-

ток через стабилитроны допустимыми значениями.
нии

схеме

устройствах, выходное напряжение принимает

горизонтальным

скачком

Положительная

чае

2.30).

(рис.

по

импульсных устройствах, где требуется, чтобы выходное

переключалось

ное)

работа

ОУ

при неглубокой отрицательной обратной связи

импульсных

насыщения

технике

включения

уровень входного

предельное значение
жиму

импульсной

характеристики,
невелика,

отсутствие

милливольт.

в

способу

на

(триггерного

нагрузки.

применяют,

нежелателен,

когда

отрицательный

например если

полу·

нагрузкой

слу­

жат цифровые микросхемы ТТ Л или КМОП.
Находят

ния ОУ и

применение

в

импульсной

без обратных связей.

технике

также

способы

включе­

В таком режиме вследствие очень

боль­

шого коэффициента усиления, насыщение усилителя происходит при входном

напряжении,

34

равном долям

милливольта.

Такое

построение

обычно

имеют


6xoll

Bыxoil

а)

Рис.
го

2.34.

Рис.
ном

а

о)
«детекторы

одного

ного сигнала
ствующие

предельного

-

2.33.

Детектор

принципиальная

выходное
значения

через нуль. На рис.

VD 1

и

операционно­

компаратора

нуля

на

операцион­

схема;

б

временньrе

-

2.33

напряжение
к

другому

VD-2

которых

при

На

Rl

входе и выходе.

здесь не обязательны, они лишь предохраняют вхо­

0,7

В.

ограничивает ток через защитные диоды.

схеме показано,

можно

вход­

изображена такая схема и соответ­

что

входной

сигнал

поступает на

вход, поэтому выходные импульсы инвертированы.
нал

ди­

меняется

прохождении

ды ОУ от перегрузки, если амплитуда входного напряжения превысит
Резистор

на­

усилителе:

ей временнь1е диаграммы сигналов на

Диоды

режиме

аграммы

нуля»- устройства,

от

в

пряжения

t

скачком

Схемы включения

усилителя

подавать

и

на

С тем

инвертирующий
же успехом сиг­

неинвертирующий вход.

Ко входам ОУ можно подключать и два источника сигналов. Совместный
результат в этом случае находят, рассматривая действие каждого из сигна­
lЮВ в отдельности с последующим их наложением

(принцип суперпозиции).

При наличии отрицательной и положительной обратной связи в импульсном
режиме выходное состояние зависит от преобладания того или иного вида
обратной связи.
Режим

англ.

сравнения

compare -

двух

сравнивать)

напряжений,

часто

или

компараторный,

применяют

на

практике.

От

режим

(от

детектора

нуля он отличается тем, что на один из входов подают некоторое образцо­

вое напряжение
прибора

U0

(рис.

2.34).

происходит, когда

Это

переменное

приводит

к тому, что переключение

напряжение на управляющем

входе

Ul.:r, увеличиваясь, превосходит значение, равное образцовому U 0 • Образ­
цовое

напряжение

может

быть

положительным

или

отрицательным

отно­

сительно общего провода.

Образцовое

напряжение

можно

подавать

как

на

,инвертирующнА,

так

И на неинвертирующий входы. В зависимости от этого выходD>:'е напряже­
ние будет

либо совпадать по фазе с входным, либо окаж~тся инверсным.

Схема триггера Шмитта (рис. 2.35) иллюстрирует просте1imий случай
работы ОУ - компаратора напряжения в импульсном режиме с nоложп-

35


ы~

•llнac

t
·~

а

+Uб,

t

·Унаа

о)

а)
Рис.

Триггер

2.35.

Шмитта

на

6)

операционном

усилителе

(компараторе

на­

пряжения):
а

принципиальная

-

схема;

б

передаточная

-

характеристика;

в

-

временнь1е

диа­

граммы

тельной

обратной

сигнал

которой

пряжение

связью.

Под

поступает

может

иметь

действием

на

одно

положительной

неинвертирующий

из предельных

обратной

вход,

значений

-

связи,

выходное

на­

положительное

или

отрицательное. Допустим, положительное, чему соответствует верхняя гори­
зонтальная
Пока

часть 'передаточной

внешнее

напряжение

неинвертирующем

Если

внешнее

жение обратной
ние,

в

Это

выходное

жение

(точка

на

6},

на

на

на

инвертирующем

неинвертирующем
выходное

остается

инвертирующем

показанной
входе

на

ниже

2.35, б.

рис.

напряжения

на

выходное состояние сохраняется.

которого

состояние

обратной связи

инвертирующем

напряжение

связи

результате

характеристики,

на

не

неинвертирующем

дет очередное переключение

напряжение

неизменным,

входе

(рис.

входе

входе,

превысит

входе

превысит

произойдет
станет

пока

напря­

переключе­

отрицательным.

отрицательное

напряжение

(точка а),

напря­

положительной

после чего

произой­

2.35, в).

Верхнее и нижнее пороговые напряжения UпоР.в и Unop.в, при которых
происходят переключения, легко

найти по формулам:

Rl
Uпор.в= RI+R 2 Usыx(+J.

(2.14)

Rl
Rl+R 2 Uвых(-).

Uпор.в=-

(2.15)

Как следует из сказанного, форма напряжения на инвертирующем входе
и

его

частота

не

влияют

на

переключательные

характеристики.

Близкие к ОУ приборы, специально предназначенные для работы в им­
пульсных

торы

устройствах,

напряжения.

ницы, что

в

цифровые

компараторы

книге

не

они

промышленность выпускает под

Следует

предупредить

во

названием

избежание

цифровой технике используют компараторы и

-

для

сравнения

двух

компара­

возможной

цифровых

пута­

другого вида

кодов.

В

-

этой

рассматриваются.

Компаратор

напряжения,

по

существу,

представляет

собой ОУ

обычно

с большим быстродействием, с узкой входной характеристикой и допускаю-

36


щий

непосредственнQе

КМОП.

Между

пряжению

сопряжение

собой

питания,

отдельные

с цифровыми

типы

быстродействию,

микросхемами

компараторов

ТТ Л

различаются

чувствительнос'!'и

по

(разрешающей

и

на­
спо­

собности), интервалу допустимых значений входного напряжения, входному
току и т. д. Некоторые типы компараторов допускают стробирование внеш­
ним сигналом в нужный

момент для выполнения сравнения.

Во многих случаях применения в импульсной технике ОУ и компаратор
взаимозаменимы,
ванные

для

хотя

работы

компараторы

в

импульсных

как

приборы,

устройствах,

специально

удобнее

для

спроектиро­
применения.

Схемы, описанные в этой книге для ОУ, можно собирать и с компаратора·
ми

напряжения.

Как

уже отмечалось,

отечественная

промышленность производит

много

типов ОУ. То же можно сказать и о компараторах напряжения. Для уст­
ройств,

описанных

далее,

можно

рекомендовать

универсальные

ОУ

-

Кl40УД7, К15ЗУД6, а также совмещенные К140УД20-два усилителя, ана­
логичных К l 40Y Д7, в одном

корпусе.

Уже говорилось, что идеальный ОУ обладает бесконечно большими ко·
эффициентом

усиления

сопротивлением.

схемы

зи)

Для

К140УД7:

и

входным

сопоставления

коэффициент

сопротивлением

представим

усиления

(без

и

нулевым

типовые

выходным

параметры

микро·

отрицательной обратной

свя­

К.у""'200 ООО, Rвх""2 МОм, Rвых""75 Ом.
Из маломощных ОУ часто применяют К140УДI2 с потребляемым током

менее

мА. Следует иметь в виду, что этому ОУ для нормальной работы

1

требуется внешний резистор,

задающий токовый режим.

Прочесть об этом

можно в книгах по ОУ.
Из

и

числа

компараторов

напряжения чаще других

применяют

К52IСАЗ

К544САЗ.

2.8.

Таймеры

Таймер

(от

англ.

time -

микросхем,

время)

представляет

совмещающих

в

особую

ность

универсальных

одном

говые

и цифровые функции. Основное назначение таймеров

разновид·

кристалле

-

анало·

формирование

импульсов различной длительности и периодичности. На их базе очень легко
организовать

одновибраторы,

мультивибраторы,

реле

времени,

формирова­

тели, различные преобразователи и многие другие узлы аппаратуры. Отдель­

ные типы

таймеров

различаютея

точностью,

временнЬ1м диапазоном,

режи­

мом питания, конструктивным оформлением и т. п. Таймеры широко исполь­
зуют в импульсных устройствах.

Отечественной промышленностью налажен выпуск таймера КРIОО6ВИI­
аналога
ных
теля,

зарубежного

микросхем
либо

этого типа

типа

обычно

555.

ставят

конструктивное
существуют и

цифровой
скольких

цифровым
например

таймеры,

в том

позволяющий

в

либо

зарубеж­
производи·

NE555, SE555.) Кроме
- комбинированные

числе

корпусе), прецизионные,

Программируемые таймеры,

счетчик-делитель,

обозначением

характеризующие

исполнение,
другие

(несколько приборов в одном
граммируемые.

(Перед
буквы,

микромощные,

частности,

«растянуть»

имеют

цикл

на

работы

про·

выходе
до

не·

суток.

37


---------....-;;8__

Таймер КР1006ВИ1 выпол.
иен на биполярных транзисто­

(.7· tf.{J

+{}0

рах. Его функциональная схе­

ма
OtfpDJl(O"

doe

3

ноп­

/Jыxoilt

изображена

узлов:

компараторов

двух

иа-

и

DA2, асин­
RS-триггера
DDl,

DAl

хронного

пуск

2.36.

из пяти основных

пряжения

ркженvе

на рис.

Он состоит

транзисторного ключа VТ! с от-

7 Bыxoill

крытым

,.---+'---

коллектором

тактного

на

Otfщ

1

выходного

транзисторах

Делитель

Функциональная

2.36.

схема

тайме­

пряжение

ра KPl006BИl

VT2

напряжения

обеспечивает
Рис.

и двухусилителя

и

VT3.

Rl-RЗ

образцовое

на

входах

на·

компара-

торов. Сопротивления резисто­
ров

шой точностью,

благодаря

Компараторы
компаратора
тех

пор,

в

таймере

служат

опорного

выполняют с боль-

для

напряжения

сравнения

входного

напряжения

В зависимости от знака разности этих значений на выходе

устанавливается

пока

значения

Rl-R3

у разных
экземпляров таймеров одинаковы и равны соответственно 1 /зUп и 2/зUп.
с образцовым.

чему

напряжение

либо

на

высокое,

инверсном

либо

входе

низкое

напряжение.

компараторов

больше,

До
чем

на прямом, на их выходе будет низкий уровень напряжения, не вызывающий
срабатывания триггера

DDl.

Когда напряжение на прямом входе компара­

тора окажется больше, чем на

ствующему

входу.

Входы

инверсном, триггер срабатывает по соответ­

компараторов

практически

шествующие узлы, так как потребляют ток менее

0,5

не

нагружают

пред­

мкА.

Делитель напряжения выполнен так, чтобы иметь возможность изменять
образцовое

напряжение,

раллельно резисторам

например,

RI

или

подключением

R2, R3

Отметим важную особенность таймера
жиме

напряжение

пульсов.

питания

Объясняется

это

не
тем,

влияет
что

с

пропорционально меняется образцовое

внешних

резисторов

па­

таймера.
на

-

при

работе во временном ре­

длительность

изменением

формируемых

питающего

им­

напряжения

напряжение, а значит, и порог сра­

батывания компараторов.

Внешний вход
нуя

компараторы,

напряжения

R триггера
и

позволяет

па входах

2

и

6.

(«Прерывание:.) дает доступ к триггеру, ми­
прерывать

работу

таймера

независимо

пряжение на выводе

4 должно стать Uвх~О,4 В. Когда это
более или равно l В, вход R на работу триггера пе влияет.
Выходной
чаемая

усилитель

к выходу

1,

-

от

Чтобы вызвать переключение триггера, на­

двутактный,

благодаря

чему

напряжение

нагрузка,

вторым выводом может быть присоединена

подклю­

как к об·

щему проводу, так и к плюсовому проводу питания. Допустимый выходной

ток

(при обоих состояниях выхода)

Iвых max=lOO
мА. Выходное сопро­
10 Ом.
Транзистор VTl G открытым коллектором работает синхронно с тран-

тивление Rвых"'

38


зистором
ратной

Выход

VT2.

связи,

а

для

подключения

как дополнительный

торный ток транзистора
Временные

используют

2

также

внешних

цепей

Максимальный

об­

коллек­

мА.

VTl - 100

характеристики

выход.

устройств,

создаваемых

на

основе

таймера,

sадаются параметрами внешней RС-цепи, конденсатор которой подключают
к выводу

7

и к общему проводу, а резистор

транзисторе
зистора

\'Тl

конденсатор

Напряжение
пускает

реле,

таймера

светодиодами

отмечалось,
На

ройств,

связанных

как

реле

с

При закрытом

7.

д.

В

10

мА при

временнь1ми

и

т.
и

а

отсутствие

и

с

до­

мощными

нагрузки

таймер

В.

15

универсальными

процессами

Таймер

также

приборами

быть реализовано

п.), так

триггеры

В.

Un=5".15

КМОП,

т.

являются

времени

устройства,

и

В и

основе таймеров может

импульсов,

полнительные

ТТ Л

и

Un=5

таймеры

14, 20, 33].
торы

КР1006ВИI

микросхемами

потребляет ток=3,5 мА пр11
Как

и

8

разряжается.

питания

сопряжение с

транзисторами,

выводам

-

происходит зарядка конденсатора, после открывания тран­

VTI

[13,

множество уст­

(одно вибраторы,

генера­

мгновенного действия,- ис­

др.

ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ

3.

3.1. Общие сведения
Термин
различных
цифровых и
буемыми
ходе

«формирователи

устройств,

-

аналоговых

временнь1ми

формирования

кой-то один

импульсов»

предназначенных
и

таким

образом,

амплитудными

импульсов

главный для

широкий

преобразования

чтобы

обеспечить в

круг

сигналов

получить импульсы

характеристиками.

стремятся

каждого

объединяет

для

Как

правило,

первую очередь

конкретного случая

-

с тре­
в

ка­

параметр.

Формирование протекает во время действия входного сигнала. По это­
му

признаку

пример

формирователи

одновибраторов,

чего процесс

отличают

которые

образования

положительной обратной

от

входной

выходного

регенеративных

сигнал

импульса

только

идет

устройств,

запускают,

на·

после

самостоятельно за счет

связи.

В функциональном отношении формирователи отличаются большим раз­
нообразием. Типичными случаями

нормализация

фронта

формирование

импульсов

временных

("ти<

с

или

фронтом

временное
ка

и

т.

1

мкс)

срезом

и

формирования

среза
по

импульсов

фронту

импульсов,
входного

преобразование

и

срезу,

момент

удвоение

е.

появления

их

крутизны};

генерация

которых

кратко­

совпадает

импульса;

импульсов

(укорочение,

частоты

следования

формы

временная

задерж·

прямоугольных

импуль­

импульсов;

импульсов

и

получение

СО11 из сигналов другой формы, в частности из

-

т.

п.);

преобразование

11ом

являются:

(повышение

аналоговых, главным обра·

синусоидальных.

39


Нормализация фронта и среза

3.2.

Потребность в подобной нормализации возникает всякий раз, когда

у импульсов, подлежащих дальнейшей обработке цифровыми микросхемами,

длительность

шинства

фронта

или

микросхем

ТФ ~250

нс.

Цепь

среза

ТТ Л

из

двух-трех

может служить простейшим
та

и

среза,

точна

для

при

превышает

'tф ~

условии,

допустимые

нс,

150

а

для

нормы.

Для

микросхем

последовательно

боль­

КМОП

включенных

-

инверторов

формирователем, улучшающим крутизну фрон­

что

их

нормальной работы

первоначальная

крутизна

все

инверторов-формирователей.

же

доста­

Форма импуль­

сов улучшается вследствие того, что логические элементы не только преоб­
разуют

сигналы,

нередко

но

и

применяют

усиливают

триггеры

триггерными свойствами
даже

при

пологих

О'1ень

велика.

Такие
санные

ограничивают
а

также

их.

Для

(см" например, схемы на рис.

фронтах

входных

импульсов

этой

устройства,

цели

2.26).

Здесь

выходных

будет

2.25

крутизна

же

обладающие

и

Формирование импульсов по фронту и срезу

3.3.
Для этой

и

Шмитта,

формирователи

цели

могут

ранее.

Их

быть

иногда

называют

употреблены

постоянная

времени

детекторами

дифференцирующие
определяет

фронтов.

RС-цепи, опи­

длительность

выходных

импульсов. На практике же RС-цепи употребляют нечасто, так как навес­
ные детали

конденсатор, резистор и диод

-

пряжения)- менее
Для

ных

удобны,

чем

(для

формирования кратковременных пиков

перепадов

называемые

(срезов)

выпускают

элемента

3.1

напряжения

специализированные

многофункциональные элементы

и КР 134ХЛЗ. На рис.
диаграммы

защиты от выбросов на­

микросхема.

изображена

из

отрицатель­

микросхемы,

цифровых структур

так

КР 134ХЛ2

принципиальная схема и временные

(одного из четырех,

находящихся

в

корпусе)

микро­

низкого

уровня,

схемы КР 134ХЛЗ.
Вход

V-

транзистор

разрешающий.

VТl

открыт,

Когда

VT2

закрыт

на
и

нем
на

г------------,

i

К/

VDI

1

.1

VDZ
VDJ

·

K'f

(J

'1 - BьJXoiJ

VТ1

v

1 +Un

i

напряжение
выходе

-

вхw~!

40

1

/ '

{/ ..____.____...._____
t

•JDDнt:

а)
-

не-

в,":, о о о п.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _J

Рис.

уровень

lоищ.

с

а

высокий

3.1.

t

о)

Микросхема КР134ХЛЗ:

принципиальная

схема

одноrо

(из

четырех)

элемента;

6-

временнь1е

днаrраммы


ODf. 1

lllll. 1

Bxof

![l •

uн-, г t
ToqкoALl.U_
{}

t

1

8ь1хоt1 ~ Г- •
Olll.l

t,~

llDI

002

а)

tJ)

Рис. 3.2. Схема Т-триггера на
формирователе
КР134ХЛ3 и

Рис.
из

фронта

логическом

а

принципиальная

элементе

И-НЕ

-

Формирователь пика напряжения

3.3.

граммы

импульсного

.и.ля

сигнала:

схема;

варианта

на

б

-

временные

логических

дна"

элементах

И-НЕ

зависимо

от

состояния

уровня на входе
выходе

также

уровень

будет

открытый

-

транзистора

зовой

ние
не

когда

(Ти""'300

питания.

там

нс).

при

сигнале

высокого

На

Диоды

высокий

если

на

переход

уровень,

входе

низкий

база

эмиттер

VT2

транзистор

рассасывания заряда,
происходит его

VT2,

положительный

закрыт,

накопившегося в

кратковременное

перепад

играют

VD1-VD3
на рис. 3.2

Как пример

уровня:

шунтирует

высокий уровень напряжения. В момент спада

-

транзистора

реагирует.

элемент

высокого

VT 1

входе С вследствие

области

Работает

напряжение

поскольку на его эмиттере
сигнала на

С.

транзистор

а

VT2,

входа

При этом в обоих статических состояниях входа С на

V.

входного

роль

сигнала

стабилизатора

ба­

открыва­

элемент

напряжения

показан способ использования элементов

КР134ХЛ3 для организации Т-триггера.
Формирование
импульсов

кратковременных

может

быть

также

пиков

напряжения

выполнено

с

из

применением

фронта

и

среза

логических

эле­

ментов общего назначения.

На
пульс

рис.
по

жения

представлена

3.3

фронту

на

входного

входе

переключение

выходное

триггера

выходе

выходного

вновь

вырабатывающего короткий им­

При

положительном

становится

и

DD 1.2

(по схеме)

восстановится

импульса

узла,

напряжение

(элементы

напряжение на нижнем
на

схема

импульса.

напряжение

происходит

с

DD 1.1

высокого

запаздыванием

что

После

DD 1.3)'.

входе элемента

перепаде

низким,

переключения

станет низким

уровня.

2tзд.р,

напря­

вызывает

где

и

Появление

tзд.р

-

время

задержки распространения в логическом элементе. Длительность выходного
сигнала
менты
и

ти=3tзд.J>·

Если

формировать

этом

устройстве

импульс высокого

Интересные

формирователи

Исключающее ИЛИ
в

в

использовать

ИЛИ-НЕ, то узел будет срабатывать по

статическом

ня, а по рис.

(рис.

состоянии

3.4, б -

3.4, а
на

эле­

уровня.

можно
и

6).

выходе

высокого.

логические

отрицательному перепаду

собрать

на логических

элементах

В устройстве по схеме на рис.

присутствует

напряжение

низкого

3.4, а
уров­

Выходные импульсы формируются по фрон­

ту и срезу входных. Длительность формируемых импульсов определена вре­
менем

задержки

серий Ю55 и

распространения

1(555

это время

сигналов
равно

в

инверторе.

примерно

10

нс,

Для

микросхем

для микросхем

41


~

лл..

и'

Bxofl

~

ODIJ

1.LU

'----Вшо!J

ТТТТ

oJ
Рис.

Схемы формирователей кратковременных импульсов на логических

3.4.

&Лементах Исключающее ИЛИ:
а

-

высокого

КМОП
с

уровня;

б

-

низкого

урсвня;

в

-

с

управлением

выходным

уровнем

нескольким десяткам наносекунд и связано обратной зависимостью

-

напряжением

питаю1я.

В

роли

инверторов

и

повторителей

могут

быть

употреблены другие логические элементы из того же корпуса. Подачей по­
стоянного напряжения высокого уровня на один нз выходов элемент Исклю­
чающее

ИЛИ обращается

в

инвертор,

низкого

уровня

-

в

повторитель.

Направление выходных импульсов можно менять за счет напряжения на

нижнем
С

(по схеме)

входе элемента

помощью управляемого

на рис.

3.5, а,

DDl.3

(рис.

3.4,

формирователя, схема

можно на выходе

1

в).
которого представлена

выделять импульсы либо по фронту, либо

по срезу входных импульсов, а на выходе
почка

tэд

элементов

= 3tзд.р.ср.

DDl.1, DD2.1

Поскольку

на выходе элемента

элемент

DD2.2

повторяет входной. В целом цепь временной за­

держки в сочетании с элементом
по схеме на рис.

3.4,

2 - и по фронту и по срезу. Це­
DD2.2 создает временную задержку
DD 1.1 включен как повторитель, сигнал

и

DDl.2

действует подобно формирователю

а. Выбор желаемых импульсов на выходе

уровень напряжения на управляющем входе (см. рис.

3.5,

1

определяет

б). Формирователь

может быть собран как на микросхемах ТТЛ (I055ЛП5, К555ЛП5, К!55ЛА3,

К555ЛА3), так и на микросхемах КМОП структуры
Попутно отметим,

что

установить

(единицы и десятки наносекунд)

импульсов

с помощью универсальных осциллографов

DDt.J

8xoil ЛIU1Jl.

(К561ЛП2, К561ЛА7).

наличие кратковременных

!lпроdляю·

llJUd dxotl
Выхо!J2

Рх~ f о

о

lovк~f

п

п

uh

Dыxoilf

{Uупр)

DЫXfilrь1
(lfynp)

3.5.

-

42

t

IГ"

11

г=t

1

li)

•

t

t

Формирователь пиков напряжения из фронта и среза импулы:иого

сигнала:

а

c..t

Bыxou:f П п п 8 о

а)
Рис.

г"

принципиальная

схема;

б

-

временные

диаграммы


или логических пробников затруднительно. Помочь тут может вспомогатель­

ный Т-триггер, который будет переключаться под действием даже очень ко­
рот~их

входных

импульсов.

Временное преобразование импульсов

3.4.

Последовательная цепь инверторов, о которой говорилось ранее как
об узле для нормализации фронта и среза, может быть использована и для

временной задержки импульсов. Действительно, вследствие инерционных про­
цессов
тов,

в

микросхеме

запаздывает

tзап=Пtзд.р.ср,

по

где

импульс,

проходящий

сравнению

п -число

с

через

импульсом

элементов

в

цепь

через

цепи,

логических

проводник

tзд.р.ср -

задержки распространения для элементов той или иной серии

Поскольку

время

задержки

распространения

Уместно

напомнить, что

время

среднее

время

3.6).

(рис.

у современных

( 10... 20 нс для серий Ю55 и !(555 и 50 ... 80 нс
элементов серии !(561), то такие формирователи пригодны
коротких задержек в десятки, реже в сотни наносекунд.
очень мало

элемен­

на

микросхем

для логических
для

получения

время задержки распространения у

микросхем

структуры К:МОП зависит от напряжения питания и чем меньше напряже­
ние,

тем

больше

увеличения

Время

задержка.

задержки

задержки

скими

элементами

прием

позволяет

ку

Этим

свойством

уменьшения

существенно

поместить

числа

изменением

только

двумя

параметров

широко применяют

можно
элементов

увеличится,

интегрирующую

ограничиться

регулируемой

рующие цепи

или

если

воспользоваться
в

между

RС-цепь

двумя

(рис.

элементами

и

интегрирующей

не только в

дл11

цепи.

логиче­

3.7, а)_.

делать

цепи.

Такой

задерж­

Интегри­

формирователях, но и

в дру·

гих импульсных устройствах, в частности в одновибраторах.

и

и.
lЗxof/

Bxofl

t

и

t

и

Bыxoil

B/J1Xoil

tэд .. t

t311.p t

о)

а)
Рис.

3.6.

ВременнЬ1е

и фазовые

соотношения

в

последовательной

цепи

инверторов:

11 -

четное

число

инверторов;

6-

нечетное

43


hL-':::=====-г-~
Т~~А'1==:~---4==="'--"'"
0
":

OD!

RZ

DШ

VD1

t

и

t

и

t

6)

Рис. 3.7. Временная
задержка
мощью RС-цепи между двумя

с по­
инвер­

BыxoiJ

торами:

g-

схема

rраммы;

включения;

в

-

вариант

б

временнь1е

-

схемы

с

диа­

t

усложненной

цепыс'

На

временнь1х диаграммах

пенная

венно

логическими

меньше,

В

чем

создаваемая

варианте схемы,

зарядке

рис.

элементами,

конденсатора

его

не показана задержка,
ее

на рис.

разрядке

обуслов­

продолжительность

интегрирующей

показанном
и

3.7, б

поскольку

сущест­

цепью.

в, постоянные времени

3.7,

неодинаковы,

что,

естественно,

при

отра­

жается на продолжительности соответствующих циклов. Направление прово­

VD 1

димости диода

определяет очередность действия

цепей

Rl С!

и

R2Cl.

Когда требуется, чтобы к приходу входного импульса конденсатор был бы­
стро

разряжен

ния), берут
конденсатора

выбирать
бежание
носится

или,

R2=0.
не

наоборот,

заряжен

ограничен

сопротивлением

конденсатор емкостью
повреждения

внешнего

исходного

резистора,

более нескольких тысяч

выходных

не только к этой

случаям, когда

(восстановление

состоя­

В последнем случае вследствие того, что ток разрядки

транзисторов

конкретной

микросхемы.

схеме,

действие интегрирующей цепи

но и

не

следует

пикофарад во из­
Сказанное

ко всем

от­

практ·ическим

обусловлено выходным током

микросхемы.

Интегрирующая
КМОП,

работает

входному

схем.
В.

малому

напряжения

напряжения

на

между

близких к
на

выходному

входе цепи

открытых

двумя

идеальным,

выходных

элементами

структуры

благодаря

большому

сопротивлению

Uм=U 1 -U 0 ""Uп,

tвд=RС

первого

Uп

ln - - ,
Unop= Uп/2,
ln 2 ... 0,7RG.

по

(рис.

микро­

поскольку
меньше

3.7, а)

после

формуле

(3.1)

Uпор

и, если принять, что

tв11""RC

можно найти

этих

КМОП транзисторах

Время задержки срабатывания второго элемента

переключения

44

включенная

условиях,

сравнительно

Перепады

падение

0,1

и

цепь,
в

то

(3.2)


Картина

работы

интегрирующей

RС-цепи в сочетании с микросхема­

ми ТТ Л гораздо сложнее, посколь­
ку

вход

ходится

последующего

под

элемента

напряжением,

а

противление

сравнительно

зависит

от

уровня

сигнала

(рис.

3.8).

DDI

на­

его

со­

мало

и

действующего

L_

После положительного перепада

на выходе элемента DDl начинается
зарядка

R1
Ro

конденсатора

и

одновременно

и

амиттерный

произойдет

через

через

резистор

переход

входного

переключение второго

ного транзистора

сместится

в

Ro

транзистора

второго

направлении,

ТТ Л

RС-цепь

элемента.

Когда

переход его

что

вход­

практически рав­

от интегрирующей цепи. Напряжение на

продолжает расти

Cl

Интегрирующая

элемента, эмиттерный

обратном

носильно отключению резистора
конденсаторе

Рис. 3.8.

на входе микросхемы

резистор

и

после достижения порогового значе­

ния Uпор, стремясь к U 1 вых.
С

появлением

низкого

начнется разрядка
зистор

Ro

пока отключен

Когда

на

Ro, Rl,

сторы

уровня

напряжения

на

выходе

конденсатора с постоянной времени

выходе

(интервал

первого

эмиттерный

на рис.

t 3-t 4

элемента

DDI

так как ре­

3.7, б).

напряжение

переход входного

элемента

RICI,

низкого

транзистора

уровня,

рези­

второго элемента

и выходное сопротивление первого элемента образуют делитель напряжения,
из-за

которого

Ясно,

что

на

единственный

Cl

конденсаторе

устройство

сохраняется

работоспособно,

компонент

Поэтому сопротивление

делителя,

если

напряжение

U0c, <Uпор.

сопротивление

которого

U 0 с 1 >U 0 вых.
Резистор Rl можно

менять.

должно удовлетворять условию

Rl

Rl< (Uпор-U 0 вых)Rб,

(3.3)

Uп-Uэв-Uпор
где Uэв

постоянное

-

тальных параметров:

uo=0,2 для К155 и
и 1,1 В для К555.
На

напряжение эмиттер

Ro=4 кОм для
0,4 В для К555;

-

К!55 и

база. Численные значения ос­

20

кОм для К555,

Vав=О,7 В,

практике сопротивление резистора

выбирают в

Rl

U1 =3,5

В;

Uпор"" 1,3 В для Ю55

3".10

раз мень­

шим, чем дает расчет по последней формуле. Объясняется это желанием по­
лучить запас по !Iапряжению Uпop-U 0 c 1 с целью обеспечения помехоустой­
чивости

и

повторяемости

ке по фронту

результатов,

и срезу входного

должна превышать

2000

а

также

импульса.

малого

различия

в

задерж­

Емкость конденсатора

Cl

не

пФ.

Расчетные формулы времени задержки для рассматриваемого случая до­

вольно

громоздки и

потому здесь

ния для элементов К!55ЛН1
делить по номограммам на

не

приводятся. Ориентировочные значе­

(К155ЛА3 в режиме инвертора) можно опре­

рис.

3.9.

Узлы временной задержки часто используют в формирователях импуль­
сов.

Обобщенная

рис.

3.10, а.

ного

схема

формирователя

подобного

Временное положение выходных

определяет

логическая

операция,

рода

изображена

на

импульсов относительно вход­

выполняемая

оконечным

элементом.

45


t, !IC
1/00
- - - R=J80 011

300

-

R= !00 011

200
100

о

мо

200

Рис. 3.9. Номограмма
временной
задержки
рис. 3.7, а

Тоvна 6

800 С, пФ

500
для

определения

для

схемы

utiс

по

В.щ8f
8ьт11! f

UUJLI
t
. i
Bшoil 2

1

и

Выко/J l

Bxo!J

t

.

t

1

1

BшolJJ
Вщоi/ .1

~·

••

15)
Рис. 3.10. Обобщенная схема формирователей временн6й задержки выход­
ных импульсов относительно входных (а) и временнЬiе диаграммы (6)

На выходе элемента

И-НЕ

(DD2) этот импульс появляется no положи­
3.10, б). Для элемента ИЛИ-НЕ (DDЗ)

тельному перепаду на входе (рис.
выходной

касается

импулье

еоответствует

элемента

DD4

отрицательному

Исключающее

ИЛИ,

входному

то импульсы

nерепаду.

на

его

Что

выходе

возникают по обоим перепадам входных сигналов. Этом свойством элемента
нередко

пользуются для

удвоения

частоты

входных

импульсов.

Длительность выходных импульсов определяется временнЬiми параметра·
ми

узла

11адержкн

или повторнтелеll

DLl.

Им

может

быть:

цепь нз

нескольких

(время задержки распространения

-

инверторов

десятки, сотни нано­

секунд}, линии задержки (микросекунды), интегрирующие RС-цепи (от мик­
росекунд

до

десятков

Рассмотрим

(выход

1).

В

исходном

пряжение

высокого

та

низкое

46

DD2 -

миллисекунд).

работу

формирователя

состоянии

уровня,

на

поскольку

напряжение.

применительно

к

элементу

И-НЕ

выходе такого

формирователя

на

схеме

верхнем

С появлением

по

входного

входе

импульса

-

на­

элемен­

на

обоих


входах

этого элемента

напряжения
вает)

и

в

течение

короткого

срока

будет

высокий

(благодаря узлу задержки выходной сигнал от

напряжение

на

выходе

формирователя

времени задерж~и на нижнем входе элемента
напряжения

и

выходное

скачком

придет

DD2

упадет.

По

уровень

запазды­

DDl

прошествии

появится импульс низкого

к высокому уровню

3.10,

(рис.

б).

Длительность сформированного импульса складывается из времени про­
хождения сигнала через элемент

и узел задержки

DDl

DLl

't'и=lзд.р+tзд.DL·
Таким
тами

(3.4)

же образом можно объяснить работу формирователя с элемен­

других

видов

логик.

На практике на выходе ставят, как правило, не все, а один из показан­
ных

на

схеме

логических элементов

в

-

зависимости

от

конкретных требо­

ваний.

На рис.

3.11, а

показана схема еще одного формирователя импульса по

фронту входного импульса. В исходном состоянии конденсатор
поскольку на входе элемента

ходе

высокого

-

диод

(рис.

3.11,

DDl.l

Cl

заряжен,

напряжение низкого уровня, а на вы­

б). С приходом входного импульса

(момент

закрывается и напряжение заряженного конденсатора

t1)

Cl

оказы·

вается приложенным к нижнему по схеме входу и выходу элемента

DDl.1,

VDl

сохраняя

DDl.2

его состояние.

Напряжение высокого уровня

на

выходе элемента

сменится на низкое, так как на обоих входах этого элемента дейст­

вует напряжение высокого уровня. Одновременно на выходе элемента

DDl.I

возникнет небольшой бросок напряжения, после чего начнется разрядка кон·

денсатора

Cl,

Когда

по

протекающая почти линейно.
мере

DDl.2

досТ>игнет

станет

высоким

разрядки

порогового

конденсатора

значения

Uпор,

напряжение

на

напряжение

входе элемента

на

выходе

снова

(момент

t2). Длительность выходного импульса связана с
емкостью конденсатора Cl линейной зависимостью ти=kСl, где коэффици­
ент k= 10 мкс/нФ. Емкость конденсатора Cl может быть выбрана в преде·
лах 100 пФ".0,5 мкФ.
и

8хо8

Bxoll
VDI

t

и
Uп

и'

ТоvкоА

а)

U,.op
Uo

t

и

Выхо6
Рис.
ного

Формирователь
импульса
с цепью

3.11.

укорочен­
обратной

t

связи:

4 -

принципиальная

ьЬlе диаграммы

схема;

б

-

времен­

t1 t1

6)
47


R1
JJDt. t С!

B~~l_...._5_,_---1
d)
Рис.
а,

б

Импульсные

3.12.

принципиальные

-

На

практике

формирователи

схемы;

в,

находят

г

-

с

дифференцирующей

времеинЬ1е

также

RС-цепью:

диаграммы

применение

формирователи

импульсов

с

дифференцирующими времязадающими цепями. От устройства с интегрирую­
щей цепью

DDl.2,

они

отличаются тем,

что

снимают не с конденсатора,

напряжение,

а

случаях, для реализации

формирователя

предпочтительнее других.

На

устройств.

рис.

Порядок их действия

Диод

VDl,

включенный

управляющее элементом

с резистора.

3.12

К:ак и в предыдущих

микросхемы

показаны

структуры

варианты

схем

К:МОП

подобных

ясен из временных диаграмм.

параллельно

резистору

RI,

предотвращает не­

желательные выбросы напряжения, которые могут повредить элемент
Этот диод входит в состав защитной цепи

на входе элементов и

показан условно. Небольшой всплеск напряжения на входе инвертора
в

момент

(0,7

окончания

входного

В)

на открытом диоде

Для

формирователей,

импульса

объясняется

падением

DDl.2.

поэтому

DDl.2

напряжения

VDI.

собранных

на

элементах

структуры

К:МОП,

со­

храняют силу замечания по выбору номиналов времязадающих резистора и

конденсатора,

высказанные

ранее

для

интегрирующей

выходного импульса для формирователя по схеме рис.

цепи.

Длительность

3.12, а

определяется

формулой:

"fи=RC

ln

Uп

Для второго варианта

"t"и=RC
Как и

вестно,

(3.5)

Uп-Unop
(рис.

3.12, 6}

Uп

ln - - •

(3.6)

Uпор

в случае с интегрирующей цепью, если точное значение Uпор

можно принимать

Unop=Un/2,

и тогда

обе последние

неиз­

формулы

принимают одинаковый ви4

"t"и=RC lп 2:::::0,7RG.

48

(3.7)


DDl.I

DDl.2

-----1
Kl r---t-Un
r'1

С!

DDl.f

1

J

ODt. l

~~
'KfQ -

а)

Otfщoti

tf)

и

U'

и

и'

тоvко А

ТоvмА

(Jo_

Uot__-=======~--

t

{j

t

и'
Тоvко

{/

5

У'

{/лор

Тоvко§

U.op

t

и

t

и'и

Bыxoll

yt
BьtXOIJ

t

б)

Рис. 3.13.
Импульсный формирова­
тель на логических элементах ТТ Л
с дифференцирующей RС-цепью:
а и б - принципиальная схема; в - вре­
меннь1е

диаграммы;

Последнее

Рис. 3.14.
Временнь~е
диаграммы
формирователя
ТТ Л
по схеме на
рис. 3.13, а и б для случая R> Rкр

R<Rкp

выражение

совпадает

с

формулой,

описывающей

длительность

выходного импульса в устройстве с интегрирующей цепью.

Схема

формирователя

с

ТТЛ представлена на рис.

дифференцирующей

3.13, а.

RС-целью

на

Для наглядности на рис.

инверторах

3.13, б

показа­

ны в деталях выходная ступень первого элемента и входная второго. В за­

висимости от сопротивления резистора

та

DDl.2 создаст
работы [9, 10).

падение напряжения

Когда сопротивление
микросхем

500

Ом< Rl

серии

< 2,5

Ю55

Rl, на котором входной
UR1 = IвxRl, возможны

Rl сравнительно мало,
200 Ом::::;;; R 1::::;;; 1 кОм,

так что
а

ток элемен­

два режима

UR 1 <Uпор

для

серии

(для
К555

кОм), в исходном состоянии на выходе узла присутствует

49


напряжение

высокого

уровня

ству по схеме на рис.

и

формирователь

работает

подобно

устрой­

3.12, а.

Длительность выходного импульса можно определ,ить из выражения:

't'и=

lп

""'(Rl+R5)Cl
где

(Uп-Uнэ-Uvvs)Rl

(Rl+R5)Cl ln

Uпор (Rl

~

+ R5)

3•9 Rl
l,3(Rl+R5) '

R5= 130 Ом для
2.18 и 2.19).

элементов

(3.8)
серии

К\55 и

R5=200

Ом

для

1(555

(см. рис.

Если сопротивление
ного тока

больше

кому

уровню

стора

RI

то входное

U 1 вx=lвxRl>Uпop.

напряжение соответствует

рези­

для этого варианта схемы R1~5 кОм для элементов серии

1(155

формирователя
ется

по

(рис.

3.14).

Реальные

значения

В этом случае в исходном состоянии иа

1(555.

низкий уровень напряжения

отрицательному

перепаду

сигнала

и

выходной

на

входе

выходе

импульс формиру­

оконечного

инвертора

Для определения длительности выходного импульса можно поль­

формулой

-R С! l

'tи-

о

(U 1 вых-Uпор)Rб+ (Uп+Uвэ)Rо

n

(Uп-Uвэ) Ro+ UпорRб

~

""'RoCI ln 2,2Rб +4,3Ro ,

(3.9)

4,3Ro-l,3Rб
где

высо­

сопротивления

,и R~20 кОм для

зоваться

таково, что падение напряжения на нем от вход­

RI

порогового,

Ro -эквивалентное
RI и Rб:

еопротивление

двух

параллельно

включенных

рези­

сторов

Ro= R!Rб/(Rl +Rб).
Поскольку переключение i.лемента происходит на пологом участке экспонен­

ты, когда конденсатор

почт'и полностью заряжен, то стабильность дли­

CI

тельности выходного ииnульса невелика. Лучший результат здесь даст дели­
тель напряжения
На рис.
цирующей

3.15

(см. рис.

R2=RI

RС-цепью.

Его

применяют

кратковременных импульсов

1(155

двух

а).

простых

преимущественно

Rl ~6,8

кОм,

формирователей,

выполнен на микросхемах структуры l(МОП.

CI ~ 100

(момент

t1

на рис.

тор

CI

кое

напряжение.

расширение

3.16.

Первый

CI

заряжен и на вы­

3.16, 6)

напряжение в точке А уменьшается, конденса­

быстро разряжается и на выходе формирователя появляется высо­

В момент

Пока

t2

закроется

действует входной

импульс,

выход

элемента

DDI

CI.

на выходе элемента

J;>D 1 возникнет высокий уровень, диод
DDI от цепи RICI. Конденсатор CI
RI и, когда напряжение на входе эле-

и отключ,ит элемент

начнет заряжаться через

50

на рис.

низкое напряжение. С поступлением входного импульса

шун1'ирует конденсатор

VDI

пФ.

В исходном состоянии, когда

в точке А напряжение высокого уровня, конденсатор

DD2

формирования

обеспечивающих

входных импульсов на постоянное значение, показаны

ходе элемента

для

Если устройство собрано на элементах

[28].

серии, то следует выбирать

Схемы

3.13,

изображена схема еще одного формирователя с дифферен­

резистор


(JtLc_

U'

Bxo!J
11/11

д

1

·

t

{/

ODI l

и'

Выхоi!

T(}llKO А-

001

uLt

t/J Kl55Лlt!
а)

u'
Рис.
ТТЛ

3.15.
с

i

8111xoil

Вариант
формирователя
дифференцирующей
RC-

.

~

цепью:

а

-

принципиальная

схема;

6-

временная

t

о)

диаграмма

и

Bxo!J

о
•Uп

t

-

Tovкrz А

8111xoil

ICI

t

и

ODZ 'l4 K56'!Tlll
а)
002

DDf

Тоl/ка

Вьщ;!J

5

t

и
1

Bыxoil

Рис.

3.16.

раеширение
а

-

бма

Формирователи,

принципиальная

схема

на

11 -

!

обеспечивающие

импульсов:

временная диаграмма;
на элементах ТТЛ

1

1

элементах

К.МОП;

принципиальная

схе-

t,

tz t3

t

tf}

51


мента

станет

DD2

переключение,

Общая

равным

порогу

оканчивающее

длительность

открывания

выходной

выходного

(момент

произойдет

t 3 ),

импульс.

импульса

равна

'tи='tвх='tзд.

В

свою

очередь,

1'зд=R!С!
где Uп
да
'tвх

Uп-Uпр

(3.10)

) ,

Uп-Uпор.в

- напряжение питания, Uпр - постоянное прямое напряжение дио­

(Uпр"='О,7

-

In (

В);

длительность

Второй

Uпор.в -верхний
входного

формирователь

порог

переключения триггера

Шмитта;

импульса.

(рис.

3.16,

в)

отражает

специфику

ТТЛ. По сравнению с предыдущим здесь отсутствуют резистор

микросхем
и диод

Rl

!JDl.1
П

&

1S

DDI l

А
VD!
- + *........--+-----!& п

Bxoil

Bыxoil f

Cf

RI

I

001.'1

Jl ..,__J&I
г.-.--",
____
п

L..-,i

1

ф--

1

1

1

Bь1xoil

llllt J

1-.l_..J

Ю55ТЛJ

ll!J!
а)
и

-

l

'--------!

(К51ШЛ!)

Рис. 3.17.
Формирователь-расширитель
RS-триггером:

BxoD

а

-

принципиальная

схема;

б

временнь1е

-

с

дна­

rраммы

t

и

Роль резистора интегрирующей цепи

VOI.

исполняет резистор Rб
ного

Точка А

Unop •

t

и

транзистора

001

и конденсатором в данном случае не

нужен,

поскольку этот

коллектором. Когда
закрыт,

и

в

-

заряжается,

случае,

рассчитать

а

разрядка.

выходного

составляющей

можно

открытым

происходит

предыдущем

Длительность
секундах

элемент с

его выходной транзи­

конденсатор

открыт

Продолжительность
как

t

элемента

3.8).

когда

и

(см.

002

между выходом

рис.

стор

Вихо/J 1

Диод

в цепи базы вход­

элемента

импульса,

'tи='tвх+1'зд.

'tзд

в

по

микро·

экспери­

ментальной формуле

B11xoiJ 2

'tэд=kС,

(3.11)

где С в нанофарадах, а

15)
52

t

k=3,2

геров Шмитта типа Ю55Т Л2 и
триггеров типа

1(555Т Л2,

для триг­

k= 10

для


Схема еще одного формирователя с применением триггеров Шмитта изо­
бражена

на

рис.

Такой

3.17.

формирователь

может

быть организован

как

на микросхемах ТТ Л, так и на микросхемах структуры К:МОП. Для вари­

анта ТТ Л К:I55 серии сопротивление резистора

R 1 не должно превышать

Ом.

510

В

исходном

а на выходе
уровня, а
входе

на

на

1

RS-триггера,

разряжается

и,

входной

когда

импульс.

напряжение

DDl.2, RS-триггер
3.17, 6). Инвертор DDl.4 следует

После его прекращения кон­

на

нем

снизится

возвратится

в

состояние

использовать при входном импульсе

Удвоение

частоты

легко

обеспечить

и

прямоугольных

импульсов.

срезов

по схеме на рис.
были

порогового

DDl.1.

Удвоение частоты следования импульсов

3.5.

Чтобы

до

исходное

высокого уровня. Его выход подключают к входу элемента

фронтов

напряжение,

DDl.3- высокого. Импульс низкого уровня на
Cl до высокого уровня и пе­
образованного
DDl.2 и DDl.3.
Это состояние

значения элемента
(рис.

присутствует высокое

обоих входах

сохраняется, пока действует
денсатор

выходе

низкое, поскольку в точке А действует напряжение низкого

вызывает зарядку конденсатора

DDl.1

реключение

состоянии

2-

3.10,

интервалы

а (с выхода

между любыми

одинаковы,

входная

3)

формированием
По

существу,

импульсов

из

формирователь

является удвоителем входной частоты.

двумя соседними

последовательность

выходными импульсами

должна

иметь

скважность

Q=2.
Схема
стоты

КМОП

Здесь

изображена

на

входным.

изменение

импульсов.

рис.

а

R2C2 -

номиналов

ин­

в

широ­

подборкой

можно

длительность

Вместо

И-НЕ

3.18, а.

RС-цепи допуска­

ких пределах. Их
задавать

ча­

структуры

дифференцирует

RlCl

импульсы,

версные

ментов

удвоителя

микросхемах

цепь

входные
ют

простого

на

выходных

логических

могут

быть

эле­

исполь-

,м":Ь

r.
t

,,",:h._.______.__r
Рис.

3.18.

вания

Удвоитель частоты следо­

импульсов

на

логических

эле­

ментах КМОП:
а

-

принципиальная схема;

диаграммы

б

-

временнь1е

о."~,~~~~~
о)

t

" ....
t
53


B111Xo!J

зованы

элементы ИЛИ-НЕ.

соедiиненные

R2,

с

общему проводу.
рис.

этом

напряжения

на входе инвертора

частоты

выводы

питания,

на

логиче­

резисторов

следует

для элементов
обеспечивает

Rl, R2

Схема удвои­

Rl

и

подсоединять

к

ТТЛ показан на

начальное

смешение

DDl.l.

Удвоитель частоты на
и триггере дан на

3.19.

ских элементах ТТ Л

случае

проводом

Вариант этой схемы

Делитель

3.19.

В

плюсовым

Рис.
теля

рис.

одном логическом элементе

3.20, а.

Здесь О-триггер

Исключающее ИЛИ

включен

как Т-триггер.

Кратковременный пик напряжения

высокого уровня появляется на выходе

логического элемента по каждому

фронту и

срезу входных

скольку на нижнем по схеме входе элемента
напряжения

меняется

с

каждым

импульсов, по­

Исключающее ИЛИ уровень

переключением

триггера.

С равным успехом в этом у довоителе частоты могут быть использованы
микросхемы ТТЛ

(К155ЛП5 и Ю55ТМ2) и КМОП

Неиспользуемые асинхронные входы

бодными, а у КМОП
ных

импульсов

ском

элементе

и

R

(К561ЛП2 и К561ТМ2).

у триггера ТТ Л оставляют сво­

соединяют с общим проводом. Длительность выход­

-

равна

и

S

сумме

времени

Удвоитель частоты

времени

задержки

переключения

по схеме

на

распространения

в

логиче­

триггера.

рис.

3.21

может быть собран как на

микросхемах ТТЛ (К155ЛП5, К555ЛП5), так и КМОП (К561ЛП2). Его до­
стоинство

-

простота

управления

длительностью

выходного

импульса

в

не-

Bxol
B111xoi
а)
Рис.
а

-

54

3.20.

Удвоитель частоты следования импульсов на триггере и логиче­
ском элементе Исключающе ИЛИ:

прииципиапьная схема:

б

- временные диаграммы


и'
DD!.J

Bxoll

DA 1 l(J2f CAJ

{K5HCAJ)
Рис.

Схема

3.21.

удвоителя

формирователя­

частоты

на

3.22.

Рис.

логических

Схема

прямоугольных

элементах Исключающее ИЛИ

формирователя

импульсов

параторе

на

ком­

напряжения

которых пределах подборкой конденсатора С!. Для задания высокого логи­

ческого

уровня

применении

на

верхнем по

микросхем

тания через резистор

КМОП

без

-

ТТ Л

Ориентировочная

входы

Импульсы

длительность

следует подключить

1... 3

кОм, а для

на

обоих

сопротивления

резистора.

DDI.3

схеме входе элементов

эти

выходных

DDI.4

в

взаимоинверсны.

зависимости

кости конденсатора С! такова: для микросхемы К!55ЛП5 при С!=
'tвых""70 нс, для микросхемы

(при Uп=5 В)

К561ЛП2

и 'tвых""900 НС

при С!= !ООО пФ

(при Uп=

при

микросхем структуры

выходах

импульсов

и

к проводу пи­

от

ем­

1000

пФ

'tвых""2,2 мкс

В).

12

Преобразование формы импульсов

3.6.

Формирование прямоугольных импульсов с крутым фронтом и сре­
зом

из

личие

ных

импульсов
от

ранее

другой

формы,

рассмотренных

устройств.

Поскольку

велика

и

знакопеременна,

и

и

аналоговых
с

сигналов,

помощью

напряжения

на

входе

в

от­

регенератив­

такого

фор­

(например, сигнал от датчика) или, наоборот,

при

формирование

аналоговых

чувствительность
фронта

из

выполняют

выборе

схемы

следует

учитывать

ее

усили­

ограничительные свойства.

Хорошее
помощью

также

амплитуда

мирователя может быть мала
тельные

а

узлов,

среза

с

прямоугольных

компараторов

возможностью

выходных

импульсов

напряжения.
ее

Их

можно

регулирования,

импульсов,

обеспечить с

достоинство:
большая

возможность

высокая
крутизна

стробирования,

т.

е.

включения на нужное время, что важно в условиях помех. Схема простого

формирователя
ременный
скольку

в

де выше,
значение

на

универсальном

R2

резистор
отсутствие

на

входных

компараторе

для

на

сигналов

жение

высокого

жение

не

напряжения

инвертирующем

уровня.

уменьшится

в

напряжение

сумме

входе,

Состояние

ниже

показана

регулирования

выходе будет напряжение

входного

напряжение

служит

это

напряжения

на

с

напряжением
выходе

3.22.

Пе­
По­
вхо­

Когда мгновенное
смещения

скачком

сохраняется,
на

рис.

инвертирующем

низкого уровня.

на

на

чувствительности.

пока

инвертирующем

превысят

появится

напря­

входное

напря­

входе.

Этот формирователь работает с усилением. Минимальное значение вход­
ного сигнала, при котором происходит надежное срабатывание, около

15

мВ.

55


2,2к

Rl

R2
~,7к

Otfl

о)

U)
Рис.
а

-

Схемы формирователей на логических элементах ТТ Л:

3.23.

Исключающее

ИЛИ;

б

на

-

двух

Высокую чувствительность без
не

происходило случайных

инверторах

особой

н

транзисторе

надобности

срабатываний

не устанавливают, чтобы

под действием

помех.

В качестве преобразователей подобного рода часто применяют триггеры

Шмитта

Ю55Т Л2,

К555Т Л2,

операционных усилителях
когда

параметры

и

К561Т Л1

и

другие,

на транзисторах.

универсальных

триггеров

а

также

Последние

(чувствительность,

ласти гистерезиса, выходные уровни напряжения и др.)
две

схемы

формироват·елей,

собранных

на

на

ширина

об­

по каким-либо при­

чинам не удовлетворяют разработчика. К:ак пример на рис.
ставлены

собранные

применяют тогда,

3.23, а

и б пред­

универсальных

логи­

ческих элементах. Первый из них представляет собой разновидность триггера
Шмитта.

входной

Формирователь

сигнал

на

второй

нуждается

в

схеме

усилении.

находит

Транзистор

большим статическим коэффициентом передачи
сопротивлений

-

теля

чем

Один

из

соидального

импульсов.
(рис.

резисторов

оно

3.24).

меньше,

наиболее

Для

этой

выше

частых

напряжения

определяет

Rl/R2

тем

в

цели

тока

когда

должен

h 21 э~

1000.

чувствительность

быть

с

Отношение
формирова­

чувствительность.

видов

служит

-

формирования

непрерывную

Резистивный делитель

применение,

VTI

преобразование

последовательность

формирователь
напряжения

на

на

сину­

прямоугольных

триггере

входе триггера

Шмитта

001

со­

здает начальное смещение Uп/2, которое обеспечивает равенство длительно­
стей выходных импульсов и пауз между ними, т. е. скважность
денсатор

CI

Кон­

Q=2.

препятствует нарушению режима триггера Шмитта по постоян-

Rf
550к

CI

8~001

--c:JRJ

J.J/1

3.24.

Схема

ODI 'f,К55!ГЛ1

преобразователя

синусоидального

напряжения

в

по­

следовательность

прямоугольных

им­

пульсов

56

{/tftц

Rf=Rl

DDI t/t,!ШШлt
Рис.

Bь1xoiJ

R2

Рис.

3.25.

Схема

прямоугольного
чении

формирователя

импульса

питающего

при

напряжения

вклю­


ному

току.

Если

амплитуда

входного

напряжения

превышает

напряжение

питания, в разрыв провода в точке А следует включить резистор RЗ сопро­

тивлением
входной

кОм.

1".4,7

Его

назначение

резисторно-диодной

цепи

ограничивать

-

ток

через

диоды

триггера.

Закончим главу рассмотрением схемы простого формирователя на триг­

гере Шмитта структуры КМОП. На выходе его

(рис.

3.25)

возникает пря­

моугольный импульс при включении напряжения питания. Назначение этого

импульса

устанавливать в исходное состояние (обычно нулевое)

-

узлы аппаратуры

триггеры, регистры, счетчики,

-

различные

запоминающие устройства.

Без такой предварительной установки сигналы на выходах упомянутых узлов
при

включении

Действие

питания

принимают

формирователя

произвольные

определяется

значения.

интегрирующей цепью на

При включении питания конденсатор разряжен, на выходе элемента
напряжение

высокого

ка конденсатора.
Uпор,

При

уровня,

Когда

произойдет

указанных

которое

переключение

на

сохраняется,

напряжение на

схеме

и

напряжение

номиналах

пока

входе элемента
на

происходит

заряд­

достигнет значения

выходе

компонентов

входе.

DDl.1-

упадет

длительность

до

нуля.

выходного

импульса Ти""О,2 с.
Вместо триггера

Шмитта

ческий элемент И-НЕ

этой схеме

можно

также

применить логи­

К561ЛА7).

ОДНОВИБРАТОРЫ

4.

Общие соображения

4.1.

Одновибратор
ство,

в

(микросхема

(ждущий

предназначенное

для

мультивибратор,

генерации

одиночных

моновибратор)- устрой­
прямоугольных

импульсов

заданной длительности и амплитуды

под действием внешних сигналов. Для

него,

характерно

в

отличие

от

формирователя,

ной обратной связи,

наличие

обеспечивающей регенеративное

цепи

положитель­

(лавинообразное)

раз­

витие процессов переключения. Этим достигается большая крутизна фронтов
выходных

импульсов,

билизирующим

их

факторам.

стабильность

и

Времязадающая

тор и резистор либо линия задержки

-

лучшая

устойчивость

(хронирующая)

цепь

к

деста­

конденса­

-

непременная принадлежность каждо­

го одновибратора.
До поступления запускающего сигнала одновибратор находится в исход­
ном невозбужденном состоянии. С его приходом выходное нап~1яжение скач­
ком

меняет

ленный

свой

уровень

переходный

обратный скачок

и

в

самой

процесс, который

уровня выходного

схеме

начинается

обеспечивает в

напряжения,

ливается исходное устойчивое состояние. Меняя
цепи

Сjlавнительно

определенный

после котоJlого

мед­

момент

восстанав­

параметры времязадающей

(сопротивление резистора, емкость конденсатора), можно регулировать

длительность

В
либо

выходных

зависимости
фронтом

перепадом)

от

импульсов.

схемного

исполнения одновибратор

(положительным

перепадом),

можно запускать

срезом

(отрицательным

входного сигнала.

Поведение одновибратора при
стью

либо

запускающего

и

выходного

разных соотношениях
импульсов

также

между длительно­

определяется

схемным

57

·


решением.

Здесь возможны два

варианта.

Так

называемые

укорачивающие

одновибраторы после срабатывания не реагируют на входной импульс, да­
же если он превышает

длительность выходного.

одновибраторов-расширителей

роче

выходного.

длительности

В

требуется,

противном

случае

чтобы

Для нормальной работы

входной

выходной

импульс

был

ко­

будет

равен

по

импульс

входному.

В составе развитых

серий микросхем ТТ Л и К.МОП-структуры выпу­

скают готовые одновибраторы, для работы которых требуется только внеш­

няя времязадающая RС-цепь.
на

основе

триггеров

элементов И-НЕ,
мя

в

Кроме того,

микросхемиом

ИЛИ-НЕ.

В

одновибраторы часто собирают

исполнении,

последнем

а

также

из

логических

случае обычно обходятся· дву­

четырьмя элементами из одного корпуса. Поскольку в одновибраторах

-

эти элементы выполняют свои прямые логические функции, некоторые схем­

ные решения допускают реализацию как на микросхемах ТТ Л, так и КМОП,
хотя специфика каждого вида

логики накладывает, естественно, свои огра­

ничения.

Одновибраторы 'dогут быть реализованы и на операционных усилителях

и компараторах напряжения. Их применение оправдано, когда позволяет ре­
Ж'ИМ

питания и 11 других

узлах устройства

использованы подобные микро­

схемы.

В

зависимости

от

схемотехнического

решения

процесс

формирования

выходного импульса может происходить в ходе зарядки либо разрядки кон­
денсатора времязадающей цепи.
буется

еще

импульса),

в

некоторое

время

течение

которого

к исходному уровню

(Uc""'O

восстановления

следует

скающих

tвос)

импульсов Таап

Если

период

выходного

существенно

напряжение

на

меньшее

длительности

конденсаторе

возвращается

либо Uc""Uп). Этот отрезок времени
принимать

немногим

запускающих

напряжения, т.

После окончания выходного импульса тре­

(обычно

во

внимание,

когда

(время

период запу­

больше длительности выходных -rи.

импульсов

короче

е. Тэап<-rи, поведение

длительности
одновибратора

импульсов
определя­

ется схемным решением. Здесь возможны два случая. В первом

-

ле

последующие

запуска

пусковые

узел

формирования

·импульсы

не

отключается

воздействуют

на

от

выхода

одновибратор

до

и

сразу пос­

окончания

вы­

ходного импульса и восстановления исходного состояния. Это так называе­
мый одиночный запуск

(рис.

4.1, а).

От него отличается режим повторного

запуска, суть которого состоит в том, что если на вход уже возбужденного

еьf Л

о n я nn

"t

а)
Рис.

4.1.

Временные диаграммы
а

-

с

одиночным

работы

запуском;

б

одновибратора:

-

с

повторным

запуском


одновибратора

начинает

поступает

новый

новый импульс запуска, то

цикл генерации,

в

ходного импульса увеличивается до т'и=Тзап+ти
кратных повторных запусках
состояние

только

после

одновибратор

как

бы

результате чего продолжительность вы­

(рис.

4.1,

б). При много­

такой одновибратор возвращается в исходное

последнего

импульса

на

входе

спустя

отрезок

вре­

мени, равный ти.

Режим повторного запуска расширяет функциональные возможности од­

новибраторов. Одновибраторы с повторным запуском используют, в частно­
сти, для выявления нарушений в работе сложных систем, связанных

паданием или задержкой импульсов
них

импульсов

и

т.

д.

Одновибраторы

4.2.

Одновибраторы
скольких серий

с про­

в последовательности, появлением лиш­

микросхемы

-

ТТ Л

самостоятельные изделия, имеются в составе не­

-

микросхем.

К:аждая

ченный функциональный узел

микросхема

представляет собой закон­

(некоторые содержат в одном корпусе по два

независимых одновибратора), за исключением времязадающей цепи, состоя­
щей из внешних резистора и конденсатора. Такие одновибраторы совместимы
по

входным

и

выходным

уровням

напряжения

с

другими

микросхемами

серии.

Преимущество микросхемных одновибраторов перед собранными из дис­
кретных

транзисторов

или

логических

элементов

состоит

не

только

в

мень­

шем числе навесных деталей и внешних соединений, но и в более широких
функциональных возможностях и лучшей стабильности выходных импульсов
при

изменении

питающего

напряжения

и

температуры

окружающей

среды.

В рамках ТТ Л в разных сериях выпускаются две разновидности одно­
вибраторов. Микросхема К:155АГI

помимо собственно одновибратора содер­

жит входной логический элемент и триггер Шмитта

(рис.

4.2),

что придает

ей универсальные свойства. По принципу действия это одновибратор с одно­

кратным

запуском

теризует его

Таблиц а

Вход/

L

4.1.

В

Q

ВыходQ

х

н

L

н

1

н

4.1,

L

а).

разных

Таблица

переключений

1

н

х

L

х

х

L

L

н

н

н

х

L

н

Примечание

Вход

11
А!

н

Устой-

]

чивое
сост ояние

-,_
-,_

1

А2

Выход

1

В

Q

-,_

н

1 _п_

н

н

п-

-1_

L

х

х

L

1

-

положительный перепад напряжения;-,_
уровня.

-

один

импульс

высокого

-

Q

1

4.1),

харак­

Примечание

-u-

-u-

- u-Г
- п- u
_r- _п_ uн

_п_

-

Примечание. Н - высокий
уровень напряжения;
напряжения, Х - любой уровень напряжения (высокий

ния; _П_

(табл.

комбинациях входных сигналов.

Таблица переключений одновибратора 1(155АГ1

А2

1
А!

(рис.

работу при

Lили

]

Зщс.

низкий уровень
низкий); _Г

-

отрицательный перепад напряже­

уровня.

-u- -

один

импульс

низкого


'lи

f011c

~

~
~
~
~
~

/11С

!ООпкс

а)
f011кс

•(Jn
{1

fl

1

fj

R!

f 11кс

С!

!ОО11с

Uп- /~
Otfщ.-

о)
Рис.

Un= 5 8
7

d)

Микросхема

4.2.

1

К155АГ!:

а - логическая структура;
фическое
обозначение;
в
чени~

!Онс

-

Рис.

условное гра­
способ
подклю­

ных

RС-цепи

Длительность

генерируемого

противление которого

Номограмма

импульсов

стабильности

выход­

одновибратора

может

импульса

задает

RС-цепь.

резистор

Rвн =2

кОм,

быть

в

импульсов

не

пределах

предъявляют

пользовать конденсатор емкостью до
ходного напряжения

от

1000

описывает простая

Резистором

либо

2 до 40 кОм. К:онденса­
10 пФ".10 мкФ. К:огда к

высоких

требований,

можно

формула:

(4.1)

в нанофарадах;

чания

R

в килоомах; ти в микросекундах. Расчет длитель­

Для

восстановления

выходного
устойчивой

должна
при

кОм,

Микросхему
импульсов
между

состояния

зависит

стабильной

от

работы

(ти

цепи

где

Таап

К:155АГ!

=30".35

период

-

4.3).

одновибратора

параметров

после

окон­

времязадающей

цепи.

длительность

удовлетворять условию ти<0,67Тзап при

R<40

дающей

исходного

импульса

и

ис­

мкФ. Длительность импульсов вы­

ности импульсов можно выполнить по номограмме (рис.
Время

ее

навесной, со­

ти""RCln 2""'0,7RC,
где С

К!,к01'1

для опре­

длительности

навесной, допустимые пределы для емкости

-

20

К155АГ!

может служить либо внутренний

тор

4.3.

деления

6-

!О

7

~

2

запускающих

выходного

R=2

кОм

импульса

и ти<0,9Тзап

импульсов.

можно применять как генератор весьма коротких

нс)

и

без

использованы

навесных

внутренний

деталей, если

резистор

и

роли

времяза­

паразитная

в

емкость

выводами.

Запускать одновибратор, как следует из таблицы переключений, можно
или

по

при

условии,

срезу

запускающего
что

этого импульса,

дов
(рис.

Al и
4.4}.

щего.

60

А2
Вход

на

входе

импульса
В

поданного на

(или к обоим)

на

действует
вход В,

одном
высокий

входов

уревень,

(Al
или

либо А2)
по

фронту

при условии, что к любому из вхо­

приложено

В, таким образом,

из

напряжение

низкого

уровня

может служить в качестве разрешаю­


Рис.

Положение

4.4.

относительно

вибратора

выходного

входного

К155АГ1

при

по

импульса

запуске

разным

Рис.

одно­

4.5.

внешнего

Транзистор

в

роли

резистора

входам:

а - по
входу
В
(напряжение
низкого
уровня
хотя бы на одном из входов А); 6 - по входу
Al или А2 (на входе В - напряжение высокого
уровня)

Крутизна
В/мкс.
исходит

перепада напряжения на входах

при

определенном

длительностью
в

тех

фронта

случаях,

уровне

или

когда

Способ
на

крутизна

подключения
рис.

4.2,

в.

входного

среза

типичной помехоустойчивости
казан

и А2 должна превышать

Al

По входу В, связанному с триггером Шмитта, срабатывание про­
не

напряжения

связано.

входных

и

Уверенный

перепадов

непосредственно

запуск

превышает

времязадающей

Максимальная

цепи

к

микросхеме

длительность

выходных импульсов

секунд)

к тому

повышенной деятельности

же заметной

h 21 э;;;:::
ра

RI

метры

может

10

(рис.

(секунды и

быть в

пределах

импульса также

зависят

от

с

десят­

большой емкости,

5."30
но

Маломощный

4.5).

статический

кOм~R2~0,7h21эRI,

транзистора

дельных

иметь

и обратный ток коллектора

100

значения

должен

по­

импульсов

утечкой, можно собрать RС-цепь по схе­

ме с дополнительным транзистором
п-р-n-транзистор

К155АГ!

будет составлять

для избавления от громоздких конденсаторов

обладающих

при

выходных

Rl=40 кОм и Cl=IOOO мкФ
( 4.1): Ти =0,7 · 40 · 10 3 · 1000 · 10- 6 =0,7 · 40= 28 с.

Для
ки

В/с

В.

1,2

учетом допустимых значений

согласно

обеспечен

1

lио

коэффициент

<

1

кОм.
не

тока

мкА. Сопротивление резисто­

Для

более

температуры

кремниевый

передачи

резистора

2

среды,

мОм.

R2

допустимые

Поскольку

длительность

пара­

выходного

имеет температурную зависимость. Разброс параметров от­

экземпляров

транзисторов

также

влияет

на

точность

выходного

импульса.

При

монтаже

ключения
ментами
ния

и

поэтому

влияния

можно

микросхемы

времязадающей

помех

ближе

к

следует

цепи

связаны

чувствительны

к

рекомендуется

этим

выводам,

учитывать,
с

внешним
размещать

а

что

выводы

внутренними

также

для

под­

аналоговыми

ЭJ1е­

воздействиям.

Для

времязадающую

подключать

уменьше­
цепь

воз­

развязывающий

конденсатор емкостью О, 1".1 мкФ непосредственно к выводам питания ш~кро­
схемы.

Микросхема

К155АГЗ, а также сходная с ней по устройству К555АГЗ,

содержит два одинаковых по

общим

питанием.

тура одного

Условное

параметрам одновибратора, связанных только

изображение

вибратора показаны

на

рис.

микросхемы

и

логическая

струк­

4.6.

61


.":.1 п п~ п

.".ч

а)

J

/~

IJ

о

.s:

{j

А

Л%

9

15

с

в

10

11

n Rfc

А

2

с

в

о

SR

lГ~

1

t

1
1

/}

7
5
5
12

Выхо8(}
Uп-

щ

16

Otfщ-8

t

tf)
Рис.

•t

1

IJ)

Микросхема К!ББАГЗ:

4.6.

а - логическая структура одного одновибратора; б - условное графическое обозначе­
ние; в - временнЬrе диаграммы работы (управления по входу В и входу SR)

В

отличие

К155АГЗ

и

пускают

от

одновибратора

К555АГЗ

могут

прерывание

К!ББАГI

работать

выходного

в

одновибраторы

режиме

повторного

(со входа А)

для запуска
ключений

или

(табл.

входного импульса.
прерывания

х

х

н

х

х

х

L

н

L

_1 -

н

-,_

н

_г

L

н

l_

х

х

L
L
L

н
н
н

-u-u-uп
- -

Примечание
Устой-

(со входа В), так и сре­

может быть использован

SR

согласно таблице

пере­

Выход

Вход

SR 1

А

1

В

Q 1

х

L

н

ние

х

х

L

L

н

Зщок

н

-Г

н

_п_

-u-

н

L

-,_

Преры·

L

х

х

состоя-

)

- п - -uL

Режим

Q

н

)

н

Т а б л и ц а 4.3. Таблица переклю­
чений микросхемы К561АГ1

х

чивое

_п_

_п_

L

до­

4.2).

1

х

Вход

выходного импульса

Т а б л и ц а 4.2. Таблица переклю­
чений
одновибратора
микросхем
Д155АГ3 и К555АГ3

L

и

импульса.

Запускать одновибратор можно как фронтом

зом

микросхемы
запуска

)
)

н

Устойчивое
сост ояние

Запуск
Преры-

ванне

ванне

(сброс)

(сброс)

1
Действие
дом

62

на

вход

прерывающего

SR

импульса

импульса

иллюстрирует

низкого уровня

рис.

формирование

4.6,

в.

С

импульса

прихо­
одно-


вибратором прекращается и на

Для

микросхемы

К155АГЗ

Q

выходе

емкость

устанавливается низ~ий уровень.

времязадающего

конденсатора

не лимитирована. Сопротивление времязадающего резистора

в пределах от

до

5

где

Cl -

Cl > 1000

пФ можно определить по формуле:

(1+0,7/Rl),

в пикофарадах;

Расчет

(4.2)

Rl -

в килоомах; 'tи

упрощается, если воспользоваться

Рекомендуемые

способы

подкл19чения

-

оксидный

Uoбp~l

4.8, а,

времязадающей цепи

конденсатор,

4.7.

одновиб­

Типовой является схе­

для

которого

обратное

допустимое

напряжение

формула длительности выходного им­

вид

ти =0,25RC1
торые

к

В.

имеет

При

4.8.

рис.

второй же вариант применяют, когда в цепи используют

Для схемы с диодом расчетная
пульса

в наносекундах.

номограммой на

раторам микросхемы К155АГЗ показаны на рис.
ма на рис.

Cl

может быть

кОм. Длительность импульсов выходного напряжения

50

(без повторного запуска). при
ти=О,28R1 Cl

Rl

( 1 +0,7/Rl).

использовании

( 4.3)

одновибратора

К555АГЗ

следует

учитывать

неко­

его отличия

от

К155АГЗ. Максимально допустимое значение сопро­

тивления резистора

Rl

для К555АГЗ больше: до

цепь включают только по схеме на

пульсов для

Cl;;;:;: 1000

рис.

4.8, а.

200

кОм. Времязадающую

Длительность выходных им­

пФ следует определять по формуле

'tи""0,45R1Cl.
Способ

(4.4)

увеличения

временной

транзистора, как показано на рис.

выдержки

4.5,

включением

дополнительного

пригоден и для одновибраторов груп­

пы АГЗ.

•Un

RI

CI!

Un=5 8
100 200 ЧОО С!, пФ

10 20 '10
Рис.

4.7.

ления

пуJIЬсов

Номограмма

длительности

для

опреде­

выходных

одновибратора

К!55ГЗ

им­

о)
Рис.
4.8.
RС-цепи к

(VD 1 -

Способы
подключения
одновибратору К!55АГЗ
кремниевый
импульсный

диод)

63


Одновибраторы

4.3.

Микросхема

К561АГ1

-

микросхемы

в

функциональном

КМО П
отношении

близка

к

Ю55АГ3 и К555АГ3. Она также содержит два одновибратора, каждый из

которых имеет три входа и два взаимно инверсных выхода
Их

запуск

возможен как фронтом

входного

Формирование выходного импульса

импульса, так

Для

правильной

следует

подавать

поясняет табл.

работы

резистор

сопротивлением

SR. Переключательные свой­

на

определенного

одновибратора микросхемы вывод
более

следует

R/C
кОм

1

срезом.

4.3.

одновибратора

напряжения

его

в любой момент может быть прервано

путем подачи сигнала низкого уровня на вход
ства микросхемы К56!АГ1

(рис. 4.9, а).
и

все

неиспользуемые

уровня.

входы

неиспользуемого

подключить через внешний

к плюсовому

По способу включения времязадающей

У

проводу питания.

RС-цепи эти одновибраторы не­

много отличаются от рассмотренных ранее. Одну из обкладок конденсатора

здесь

соединяют

тойчивости.

с

общим

тивление утечки должно
больше,

проводом,

Ограничений на

чем

выполнена

на

полевых
верхний

резистора

транзисторах,

предел

Практически одновибратор
длительностью

Рассчитать
приближенной

от

имеющих

1

К561АГ1

сотен

длительность
формуле

RС-цепи.

сопротивления

Минимальное значение сопротивления
пульсы

способствует

большей
нет,

быть очень большим, как минимум

сопротивление

противление,

что

емкость этого конденсатора

(при

Cl >0,01

Tи""0,5R1Cl

в

10".100

раз

Поскольку эта

микросхема

очень

входное

этого

большое

резистора

не

со­

ограничен.

кОм.
может генерировать выходные им­

наносекунд

импульсов

помехоус­

но его сопро­

до

нескольких

выходного

минут.

напряжения

можно

по

мкФ):

(4.5)

либо по номограмме на рис.

4.10.
!с

А

jj

ГL

о

Sf(

С!

Rf

о

R/C
с
А

(}

л.

10

8
SR

(}

g

R/C
с

t/n - fб
Orfщ.-B

а)
Рис.

4.9

о)

Микросхема К561АГ1:

а - условное графическое
обозна·
чение;
б - структурная схема
од­
новибратсра

lпкс

......._~~~~~~~~~~
!к

Рис.

4.10.

Номограмма для

одновибратора К561АГ!

64

определеш1я

!(/к

fООк

llf

Rt

длительности выходных импульсов


Рис.

Одновибратор

4.11.

запуском

в

режиме

пуска
(на
К561АГI)

с

повторным

однократного

примере

за­

микросхемы

(}

Bшoilt

а

Вь1коV2

Вхо!/

-----iA

Длительность

выходного

f

импульса

мало зависит от напряжения питания. Его

изменение в пределах от

няет

длительность

Объясняется
чения

не

это тем,

что

транзисторов

до

5

напряжения

питания.

тор

с

чтобы

выходной ток

Uu= 10

В и

Bыxo!lf

J1 (}

А

1i

Выхо#l

одновибра-

запуском,

нужно

микросхемы К561 АГ!

не должен

быть

мА при Uп=

3,4

1

КМОП

соединить один из его выходов со входом
Если выходы

_B_xи_ll_ _08

изменению

получить

однократным

5 %.

на

переклю­

микросхем

пропорционально

того

В изме-

чем

порог

смещается

Для

15

более

15

более

(рис.

4.11).

нагружены внешними устройствами,

0,5

мА

при

Uu=5

В;

1,3

мА при

мА.

Наличие нескольких управляющих входов у рассмотренных одновибра­
торов

дает

разработчику

использования. Как
ной

задержки

дополнительные

пример рис.

генерируемого

4.12

возможности

их

практического

иллюстрирует прием создания

импульса

относительно

фронта

времен­

входного

им­

пульса. От входного импульса запускаются последовательно два одновиб­
ратора.
время

пада

Первый
задержки

генерирует
выходного.

напряжения

импульс,
В

срабатывает

собственно выходной

импульс

длительность

момент

окончания

второй
(рис.

4.12,

которого

этого

одновибратор,
б).

определяет

импульса

который

Это устройство

от

пере­

генерирует

можно исполь-

°'':L
и

С!

Rt
~и"

BxoiJ

t

1

в.",g,~

8ыхо!J f

Jl

8ыxoiJ

2

u1t l l L 't

Bыxo!JI
(f12)

DDl.I

DD/2

и

а)
Рис.

Способ

4.12.

задержки

выходного

но фронта
К561АГI:

входного

Bыxoi/l

создания

временной

импульса

относитель­

на

(azJ

t

1

1

1

t

одновибраторе

а - схема включения; б - временнЬrе диаграм~ы

tf)
65


:ювать

также

импульсов.

в

качестве

Сходным

генератора

образом

двух

временную

независимых

задержку

последовательных

можно

получить

и

на

одновибраторах ТТ Л.
Если в рассмотренном устройстве один из выходов второго одновибра­
тора соединить с соответствующим входом первого, возникнет самовозбуж­

дение с периодом Тг=ти 1 +ти 2 . Подробнее этот вопрос рассмотрен в гл.

5.

4.4. Таймер КР1006ВИ1 в роли одновибратора
Хорошими
на

эксплуатационными

основе таймера

КР1006ВИ1.

свойствами

обладает

Погрешность формирования

одновибратор
временнь1х ин­

тервалов такого однов11братора Лтио;;;:;О,5%. Типовая схема, по которой ча­
ще всего собирают одновибратор, показана

на рис.

4.13.

Элементы

Rl, Cl
DAl

составляют времязадающую цепь. Конденсатор С2 страхует компаратор
таймера

(см. рис.

помех

пульсаций

ми

и

и

5

На

2.29)

от случайных срабатываний под влиянием внешних

напряжения

питания,

когда

напряжение

между

входе

(вывод

таймера

2)

в исходном

положении присутствует на­

пряжение высокого уровня, на выходе от Uвых=О. Транзистор
при

этом

открыт и

отрицательным

шунтирует

перепадом

конденсатор

напряжения.

Uвх~ 1/3Uпит, срабатывает компаратор
гера.

На

выходе

устройства

возникает

Как

DA2

только

входной

RI.

тает

Cl

высокий

уровень,
пока

не достигнет напряжения на выводе

компаратор

DA 1,

Транзистор VТl

который

возвратит

откроется, и конденсатор

запускают

сигнал

станет

и вызывает переключение триг­

Выходной импульс длится до тех пор,

денсаторе

таймера

VTl

Одновибратор

Cl.

закрывается, обеспечивая возможность заряда конденсатора

стор

вывода­

мало.

6

5.

триггер

С!

транзистор
С!

VТI

через рези­

напряжение на

кон­

В этот момент срабо­
в

исходное

состояние.

быстро разрядится.

Время

DAf KPllJIJ5Blll

8xo01f
С!

а)

Я2

f/Jк

ВхоР

U'Cl

YDI
к 61116. 1

/

т11uне,ои

llJQQ

о)
Рис.

-

4.13.

Одновибратор на микросхеме КР 1006ВИ 1:

а
принципиальная
ньrе диаграммы

66

схема:

6-

схема

входной

дифференцирующей

цепи;

в

-

времеи­


кz

fc

С!

г-:1. SВ!
а)

К ffы!J 2
matittepa

С!

Bxoil

ni

f.4. =fO 8
Ю1tкс.____.__.._____.__.._~_._..._~.........~__._.
lнФ
!ОнФ, О,fнкФ !1tкФ
!ОнкФ Cf
Рис.

Номограмма

4.14.

длительности

вибратора

для

выходных

на

микросхеме

о)

определения

импульсов

Рис.

обоих

Длительность

~:и=

на

микросхеме

КР1006ВИ1:

КР 1006ВИ 1

а

формирования выходного

Схема узла запуска

4.15.

одновибратора

одно­

ОТ

-

сокоrо

срабатыванием

VТI

RI

КНОПКИ;

ИМПУЛЬСОМ

6-

ВЫ·

уровня

импульса равно, таким образом,

интервалу между

компараторов.

выходного

импульса

Rl С! ln 3"" 1, IRI Cl.

( 4.6)

Как следует из этой формулы,

напряжение питания

не влияет на дли­

тельность формируемого импульса. Объясняется это тем, что при изменении
питающего

напряжения

пропорционально

меняется

и

порог

срабатывания

компаратора.

Номограмма
понентов

на

рис.

времязадающей

упрощает

4.14

выбор

оптимальных

значений

ком­

цепи.

Пусковой импульс должен быть короче выходного. Новый запускающий
импульс,

стояния

пришедший

во

одновибратора.

время

Если

формирования

вход таймера

выходного,

не

изменяет

со­

надо отделить по постоянному

току от выхода

предыдущего узла, можно воспользоваться дифференцирую­

щей цепью

С2 с диодом

R2,

Минимальная

VDI,

длительность

как показано на

выходного

действием элементов таймера и равна примерно
тельность

ограничена,

главным

образом,

рис.

импульса

10

4.13,

б.

обусловлена

быстро­

мкс. Максимальная дли­

сопротивлением

утечки

конденса­

тора С!. Для устойчивой работы надо, чтобы Ryт;;a,:50RI. Кроме того, даже
при

R1

высоком
не

качестве

должно

быть

конденсатора
слишком

венное

превышение зарядного

(менее

0,5

С!

сопротивление зарядного резистора

большим,

тока

чтобы

было

над входным током

мкА). Минимальное сопротивление резистора

обеспечено

самой

Rl

сущест­

микросхемы

ограничено до-

67


пустимым током открытого транзистора VТl (Imax = 100 мА). Рекомендуе­
мое сопротивле~ше резистора R 1 находится в пределах 1 кОм".10 МОм.
Вывод

4 _вход

«Прерывание»- служит

для

установки

состояния

Uвых=О независимо от напряжения на выводах 6 И 7. При Uвх;;:;.1 В этот
вход
не влияет
на
работу
таймера.
В одновибр.аторе
по схеме на

4.13,

рис.

совым
на

а

вход

прерывания

проводом

4

вывод

питания.

следует

Одновибратору

не

Для

подать
можно

используется

досрочного

импульс
придать

и

поэтому

соединен

с

плю­

прекращения выходного импульса

низкого

уровня.

дополнительные

возможности,

немного

усложнив схему. На рис

4.15, а показан способ запуска, нажатием на кноп­
ку. Узел с дополнительным транзистором VT 1 (рис. 4.15, 6) позволяет за­
пускать одновибратор

бой

импульсами

высокого уровня.

маломощный со статическим

Диод

VDI

значение

нужен тогда,

обратного

когда

Транзистор

VTI -

коэффициентом передачи тока

лю­

h 21 э;;;;;,5О.

входное напряжение превышает допустимое

напряжения

эмиттерного

перехода

транзистора.

Этот

одновибратор можно использовать и как управляемый генератор пилообраз­
ного напряжения, если

выходное напряжение снимать с вывода

7

таймера.

Напряжение прямого хода будет при этом представлять собой отрезок экс­
поненты на участке от О до 2/ЗUn.

Пилообразное

напряжение

с хорошей линейностью

получится, если за­

рядной резистор заменить генератором постоянного тока

(рис.

4. 16).

Пара­

метры цепи здесь можно определить из следующих соотношений:

Uc=Q/C,
где
на

Q - электричес1шй заряд на конденсаторе. Поделив обе части равенства
длительность

импульса,

получим:

Uс/tи=Q/(Сти),
здесь Uс/ти
ток

-

крутизна

конденсатора.

прямого хода

Поскольку

ток

(рис.

зарядки

4. 16, 6), а Q/ти = Ic - зарядный
то и крутизна S по-

постоянен,

стоянна:

S=lc/C.

(4.7)
tOn

Rt

в"qif ru

RJ

llAI
/i'FfOOoBlll

vп

R2

1Г
/Jxod

z
·-

t
.и

Bьrxoll

л.
5

Вьrхоа

ICI

t
о)
Рис.

4.16.

Схема

одновибратора

в

роли

генератора

линейного

напряжения


Для расчета

генератора

и током зарядки

следует задаться крутизной подъема

(расчет дан на с.

14,

рис.

кость конденсатора либо по емкости найти

1.12) и
ток [36].

импульса

затем определить ем­

4.5. Одновибраторы на основе триггеров
Для построения
геры

разных

нулевое

и

типов,

единичное

Схема

одновибраторов

имеющие

входы

можно использовать также триг­

для

принудительной

одновибратора

на

4.17. В исходном состоянии на выходе CI разряжен. Импульс высокого уровня

триггер, на

денсатора

выходе

происходит

появляется

При

Cl.

их

в

одном триггере микросхемы К56!ТР2 показа­

на на рис.

денсатор

установки

состояние.

высокий

достижении

обратное

и

VDI

уровень и

напряжения

переключение

ряжается через диод

низкое напряжение, кон­

на входе

на

триггера.

S

переключает

начинается зарядка

входе

примерно

R

Конденсатор

CI

кон­

0,5Uu

быстро

раз­

выходную цепь триггера, после чего одновиб­

ратор готов к новому запуску. С достаточной для практических целей точ­

ностью
Ти=О,7

длительность
При

RICl.

импульс должен

Нижний
пустимым

том

быть

предел

следования

короче

разрядный

ток

дим,

емкость

когда

малое

импульсов

выходных Тзап>2ти, то диод

быть

определена

данной

микросхемы

R 1 (20

кОм)

как

входной

конденсатора,

конденсатор

время

существенно

протекающий

конденсатора

CI;;::;. 0,1

нужен

Cl,

восстановления.

через

Если

превышает

не нужен. Резистор

VDI

обусловлен до·

триггера.

разряжается

требуется

запускающих

резистора

тока

который

когда

может

триггеров

выходного.

выходного

через

VDI,

случае,

импульсов

сопротивления

значением

Диод
в

выходных

использовании

а

длительность

ограничивающий

R2,

выход

мкФ,

лишь
период

триггера,

необхо­

напряжение

питания

Uп~IO В.
Триггеры

микросхем

К561ТР2, имеют

создавать

по два

одновибраторы

К561ТМ2
взаимно

с

и

K561TBI,

в

отличие

инверсных выхода,

выходными

от

что дает

импульсами

микросхемы
возможность

высокого

уровня. Дополнительное достоинство этих триггеров состоит

и

в том,

низкого
что их

можно запускать как по тактовому входу С с управлением по фронту, так
и по входам

S

и

Совместным
ких

действующими по уровню. На рис.

R,

меры выполнения

одновибраторов
включением

одновибраторов

(рис.

создавать

временной

импульса

относительно

екающего.

Действует

подобно

описанному

диаграммы
В

рассматриваемой

триггера

DD 1.1

выходного
с триггером
тельность.

для

их

обеспечивает

DD 1.2

запу­
микро­

4.12, б).
Rl, Cl

задержку

цепь

R2,

С2

определяет его дли­

быстрого

а

BыxoiJ

V!l!

Bxoil

временные

(см. рис.

а

та-

выходного

схеме цепь

импульса,
Для

и

показаны при­

устройство

выше

совпадают

4.18

этих микросхемах.

можно

фронта

такое

схем-одновибраторов,

двух

4.19)

сдвиг

на

восстановле-

2/lк~R!UOtt

l1DI

у"~ !(5/if Т!'.?

Рис. 4.17. Схема
одновибратора
на одном RS-триггере КМОП

69


ош

Jl B/JIXOIJ 1

UВшиЬ't

B/JIXOIJ J

Вшо/12

Cf
/101
а)

l!шuill

J BxolJ

Вьпrи!Jl

Cf

d)
Рис.

4.18.

а-в-на

Схемы

г)

одновибраторов

О-триггера

(1(5б!ТМ2,

на

триггерах

Ю761М2);

г-на

КМОП:

JJ(-тpнrrepe

(1(5б!ТВ1,

Ю76ТВ1)

+Un

DIJl.2

DD! 1

Рис. 4.19. Одновибратор
на О-триггерах
КМОП
с

задержкой

импульса

фронта

нии

исходного состояния

стору

R2

По

после

(а если надо и

характеру

одновибраторы

на

ройствам с однократным запуском:

триггер

входного

состояние

импульса

Преобразовать

сохраняет

такой

импульса

свое

одновибратор

-

в

разряжать конденсатор

высокого уровня.

параллельно

рези·

относятся

уст­

триггерах

после

переключения от

до

обратного

устройство

можно, добавив дополнительный транзистор
транзистора

импульса

входного

ставят диод.

R 1)

действия

формирования

выходного

относительно

С!

VТ!

во

с

(рис.

время

переключения.

повторным

4.20,

к

первого

а).

действия

запуском

Назначение

запускающего

Этот транзистор должен иметь статический

эффициент передачи тока h 21 э;;:;.
лое напряжение насыщения

IOO,

малый обратный ток коллектора

Uнас ~О.5

ко­

и ма­

В. Указанным требованием удовлет·

воряют многие типы маломощных кремниевых транзисторов. Сопротивление
резистора
тания

в

70

и

Rl

зависит

максимально

состоянии

высокого

от

коэффициента

допустимого

выходного

h 2 1э

выходного

уровня.

транзистора,
тока

напряжения

предшествующего

пи­
узла


Jl
BxoiJ

Bыxoil

t

Bь1xoiJ

l

"t

R2

RI

['!

DDt

t/r K.ffi!Т11l
а)

о)

Рис. 4.20.
Одновибратор
на
триггере
КМОП в режиме повторного запуска:
а

принципиальная

-

схема;

б

временные

-

диа­

граммы

BыxoiJt
Вь1х111J l

BxoiJ

Рис. 4.21.
Схема
О-триггере ТТ Л
Длительность

одновибратора

Приш.1;ип

выходного

R

работы

импульса

случае, в

увеличивается

(рис.

одновибраторов

Различие состоит только

в этом

ограниченных

образуется

пределах,

падение

так

на

триггерах

а для К.555ТМ2

4.6.

-

как

0,5

до

И-НЕ,

ходного импульса

достоинство

RI

входного

которое

может

на

в

сущности,

тот

поскольку

S

и

Учитывая специ­

4.21).

можно выбирать только
тока

микросхемы

изменить

Ю55ТМ2

-

от

на

состояние

0,5

до

1,5

нем

триг­

кОм,

на логических элементах

одновибраторов,

ИЛИ-НЕ,- простота.
по

ТТ Л,

(рис.

из-за

R1 для триггеров
5,1 кОм.

Одновибраторы

Главное
элементах

от

с,1учае

К.МОП, управление по входам

низкого уровня

напряжения,

гера. Допустимые значения

этом

в порядке соединения компонентов,

отличие от триггеров

осуществляется импульсами

в

К155Т/'/2

4.20, 6).

фику микросхем ТТЛ, сопротивлrние резистора
в

Y'z

DDI

время действия входного сигнала
же.

на

собранных

Стабильность

на

логических

длительности

вы­

напряжению питания и температуре окружающей сре­

ды у этих устройств невелика. К.роме того, длительность выходных импуль­

сов для разных экземпляров однотипных микросхем будет неодинаковой, по­
скольку

их

На рис.

параметры

4.22, а

могут

отличаться

от

среднего

значения.

показана распространенная схема одновибратора на эле­

ментах ИЛИ-НЕ структуры К.МОП. В исходном состоянии на обоих входах

элемента

DDl.I

действует напряжение низкого уровня, конденсатор

CI

раз-

71


и

JL

8xofJ

8x_oll

t

и

а)

Го11киА

Unop

Рис. 4.22. Одновибр1нор на логических элементах
ИЛИ-НЕ КМОП:

а - прянцнпнальная схема; 6 - временнЬ:е диаграммы
ряжен.

На

уровень.

С

(момент

t1

входах
на

ходе элемента
временно

мента

рис.

На

выходе

ние

высокого

и

BыxoiJ 1

импульса

напряжение

на

t

и

DDl.2- высокий

запускающего

4.2, б)

DDl.I

упадет

вы­

сменится на низкое. Одно-

напряжение

на

входах

t

и

эле­

так как конденсатор С! разряжен.

DDl.2,

состояние,

элемента

приходом

- ---

одновибратора
уровня.

ие

возникнет

Это

зависящее

поскольку ни нижнем

напряже­

8ыxofll

временно устойчивое
от

входного

(по схеме)

сигиа.11а,

входе элемен­

t

DDl.1- высокий уровень. Начиная с момен­
6)
та t1
конденсатор С!
будет заряжаться
по
цепи: Un - резистор RI - конденсатор С! - выход элемента 001.1.
Когда на обкладках конденсатора Cl напряжение станет равным по­
роговому уровню для элемента DDl.2,
произойдет новое переключение
та

(предполагается,

что

пусковой

импульс

к этому

времени

окончился),

ройство вернется в исходное состояние (момент tз), а конденсатор

ро разрядится по цепи: диод
элемента

VDl -

провод питания

-

Cl

выходной транзистор

Одновнбратор готов к новому запуску. Если пауза

DDl.l.

уст­
быст­

между

импульсами превышает их длительность, то можно обойтись без диода
Длительность

Uп

't'и=RICI lп
где

Unop -

выходного

Uп-UnaJ!

импульса

можно

определить по

VDl.

формуле

,

(4.8)

пороговое напряжение элемента

DD 1.2.

Так как пороговое напряжение наличных экземпляров микросхем обычно
неизвестно

(техническими

О,7Uп), для

Последняя формула при

't'и=RICI
Как

вой

условие
цепь.

72

ln

допускается

разброс

Uп

по

из

=

О,ЗUп

R!Cl ln 2""0,7RICI.

принципа

длительности

невозможно

от

до

значение О,5Uп.

этом упрощается

Uп-О,5Uп

следует

импульс

условиями

ориентировочных расчетов принимают среднее

действия

должен

выполнить,

на

описанного

быть

входе

короче

включают

(4.9)
одновибратора,

выходного.

пуско­

Если

это

дифференцирующую


lJ
{JxofJ

t

о

а)
Рис. 4.23. Одновибратор на логических
элементах И-НЕ КМОП:
а

принципиальная

-

схема;

oh

временн:Ь1е

6 -

диаграммы

Вариант
гических

на

рис.

нии

на

Здесь в

высокого

На

DDl.2.

пряжение,

разряжен.

на

на

и

у

Запускают

низкое

не

4.23)

за

на-

одновибратор
а

по

Как уже отмечалось, диод
рис.

-

элемента

конденсатор

уровня,

t

о

на­

пусковом

одновибратора,

ИЛИ-НЕ

низкого

_

состоя­

другом

DDl.1 -

как

'""''

ло­

DD 1.1

напряжения

е"

элементах

пульсом

уровня:

выходе

т.

исходном

а

на

представлен

элемента

узла,

выходного

схемы

И-НЕ

видах

предыдущего

счет

на

а.

4.23,

обо.их

пряжение
от

рассмотренной

элементах

гt
ш_

им-

работе

VDI

обязателен, поскольку

t

о)

С!
он

не

отличается

на схеме на рис.
микросхемы

от

предыдущего.

(а также и на

4.22

структуры

КМОП содер­

жат диоды на входах в составе защитных диодно-резистивных цепочек. Так
как

допустимый

ток

чеµез

неr.ел~ш - едчницы миллиампер, до­
R2 сопротивлением 1".4,7 кОм. Когда
резистор R2 не нужен.
(см. рис. 4.22 и 4.23) выход 2 предпочтителен,

!IТll

диоды

бавлен токоограничивающий резистор
диод

реальная деталь,

VD 1 -

У обоих одновибраторов

импульс здесь имеет более четкую форму.
В

рамках

экземпляров

формулой
этого
же

одного

может

к

( 4.8)

недостатка

постоянной

типа

микросхем

существенно

расхождению
можно

времени,

у

добавлением

первой.

Для

напряжение

что

в длитедьности

избавиться
как и

пороговое

различаться,

ведет

в

выходных
второй

от де.1ьных

импульсов.

RС-цепи

организации

(в общем кор­

Схема одновибратора с двумя RС-цепями изображена на рис.
при зарядке
другого от
импульса

рис.

с такой

Пороговые напряжения их очень близки.

ходной импульс формируется здесь последовательно, в два этапа

висит

с

От

таких одновиб­

раторов выбирают логические элементы на одном кристалле
пусе).

у

соответствии

от

одного конденсатора
напряжения

складывается

от

нуля до

Uпор

питания также до U пор.
из

двух

порогового напряжения

выдержек

элементов

-

и

затем

при

4.24.

Вы­

сначала

-

разрядке

Длительность выходного

зарядки

и

микросхемы,

разрядки

что

и

-

и

не

за­

иллюстрирует

4.25.

73


и

BxoiJ

t

и
Точна А

l...-f-=l-1r-il--' DDI 12 !ШJ!ЛЕ5
KNi'Z; C/=CZ
а)

Uлор

Рис. 4.24. Одновибратор на логических
элементах
ИЛИ-НЕ
с двумя RS-цe-

t

и

пями:

а

-

принципиальная

схема:

б

временные

-

диаграммы

На

первой

пуска,

стадии,

одновибратор

рассмотренный

на

сразу

действует

после
как

элементах

за­

ранее

ИЛИ-НЕ

(см. рис. 4.22). одновременно с началом
зарядки конденсатора Cl через резистор
Rl происходит зарядка конденсатора С2
(через диод VD 1)
от высокого уровня,
возникающего на выходе элемента DDl.2.
Когда

на

конденсаторе

С!

увеличится до Unop элемента
элемент

жения

переключится

на

(момент
стояние
скольку

его

выходе

и

TMN05

t

и

-~

Точка В

Упор

1

i

Вьиоil

1
1

напряжение

DDl.2,

уровень

сменится

на

этот

1

напря­

1

низкий

1

t 2 на временной диаграмме). Со­
элемента DD 1.1 сохранится, по­
на нижнем (по схеме)
входе -

t,

tz

t

t;,

1- "· "1·
r5)

высокий уровень за счет заряженного кон­

денсатора

·t

и

С2.

Uc

--- --

и.

0,7U.

1,
O,Jl!,,

...
'E'z

".

............

---

а)

1
1
1
1

'
'
'

..................

t/KC

t/KC

о)

Рис. 4.25. Временньrе соотношения при работе одновибратора на логических
элементах КМОП с двумя RС-цепями:
а

-

74

Uпор-0,ЗUп;

б

- Uпор-О,7Uп


После

ра

С2

Uпор

переключения

через

резистор

элемента DDl.2 начинается разрядка конденсато­
R2. Когда напряжение Uc 2 снизится до значения

элемента

DDl.l, он переключится, завершая цикл генерации выход­

ного импульса

(момент tз). Длительность выходного импульса при условии

равенства постоянных времени цепей

R 1С1

и

может быть найдена по

R2C2

формуле

т11=2RС
где

ln 2"" l,4RC,

(4.10)

R=RI =R2, а C=Cl =С2.
Схемы одновибраторов на логических

элементах ТТ Л,

в

сущности, те

же, что и на элементах КМОП. Различаются, как уже отмечалось в гл.

3,

они тем, что входное сопротивление микросхем ТТ Л сравнительно невелико,
что заставляет

RС-цепи.
вида

ное

с

ним

Расчетные

одновибраторов

сопро'I'ивление,

сопротивлением

считаться

формулы

при

сложнее,

образованное

на

выходного

поскольку приходится

последующего

Одновибраторы

выборе сопротивления

длительности

сопротивлением

узла

логических

времязадающей

импульса для

этого

учитывать эквивалент­

самой

цепи

и

входным

ТТ Л.
элементах ТТ Л

обладают

по

сравнению

с аналогичными устройствами кмоп лучшей нагрузочной способностью, но
уступают

жения

им

в

стабильности

питания

и

цепи в пересчете
поскольку

схема

параметров

RС-цепи

Его

одновибратора

мА

,,,,Q,6

Iвх""О,25

для
мА

ря чему в
элемента

элементов
для

серии

ИСХОДНОМ

DDl.l

>Uиop'°"l,3

В.

напря­

серии

г

Iвх""

К155,

К555,

{j

Bxofl

них гораздо больше,

большим.

и

благода-

,,,___ _ _ _ _ ___,_

t

состоянии ВХОДНОЙ ток

образует

выше

напряжения

где

выбирать

на

особенность - большое

Rl>Uп 0 p/lвx,

сопротивление

изменении

h

выдержки для

нельзя

двух элементах И-НЕ ТТ Л показана на

рис. 4.26, а.

при

среды. Емкость конденсатора хронирующей

на единицу времени

сопротивление

Типичная

временных

температуры

на

нем

падение

На

верхнем

и

j,

UR1>

порогового
по

схеме

1

ToVl!fl А

ifl'J

Vot

'...!......

+ {!,,

VDf

r:t

t
и

1J

BNxofJ 1

Bxo!J
д

"'t

Выхо!J l

lllJI
а)

1(15.JЛАЗ

-

Ba1xo!J 1

{j

К535!1АЗ
Bыxofl 2

Рис.
ских

Одновибратор на
элементах И-НЕ ТТЛ:

4.26.

логиче­

а - принципиальная схема; 6 - временнЬiе
диаграммы
(Для
микросхем
серии
К\55
сопротивление резистора Rl-7,5 кОм, для
серии К555 RI =20 кОм.)

t
75


входе элемента

ODl.l

также поддерживается напряжение высокого уровня,

поэтому на выходе этого элемента

- напряжение низкого уровня, а на вы­
ходе элемента DDl.2- высокого (рис. 4.26, 6).
. После запуска импульсом низкого уровня напряжение на выходе эле­
мента DDl.2 падает.
Этот перепад через конденсатор
Cl передается на
нижний вход элемента DDl.l, уменьшая напряжение на нем. С этого мо­
мента

прекращение

дальнейшей
ра

по

Cl

элемента

ке

А

действия

работе
цепи

резистор

Ua -

Rб

выход элемента

DDl.l -

повышается.

произойдет

запускающего

одновибратора.

Когда

при

обоих

не

сказывается

перезарядка

многоэмиттерного

DDl.2,

оно достигнет

переключение

~импульса

Происходит

входного

которой

транзистора

напряжение

порогового значения

элементов,

после

чего

на

конденсато­
в

точ­

(момент

наступает

t2),

стадия

восстановления

исходного состояния за счет разрядки конденсатора Cl.
VD 1 ограничивает при переключениях напряжение в точке А на уров­

Диод
не

источника

питания.

Длительность генерируемого импульса
'tи= RэивСl lп [1
а

время

+ (U 1 в ых-U 0 в ых) / (Uэн 8 -Uаор)],

( 4.11)

восстановления

(4.12)
где

Rэнв

чением

эквивалентное сопротивление,

RI

и Rб

(для серии

образованное

Rб=4 кОм, для

1(155

параллельным

вклю­

Rб=20 кОм):

1(555

+ Rб).
+ (Uп-0,7) R 1/ (RI + Rб).

Rэнв =RIRб/(RI
Uэнв

U 1 вых=3,6

В-выходное
В

=0,2 .. 0,4

-

сопротивление

( 4.13)
(4.14)

напряжение

ТТЛ

выходное напряжение ТТ Л

Rl = 7,5

кОм, для серии

высокого

U 0 вых=

уровня;

низкого уровня. Для серии

1(155

кОм. Этот одно вибра­

1(555 R 1=20

тор относится к категории расширяющих, т. е. запускающий импульс должен

быть короче выходного, иначе одновибратор не вернется в исходное состоя­
ние

после

цикла

подключения

зарядки

конденсатора

CI.

входной дифференцирующей

На

цепи,

рис.

4.27

показан

обеспечивающей

способ

запуск

от­

рицательным перепадом входного напряжения или от импульса большой про­
должительности.
меньшей

Постоянную

длительности

времени

выходного

Одновибратор, схема
от предыдущего тем,

этой цепи выбирают в несколько раз

импульса.

которого представлена

что

сопротивление

( 400".500

Ом для элементов серии К\55 и

элемента

DD 1.2

обоих
и

в

входах

в

исходном

элемента

предшествующей

состоянии

DDl.I -

схеме,

рис.

1,5".2

4.28,

кОм для

уровень,

а,

уровня.

конденсатор

Одновибратор

мало

и на входе

1(555)

низкого

и

отличается

сравнительно

RI

напряжение

-

высокий

разряжен.

на

резистора

запускают

CI,

На
как

входными

сигналами низкого уровня. Временнь1е процессы, протекающие в характерных

точках устройства, изображены на рис.
элемента

DDl.2

от

провода)

выбросами

повреждения
напряжения,

женного конденсатора

CI.

на

ТТ Л

76

входах

микросхем

4.28,

б. Диод

отрицательными
возникающими

VD 1

защищает входы

(относительно
при

общего

переключении

заря­

В реальной конструкции он не нужен, поскольку
имеются

так

называемые

антизвонные

диоды.


+lfn

CI \ К 8ь1х,11?1j
DO/.I
OIJI 2

Rl
Cl

ВхиiJ

и

/!IJI

к 8хиu11

&

1

....

BxoiJ

Dll!.2
и

Rt

Гм!iа А

Рис. 4.27. Схема
дифференцирующей
по рис. 4.26

цепи

к

Unop

входной

подключения

одновибратору
и

BыxuiJ 1

t

-

t
{!
BыxuiJ 2

а)

о)

Рис. 4.28. Вариант одновибратора на двух логических элементах И-НЕ ТТЛ:
- принципиальная схема; б - временнЬ1е диаграммы

а

Длительность

генерируемого

импульса

Ти""RэнвС \n(U 1 вых/Uпор),

(4.15)

где Rэнв, как и в предыдущем случае, рассчитывают по формуле

Малое
их

входное сопротивление

использовании

максимальное
ный

в

импульсных

сопротивление

эмиттерный

устройствах,

резистора

(h21э;;;:: 100).

с

большим

Благодаря

на

так

хронирующей

входе

как

оно

ограничивает

RС-цепи.

Транзистор·

DD 1.2 позволяет сущест·
венно повышать входное сопротивление узла (рис. 4.29). Транзистор VТ! -

маломощный,

повторитель

(4.13).
- общий недостаток элементов ТТ Л при

элемента

статическим

большому

повторителя, сопротивление резистора

коэффициентом

входному

R1

передачи

сопротивлению

тока

эмиттерного

можно увеличить до десятков ки·

лоом.

Рис. 4.29. Схема одновибратора на
Jюгичесних
элементах И-НЕ ТТЛ
с

дополнительным

транзистором

B111xoil

77


В исходном состоянии транзистор VTI открыт и действует этот одно­
вибратор подобно r1редыдущему. Защитный диод здесь не требуется:
его

роль исполняет коллекторный переход транзистора. Сопрот1Ивление резисто­

ра- RI

можно выбирать в пределах 1".50 кОм.

отразиться

на температурной

Большее значение может

стабильности.

Продолжительность выходного импульса можно определить по формуле
U 1 в.ых

ти=R!Сl ln И
где

- падение
(""' 0,7 В).

ЛUвэ

зистора
В

описанных

равным

эмиттерном

переходе

одновибраторах на

логических

элементах

можно

состоянии

уровня, а запуск

напряжения

(4.16)

на

успехом

исходном

""1,9RICI,

порЛUвэ

на

использовать
входе

элементы

следует

ИЛИ

поддерживать

-

открытого

И- НЕ

НЕ.

При

напряжение

тран­

ТТЛ

с

этом

в

низкого

производить импульсом высокого уровня. Уровень напря­

жения на входе и выходе элементов

будет инверсным

по сравнению с опи­

санным.

Схема одновибратора на логических элементах ТТЛ с повышенной ста·
бильностью длительности выходного импульса представлена на рис.
В исходном состоянии триггера, образованного элементами
диод

VDI

закрыт. На выходе элемента

DDl.3

DD 1.1

4.30 [2].
DD 1.2,

и

напряжение высокого уровня,

до которого заряжен конденсатор С!. После запуска и переключения триr-

Rt 820

""; LL.~1.~

Тоvк:А1
l!nop

Bыxoll

~
-7\

t

uh
Тоvкаб LL _r~
"

t

DDI

l(f.f.fЛAJ

Рис. 4.30. Схема одновибратора повышен­
ной стабильности на логических элемен­
тах И-НЕ ТТЛ

{jll=Lt

Tovкt1 В

Bьrxofll.I

VDI

Bxoil

t

[!
B/JIXOil

L--t==!----- - - -

"·

а)
Рис. 4.31. Одновибратор на логических элементах И-НЕ,
выходной импульс короче входного:

а

-

·7-8

принципиальная

схема;

б

t

о)

-

временнъ'iе

диаграммы

обеспечивающий


repa конденсатор Cl разряжается через резистор Rl и выход элемента
DDl.3 до уровня Uпор элемента DDl 1. После этого триггер воsвращается
в исходное состояние. Длительность выходного импульса

R2+R3

ти==RlCl

J:n

Элемент

DDl.3 работает в линейном (усилительном) режиме и служит
RlCl. Авторы указывают,

•

R2

(4.17)

стабилизатором напряжения по отношению к цепи
что нестабильность длительности

выходного импульса

меньше

у простых

примерно в

злементах

ТТЛ.

раз, чем

10

Длительность

бором конденсатора

Cl.

выходного

этого одновибратора

одновибраторов на логических

импульса

Сопротивление резистора

можно

Rl,

изменять

под­

учитывая специфику

микросхем ТТЛ, при использовании элементов 1055ЛА3 менять не следует.
В тех случаях, когда требуется, чтобы длительность выходного импуль­
са

была

тах И
(рис.

меньше

входного,

4.7.

одновибратор

Одновибраторы

на

и

напряжения

компараторах

Схема такого
цепь

применим

на

логических элемен­

- НЕ по схеме, изображенной на рис. 4.31, а. Временные диаграммы
4.31, б) поясняют принцип его действия.

показана на

рис.

усилителях

4.32.

Времязадающая

питается выходным напряжением усилителя. В исходном состоя­

R2Cl

нии конденсатор

диодом

одновибратора

операционных

VD 1

Cl

разряжен, напряжение на

(доли вольта). Делитель

R4-R5,

нем определяется открытым

к которому подключен неин­

вертирующий вход ОУ, создает положительную обратную связь.
Напряжение делителя

больше

напряжения

разряженного

конденсатора.

В исходном состоянии выходное напряжение отрицательно, а полярность ге­
нерируемых

импульсов

положительна.

Otfщ .

..сВыхо!/

YDJ
YDI/

Оыхоо
о

Рио.

4.32.

Одновибратор

компараторе

а

-

на

ОУ

б

временные

1---+--t--------t

или

напряжения:

принципиальная

схема;

-

диаграммы

79


Конденсатор С2, рез11стор

и диод·

Rl

образуют цепь· запуска. Пу­
благодаря по­

VD2

сковой импульс положительной полярности будет усилен, и,
ложительной обратной

связи,

выходное напряжение скачком увеJшчится

уровня U+вых. ПосJ1е этого в результате смены полярности выходного
пряжения диод

VDl закроется и начнется
VD2 отключит цепь запуска.

этого, диод

зарядка конденсатора

до

на­

!(роме

Cl.

Когда по мере зарядки конденсатора

Uc

превысит напряжение на

Cl через резистор R2 напряжение
R4, R5, произойдет новое переклю­
уменьшится и конденсатор Cl разря­

деJштеле

чение, выходное напряжение скачком
дится

через

вибратор

открывшийся

готов

к

Длительность

-R 2Cll

'tигде

Uпр
В

П

выходного

ПосJ1е

VD 1.

разрядки

конденсатора

одно­

запуску.

импульса

l+(Uпр/Uвых)
l-~

падение

-

диод

очередному

напряжения

опредеJшется

выражением

(4.18)

,
на

открытом

диоде,

~=

R5/ (R4+R5).

связи с тем, что

Uвых~ Uпр, расчет можно выполнять по формуJ1е:

1
ln - - .

(4.19)

'tи=R2Cl

Когда

1-~

то

R4=R5,

'tи""0,7R2Cl;

при

R5=5R5
R4

'tи ""О, 1R2C1. Сопротивление резисторов

R4= 1OR5

'tи""0,2R2Cl,
и

R5

а для

выбирают обыч­

но в пределах от единиц киJюом до О, 1".0,2 МОм.
Стабилитроны

жения.

Этим

выходных

VD3

и

VD4

ограничивают

амплитуду

выходного

достигается высокая стабильность дJ1ительности

импульсов

при

их форма. Резистор RЗ

коJ1ебании

питающего

(десятки ИJIИ сотни ом)

напряжения

и
и

напря­

амплитуды
улучшается

ограничивает выходной ток

на безопасном ДJIЯ стабилитронов и ОУ уровне. В большинстве случаев оба

стабилитрона выбирают одного типа с цеJ1ью поJiучения симметричного вы­
ходного

нять

напряжения

специальные,

которых

находятся

относительно

так

общего

называемые

два

провода.

двуханодные,

одинаковых

Можно

также

стабилитроны,

стабиJiитрона,

включенных

в

приме­

корпусе

навстречу

(тип КС162, КС168, К.С170, К.С210, КС213 и другие). Если усложнение схе­
мы нежелательно, стабилитроны и резистор RЗ не ставят.
Для

получения

выходных

импульсов

изменить полярность вкJ1ючения диодов

отрицатеJ1ьной
и

VDl

VD2.

В

полярности следует
этом случае

в

ис­

ходном устойчивом состоянии выходное напряжение имеет высокий уровень.

Запускают такой одновибратор отрицательным импульсом.

5.

АВТОГЕНЕРАТОРЫ

ПРЯМОУГОЛЬНЫХ

ИМПУЛЬСОВ

5.1.

Основные понятия

Автогенераторы прямоугольных импульсов, или, как их еще назы­
вают,

автоколебательные

KJ1acc

импульсных генераторов. Мультивибраторы, в отличие от одновибра-

80

мультивибраторы

-

наиболее

распространенный


торов,

х-арактеризуются

стояниями.

Одному

пряжения,

другому

(скачком)

в

схемах,

как

логовых,

них

чередующимнся

соответствует

низкий.

-

течение

автогенераторы

двумя

из

очень

Смена

так

компараторах, таймерах,

повторяют

устройства

решения,

времени.

импульсов

специализированных,

отношении эти

состояний

короткого

прямоуголы1ых

и

в

-

других.

большим

транзисторной

аппаратуре

основном

универсальных

на

микро­

цифровых

В

и

ана­

схемотехническом

разнообразием.
технике,

на­

реrенеративнQ

современной
в

со­

выходного

происходит
В

и

устойчивыми

уровень

реализуют

триггерах

отличаются

известные

временно

высокий

Некоторые

другие

построены

с учетом специфических свойств микросхем.
Мультивибраторы на микросхемах по сравнению с транзисторными про­
ще

по

конструкции,

нерации

при

ко управлять
рывать

ты:

имеют

частотой колебаний

лучшую

питания

и

и

стабильность

температуры,

скважностью

частоты

позволяют

импульсов,

а

ге­
лег­

также

пре­

генерацию.

генерирования

RС-цепь

(одна или две), LС-контур или кварцевый резонатор. Возмож­

перестройки

и

раторы,

у

от

В

хронирующие

определяется

с R.С-цепями

резисторы.

зависит

задают

частоты

мультивибраторах

ременные
на

правило,

напряжения

Частоту
ность

В

как

изменении

конкретным

подбирают

частоту

резонатора.

генерации

управляемые кодом

генератора.

колебаний

неизмен­

Распространены также гене­

задают

входным

так называемые генераторы, управляемые напряжением
нераторы,

видом

элемен­

конденсатор либо вводят пе­

кварцевых генераторах частота

рабочей частоты

которых

(времязадающие)

напряжением.

Это

(ГУН}, а также ге­

( ГУК).

Важнейший показатель, по которому оценивают работу генераторов им­
пульсов,- это
действием

стабильность

меняющихся

частоты

внешних

ратуры

среды.

Относительную

ризуют

уходом

частоты

от

колебаний

факторов

нестабильность

начального

во

времени,

напряжения

-

частоты

а

также

питания

и

генерации

под

темпе­

характе­

значения

(5.1)
где

Лfг.отв -

процентах);

относительная

нестабильность

(в

частота

контрольном

замере,

f1 -

при

безразмерных

f0 -

числах

начальное

НJШ

значение

частоты.

Простые

мультивибраторы

мер по повышению качества

без

принятия

цевых генераторов этот параметр около
нераторов

В

боты
легко

в

У

этими

микросхемы

усилители,

генераторов,

собранных

существенно

по

В

распространенных

медленных

предназначенные

того,

для

для

ра­

генерации импульсов

специализированные

цифровые

и

одновибраторы,

ана­
триг­

разным

схемам,

скважность

Некоторые

выходных

устройства

допуска­

регулирования.

периодических

зарядки

Кроме

различаться.

ее

наиболее

У квар­

10- 2•

компараторы.

возможность

формирование

конструктивных,

Нестабильность остальных ге­

логические элементы, таймеры,

операционные

может

или

значениями.

универсальные и

-

10- 6 •

серий есть микросхемы,

мультивибраторов.

приспособить

сигналов
ют

между

некоторых

качестве

логовые
геры,

находится

составе

схемных,

имеют нестабильность примерно

или

генераторах

импульсов

разрядки

с

протекает

конденсатора

хронирующей
в

RС-цепью

процессе сравнительно

через

резистор.

В

момент,

81


когдiа

напряжение на

конденсаторе достигнет определенного значения, про­

исходит быстро открывание или закрывание активных элементов, после чего

процесс идет в обратном направлении. Устройства такого рода принято на­

~ывать релаксационными

5.2.

(от англ. relaxation -

Примером

автогенератора,

симметричного мультивибратора
служить микросхема

Kl 19ГГ!

торными резисторами

ствуют повышению

VD3

(рис.

реализованного

Для случая

каждый

схеме

связями,

с цепями смешения

Отключающие диоды

5.1).

среза

выходных

генерации

может

VD 1

импульсов.

и

и

с коллек­

способ­

VD4

Диоды

VD2

Cl=C2=C

определить по

выбором

внешних

конденсаторов

С1 и

С2.

ориентировочное значение периода колебаний мож­

формуле Т""7С

кретному экземпляру

и

улуч­

мультивибратора.

задают

(С

-

в

микрофарадах,

кундах). Точно конденсаторы подбирают в

1

классической

обеспечивают нелинейную отрицательную обратную связь, что

Частоту

ты

по

изделия

(старое название К!ГФ92). Он содержит два

крутизны

шает частотные свойства

но

самостоятельные

с коллекторно-базовыми

биполярных транзисторных ключа,

и

-

Мультивибраторы

расслабление, передышка).

микросхемы.

а

Т- в

миллисе­

процессе регулирования

Рекомендуемый

интервал

по кон­

рабочей

часто·

кГц ... 0,5 МГц. Напряжение питания по техническим условиям должно

быть в

пределах

сигналом

(3±0,3)

микросхем

ТТЛ

В.

Это обеспечивает

(до двух

также микросхем структуры КМОП
пряжением
эмиттерных

турных

5

В.

Более

переходов

условиях

высокое

входов

надежный запуск выходным

универсальной

(серии К561,

напряжение

транзисторов

(-40° ... +8О 0 С).
5 В обычно

источника напряжения

при

чревато

работе

Питание

564)

этой

в

при

серии

опасностью

микросхемы

темпера·

при

наличии

осуществляют по схеме на рис.

Kl 19ГГ!

ветственных случаях

(макеты, любительская аппаратура и т. п.)

тать и

5

С!

а

пробоя

экстремальных

Как показывает опыт, мультивибратор на микросхеме
напряжением

К155),

их питании на­

5.1,

б.

в неот­

можно пи­

В.

12
К!
Jк

l'Z

RIO
Jк

fJ

2
Dыxofl 1

9
11

.,,"!

'{!!{ ."
']

Bыxoil2

tJ)
Otfщ.

а)
Рис.

5.1.

Микросхема КР119ГГ!:

а - ПJ?ИНципиальная схема и внешние соединения в режиме мультивибратора:
-соб питания от источника б В

82

б

- спо­


r;
7

С!

r:
Uynpf

(}

Uynpt
fO

r:

Un • 15, 16
Оощ.-8.9

а)
~Гц

-!'-..

rf)

!

1

.f/,fo

{fп=5 8

\.

U9npi=28

~

Uyпp2=Z/J

"1\.

f,f

-

1,0
lfgnp1=2B
0,9
0,8

'

"....."

'\.

0,7

'\

,

'
!О~

'19

0,5

f0° С, пФ

11,58

tJ

Рис.

Микросхема

5.2.

емкости

конденсатора;

-

г

от

(рис.

5.2, а).

схема

6в

-

напряжения

В корпусе микросхемы К531ГГ!
тивибратора

~ ~npz,B

.J
в)

К531ГГ1:

а - условное
графическое
обозначение;
скобках относятся ко второму элементу);
от

z

'

Ь)

графики
на

включения
(иомера
выводов
в
зависимости выходной частоты

управляющих

входах

размещены два самостоятельных муль­

Эта микросхема обладает рядом особенностей, ко­

торые делают ее весьма удобной для практического использования. Во-пер­
вых, для

работы в

ная деталь
с

качестве

конденсатор.

-

помощью

напряжения,

мультивибратора требуется только одна

Во-вторых, частотой генерации
в-третьих,

допускает

навес­

можно управлять

подключение

кварцевого

ре­

зонатора, т. е. может быть употреблена как кварцевый генератор.
Каждый

генератор

конденсатора

(4

и

3-

содержит

два

для одного и

12

вывода
и

мых входа для управляющих напряжений
(выводы

(7

или

2
10).

и

Генератором
по каждому
установки

вход

1),

управляют

путем

для

Uупр 1

(выводы

(прерывания)
подачи

рабочей

частоты

U упр2

дах можно изменять от

частоту

генерации

на

5.2,

при

генератора.

подключения

- 6

и

3
11

положительного

Плавно

внешнего

для другого), два независи­

из входов самостоятельно. Вход Uупр 1

частоту по входу

рис.

блокировки

13 -

и Uунр 2

и

14)

и

один

выход

напряжения

-

используют для грубой

устанавливают

желаемую

(рис.

5.2, 6). Управляющее напряжение на этих вхо­
1 В до 5 В. Зная емкость внешнего конденсатора С,
U упРJ = U упр 2 =2 В можно определить по графику

в.

83


Вл·ияние управляющего напряжения Uynp2 на частоту генерации при не­

изменном напряжении на входе Uynp1 отражено на рис. 5.2, г. 1( примеру,
режиму UynPI =3 В и Uупр2=2,6 В соответствует какая-то частота колеба­
ний fo. Если изменить управляющее напряжение до Uупр2= 1,6 В, то часто­

'та

станет f=0,9f 0 • Для Uynp2=3,6 В f= l,lfo.
Сигнал

на

напряжении

блокирующем

входе

определяет

низкого уровня генератор

состояние

работает,

с

-

микросхемы

появлением

при

напряжения

высокого уровня генерация прекращается, на выходе действует напряжение
высокого

уровня.

Верхний предел генерируемой частоты для микросхемы
нее

60

МГц, нижний

Для

аитания

5

напряжение
(общих)

а

питание

15

узлов

цепям,

от

разных

всего

выводы

резонатор

источников

подключают

семейства

16

и

принадлежат логическим

9

частоту генерации.

может

ТТЛ

минусовых

иногда

оказаться

Раздель­
полезным

помех, например, особенно высокочастотных). Но

15 и
1(531 ГГl

ками. Если микросхему

Выводы

для

предусмотрено два

определяющим

и

16

стандартное

микросхемы

плюсовых.

8-

(в условиях повышенных
чаще

требуется

Конструкцией

и

1(531 ГГl не ме­

Гц.

микросхемы

В.

вывода и два

элементам,
ное

- 0,5

вместо

соответственно

9

и

8

соединяют

перемыч­

используют в роли кварцевого генератора,

внешнего

конденсатора.

Особенности

приме­

нения микросхемы в этом режиме описаны далее в разделе «Кварцевые ге­
нераторы».

5.3.

Мультивибраторы на логических элементах КМОП

Мультивибраторы на логических элементах НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ,
Исключающее ИЛИ находят широкое применение благодаря простоте и хо­
рошим

эксплуатационным

На рис.

5.3, а

инверторах.

Он,

применение

(см.

Наличие

а

или

также

различные

его

модификации

находят

широкое

далее).

одной

мультивибратора
сатора

характеристикам.

показана принципиальная схема мультивибратора на двух

и

хронирующей
облегчает

измеиеиием

цепи

существенно

перестройку частоты

сопротивления

-

упрощает

конструкцию

переключением

конден­

резистора.

.Dыхо~

-ц.,

-о

В111хо8

001 К56!ЛА7
К56/ЛЕ5

а)

Рис. 5.3. Мультивибратор на двух
инверторах КМОП:
а

-

nринципиальная

менные

84

диаграммы

схема:

б

-

вре­


После включения питания уровень напряжения на выходе и в точке А
одинаков

(поскольку конденсатор С 1 разряжен)

напряжения

в точке

Б.

Если,

например,

в

и

действует высокое напряжение, то через резистор
щий

конденсатор

рядки
это

С!.

конденсатора

произойдет,

Напряжение

будет

элемент

напряжения
женное

к

будет

после

порогового

которого

Как
скачки

на

из

значения,

на

по

DDl.1

к

мере за­

пороговому.

напряжение

элемента

полярность,

произойдет
процессы

описания,

напряжения

инвертора

приближаясь

в

точке

Когда
Б

Напряжение,

DDl.l.
и

начнется

упа­

прило­

перезарядка

напряжение в точке А будет убывать. Когда

рассмотренные

следует

вход

изменит

денсатора, в связи с чем
достигнет

Б

потечет ток, заряжаю­

RI

на выходе напряжение скачком возрастет. Ска•1ок

передан

конденсатору,

входе

переключится,

DDl.1

дет до низкого уровня, а

на

возрастать,

противоположен уров11ю

исходный момент в точке

входе

новое

оно

элементов,

повторятся.

переключениям
инвертора

переключение

кон­

соответствуют

следующне

DDl.l.:

положительный

U 1 в ых+ Uпор"" Uп+О,5Uп"" 1,5Uп;
отрицательный

U 0 вых-Uпор""О
Напомним,
U 1 вых""' Uп,

что

B-0,5Un""-0,5Un.
U 1 в ых - выходное

поскольку

падение

КМОП не превышает О, 1 В;
U 0 вых'°"О

В, Uпор

u0 • ых -

на

высокого

выходных

уровня;

транзисторах

выходное напряжение низкого уровня,

входное напряжение,

-

напряжение

напряжения

при котором

происходит

переклю­

чение элемента. Для микросхем КМОП Uпор""О,5Uп.
В действительности, эти перепады меньше из-за наличия охранной цепи
на

входе элемента

напряжением

(рис.

питания

2.22).

или

Когда

становится

входное
равным

напряжение
нулю,

уравнивается

соответствующий

с

ох­

ранный диод открывается, ограничивая дальнейший рост напряжения. С уче­
том постоянного прямого падения напряжения на диоде

Unv=0,7

чески

-Uпр до Un+Uпv

напряжение

(см. рис.

в точке

А меняется

в

пределах

от

В факти­

5.3, 6).

Длительность

периодов

времени

между

переключениями:

(5.2)
(5.3)
(5.4)
В

числа

последних

формулах

знак

минус

указывает,

что

логарифмируемые

в них всегда меньше единицы и, следовательно, сами логарифмы от­

рицательны.

Когда

неизвестно,

пороговое

напряжение

достаточно

допустить,

для

конкретного

что

Uпop""0,5Un,

экземпляра

а

падение

микросхемы

напряжения

на входных диодах отсутствует, и расчет периода колебаний вести по упро­
щенной

Т""

формуле:

1,4RC.

(5.5)

85


Выбор конкретных
значений компонентов
RС-цепи ограничен: R 1=
=20 кОм ... 5 МОм; Cl= 100 пФ ...0,5 мкФ. Верхний предел емкости и ниж­
ний - сопротивления
обусловлены
максимально
допустимыми
значениями
выходного тока

микросхем.

Управлять частотой

генерации

можно,

сделав

р~зистор RI переменным. Использования конденсатора малой емкости сле­
дует

избегать

по

причинам,

изложенным

Изменение напряжения питания на
мерно

на

Этот

±0,8%.

уход объясняется

диодов на входе элемента

Un+ Uпр

члена

указывает

напряжение

в

основном

влиянием

охранных

DDl.I. Наличие в уравнениях (5.2), (5.3) и (5.4)
на

то,

что

числитель и знаменатель уравнения
говое

далее.

± 1О% вызывает уход частоты при­

изменяется

при

изменении

напряжения

питания

меняются по-разному, хотя поро­

(5.4)

пропорционально

напряжению

питания.

Если считать, что Uпор=0,5Uп, то выбросы напряжения в точке А на
рис.

б симметричны

5.3,

выходного
и

не

напряжения

зависит

ческим

от

= (О,3 ... О,7)Uп.
ния ОТ
На

напряжения

условиям

возможен

относительно
коэффициент

уровня

питания. Для

допускается

разброс

и,

следовательно,
(скважность

v=0,5

реальных

порогового

микросхем

по

напряжения

для

Q=2)
техни­

Uпор=

Из этого следует, что для отдельных экземпляров микросхем

разброс

частоты

генерации

10,5 %

до

и

коэффициента

заполне­

ДО

0,3

0,7.
5.4 показана

рис.

схема

усовершенствованного мультивибратора

инверторах структуры КМОП. Резистор
денсатора

Cl

пряжение

в

R2

R2

точке

на

ограничивает ток разрядки кон­

через «охранные» диоды на входе элемента

ление резистора

Сопротив­

DDl.I.

довольно велико и поэтому в моменты переключения на­

А

будет

достигать

предельных

Uпор-Uп. Другими словами, теперь перепады
исходят в пределах от
всегда

Uпор,

заполнения

симметричны,

+

Uп до

-Un

независимо

значений

относительно уровня

от значений

Uп+Unop

и

напряжения в точке А про­

Unop,

а значит,

порогового напряжения

и

пи­

тания.

Если сопротивление резистора
дут

укорочены,

ной

паразитных

зитной

слишком

колебаний

емкости

дополнительное

большое

Свх 1 ,

или

R2

мало, пики напряжения в точке А бу­

сопротивление

выбросов

создающей

достоинство этого

на

может

фронтах

частотозависимую
мультивибратора

послужить

из-за

причи­

влияния

обратную

пара­

связь.

следует отметить

Как
более

-·Un• lJ,,op
- Un•Unp

R2

-un
Bиxtt!J

'/J !(55!Лf!2
Рис. 5.4. Мультивибратор на двух инвер­
торах КМОП с ограничительным резисто­
ром

на

Рис.

входе

5.5.

Эпюра

риода

колебаний

ме на

рис.

86

5.4

напряжения

одного

мультивибратора

пе­

по схе­

т


крутые фронт и срез выходных импульсов.
выбирают в пределах 2Rl::;;:;;R2~ lORI.

Сопротивление

резистора

R2

На рис. 5.5 показана эпюра напряжения в точке А в течение одного
периода. Участки t1 и t2 соответствуют интервалам t 1 и t 2 на рис. 5.3, б.
Появление участков
и tь обусловлено приростом напряжения.

ta

Поскольку с

ta

и

tь

увеличением

увеличивается,

а

напряжения

участков

и

t1

питания

длительность

уменьшается,

t2

период

участков
(частота)

колебаний, а также скважность импульсов самостабилизируются по напря­
жению

питания.

Так как участки
пряжения,

а

tь

и

и

ta

t 2 увеличиваются с увеличением порогового на­

t 1 уменьшаются, период

(частота)

колебаний,

а

также

коэффициент заполнения также имеют тенденцию к сближению для отдель­
ных

экземпляров

микросхем

с

разными

значениями

порогового

напряжения.

Когда R2~ Rl, составляющие периода колебаний определяются следую­
щими

формулами:

Uпор

ta+t1=-RC ln
tь+t2=-RC

(5.6)

Uп+Uпор

ln

Uп-Uпор
2Uп-

U

(5.7)

пор

и общий период колебаний

Т=

В

-

1

уравнение

случае

Uпор

(

=-RC 1 ln
\

f

период

член

(5.8)

колебаний

крытых входных диодах
чае,

допустить,

что

не

Unp

уже

Uп-UпоР )

+ln

Uп+Uпор

не

2Uп-Uпор

входит,

зависит

инвертора

Uпор=0,5Uп,

это

значит,

падения

последняя

что в данном

напряжения

Если, как и в

DDl.l.

то

а
от

(5.8)

.

формула

на

упростится:

(5.9)

T=2,2RC.
Для
ны,

организации

естественно,

включенные

не

как

описанных

только

генератора

ние.

без
а

Простейший

возможности,
один

другой
вид

но

и

Употребление

вмешательства

В этих случаях

генерирования,

мультивибраторов

инверторы,

инверторы.

того, дополнительные

ты

от­

предыдущем слу­

из

в

в

другие

этих

быть

(другие)- для

кроме

управление режимом рабо­

обеспечивающие

самовозбужде­
используют для

управления.

прерывание

-

элементы,

создает,

входов логического элемента

управления

использова­

логические

микросхем

частности

цепи,

могут

генерации.

В

случае приме­

нения элементов И-НЕ

(а также Исключающее ИЛИ)

генератор работает

при

управляющих

а),

высоком

ИЛИ-НЕ
источника,

уровне

на

низкого

-

(рис.

напряжение

5.6,

б).

которого

входах

Если

может

(рис.

сигнал
быть

5.6,

для

управления

больше,

чем

элементов

поступает

напряжение

от
пи­

тания мультивибратора, либо принимать отрицательные значения, то после­
довательно

нием

5 .. .10

с

входами

управления

следует

включить

резистор

сопротивле­

кОм для предохранеиия диодов охранной цепи от перегрузки.

Запускать
(стартстопный

и

останавливать генератор

режим)

с

можно

и

помощью дополнительного

короткими
триггера.

импульсами

Этот триггер

может быть реализован на двух логических элементах из того же корпуса
(рис.

5.6,в),

87


u,,,,(IJ'J

BиxDll

ВыхоD

DDI
V1KJ!l/JA1

D.DI
~!(561/JES

о)

Рис.

Схемы

5.6.

на

двух

внешним

-

а

на

6-

на

в

с

-

логических
элементах
И
логических элементах ИЛИ
уnравлением

с

помощью

1

,

1
_

Вь1хоil

п п п

...._.......____,...._..____._._
__.._

t

К.fб!ЛЫ

tf)

Рис. 5.7. Схема мультивибратора, завершающего цикл генерации
окончания управляющего сигнала (а), временнь1е диаграммы (6)

генерирования

собранный
и

после

по

схеме

прекращения

рис.

5.7,

а,

способен

управляющего

и

после

завершать

сигнала.

Действи­

тельно, если к моменту спада напряжения на входе «Пусю> на выходе
ка

А)

действует

напряжение

высокого

верхний по схеме вход элемента
(рис.

кой,

управляющую

5.8),

оно

будет

(точ­

поступать

на

позволяя завершать цикл генерации

DDl.1,

подать

на

постоянной
этот

появится

напряжение

разрядки

конденсатора

начала

генерации

соединить

с

случае

дополнительной

С2.

времени

RЗС2.

напряжение

низкого

уровня,

Эту

цепью

RЗ,

С2,

R4

которое

идею

включения

Для

низкого

можно

прекращения

уровня,

причем

сменится

на

использовать

устройства,

если

генерации
на

выходе

высокое

для

после

задержки

управляющий

вход

питания.

выходных

длительности

работает

вход

после

проводом

Сиважностью
значения

цепь снабдить

мультивибратор будет начинать генерацию не сразу, а с задерж­

определяемой

следует

88

уровня,

5 7, 6).

Если
(рис.

НЕ:

в.,,:, Ь.__._._П_,__.__О...._._[

пgен

Мультивибратор,

НЕ;

-

rоиггера

~ U!JCK" _ _

Ото~е

OD!.4

Гl

цикл

с

U 1....._._ _ ___.._,"_t

А

ODf

элементах

управлением:

На dxoil~ ,

а)

мультивибраторов

логических

импульсов

полупериодов

резистор

R2,

в

можно

t1

другом

и

-

t2

управлять,
(рис.

5.9).

соединенные

сделав
Здесь

разнымв
в

параллельно

одном

R2

и


+ Un

IГJ 58н

1

Вь1хо!J

+vш

К2

Rt

,_____

'
С!
RJ DD2

OD!

OD!
/Щ'!ЛА7

'---С=r-----11----к175ЛА7

Рис.

Схема

5.8.

временной

мультивибратора

задержкой

RЗ.

Направление

!2),

на

на

с

Рис. 5.9. Схема мультивибратора
управляемой скважностью

включение

проводимости

диода

тем больше различие между

t1

и

определяет

VD 1

который воздействует резистор

RЗ. Чем

полупериод

(t 1

больше отношение

с

или

R2/R3,

t 2•

Плавное управление скважностью выходных импульсов предусмотрено и

в мультивибраторе по схеме на рис.
лупериод

заряжается

Здесь конденсатор

5.10.

CI

в один по­

VDI; нижнюю qасть резистора RЗ и
резистор R4, а в другой - qерез диод VD2, верхнюю часть резистора RЗ
и резистор R2. Если R2= R4='R, а R3= IOR, то при перемещении движка
резистора

от

1 : 10.

Немного
в

влияние

Период колебаний

видоизменив

генератор,
следует

5.11),

внешним

источника

обеспеqить

при этом почти

(рис.

напряжением.

управляющего

R2~2R1.

не

изменится.

мультивибратор

можно

Чтобы

напряжения

Фактическое

обра­

исклю1Jить
на

работу

сопротивление

рези­

определяется пределами перекрытия по частоте: с увеличением

R2

влияние

схему

управляемый

сопротивления

устройства,

стора

диод

RЗ скважность выходных импульсов будет изменяться в пределах

до

10: 1

тить

через

управляющего

генерации

напряжения

максимальна,

при

уменьшается.

Uупр=О

При

минимальна.

-

Uупр= Uп

R2

частота

Относительный

коэф­

фициент перекрытия К:пep=fmax-fmin/fcp для этого способа управления ча­
стотой

невелик.

Перестройка

ра

(рис.

играет

qастоты

на

затворе.

Rl
RI

На

полевого

транзисто­

определенном

меняется

участке

под действием

VТI
на­

характеристики транзисто-

RJ
УО2

0012

1

5.10.

плавным

стью

дополнительного

Здесь канал полевого транзистора

VDI

ODl 1 RI/

Рис.

помощью

роль резистора, сопротивление которого

пряжею1я

с

с

более эффективна.

5.12)

1

Схема

мультивибратора

управлением

выходных

Выхо/J

скважно­

Pl!c.

5.11.

Схема

управляемого

мультивибратора,

внешним

напряжением

импульсов

89


Рис. 5.12. Схема управ­
ляемого мультивибрато­

Вь1хо/J

ра

с

дополнительным

полевым

транзистором

С2

ра

зависимость

близка

между

к линейной.

входным

напряжением

Коэффициент

и

перекрытия

компонентов, указанных на схеме, превышает

10.

сопротивлением

по частоте при

Цепь

R2, Cl

канала

номиналах

служит фильт­

ром от возможных помех в цепи базы транзистора.

Схема

генератора,

микросхемы
зован

тип

управляемого

К176ЛП1,

(см. также рис.

Изменив

VT3

на

рис.

5.13. Мультивибратор обра­
DDl.2 и DDl.3. Роль переменно­
транзистор VT4 элемента DDl.l. Дру­

инверторами

2.23)

го резистора исполняет n-канальный
гой транзистор

напряжением с использованием одной

показана

(с р-каналом) этого элемента остается свободным.

порядок

включения

элементов

микросхемы

К176ЛП1,

можно

управлять скважностью импульсов при весьма малом воздействии на частоту

колебаний

(рис.

5.14).

широтно-импульсного
личие

от

Так, мультивибратор удобно использовать в качестве
модулятора

предыдущей

схемы,

транзисторов

VТЗ и

VT4

поочередно

каждый

в

.ца

с

р-

систем

и n-каналом

течение

своего

телеметрии.

резистору
(см.

рис.

полупериода

Здесь, в

от­

R3 подключена пара
2.23). Они работают
формирования

сигна­

[22].

Рис.

5.13.

Рис.

5.14.

импульсов

90

-

(ШИМ)

параллельно

Схема управляемого мультивибратора на микросхеме К76ЛП\

Схема

мультивибратора

с

управляемой

скважностью

выходных


VDI~ RJ
г-+>1--с=::r,
t
R/
1

-+E;J- VOf

RJ

г------f>!-----г:::г--1

R!

1

1

Bыxu!J
Bыxoil

DJJI
а)
Рис.
а

-

Схема мультив11братора на повторителе н инверторе КМОП:
К561ЛП2; б - повторитель - два инвертора

5.15.

на

о)

элементе

При
зистор

малом

RЗ

данном

управляющем

напряжении

0<Uупр<0,5Uп

шунтирует

ре­

в основном р-канальный транзистор, сопротивление которого

-

случае

меньше, чем

n-канального,

а

когда

О,5Uп<Uупр<Uп

в

на­

-

оборот. Так обеспечиваются широкие пределы изменения скважности выход­
ных импульсов.
сопротивление

шается,
т,ается

Поскольку при

канала

среднее

за

одного

период

неизменным

и

всех изменениях управляющего напряжения

транзистора

увеличивается,

сопротивление

частота

колебаний

шунтирующего

а

другого

резистор

умень­

RЗ,

ос­

сохраняется.

Емкость конденсатора времязадающей RС-цепи должна, по крайней ме­
ре,

в

несколько

Без особой

костью меньше
В

стор

раз

превышать

и

схема

конденсатор

периодической
л,ичается

емкости

микросхем

и

монтажа.

пФ.

100".200

мультивибраторе,

RI

паразитные

необходимости не рекомендуется употреблять конденсаторы ем­

от

-

рассмотренных.

те

же.

Для

показана

местами.

перезарядке конденса'tора

ранее

сопротивлению

которого

поменялись

Cl

Cl

DD 1.1 должен быть повторителем.
мента DDl.2 с входом DDl.1 облегчает
мент

рис.

и

R2

условий

5.15, а,

рези­

принципу действия

через резистор

Роль резистора

обеспечения

на

По

требования

к его

самовозбуждения

Гальваническая

генерацию

связь

на

-

он не от­

Rl -

выхода

высоких

эле­
эле­

частотах

(предельная частота достигает нескольких мегагерц).
Повторитель

DDl.1

можно заменить двумя

инверторами

(либо

элемен­

тами И-НЕ, ИЛИ-НЕ в режиме инвертора). Схема в этом случае приобре­
тает вид, показанный на

рис.

Если для резисторов

Rl

и

5.15, 6.
R2 обеспечивается

условие

генерации характеризует ориентировочная формула
Назначение

рис.

цепи

RЗ,

VD 1

было

рассмотрено

R2;;::.2Rl,

частоту

f"" 1/ (2,ЗR 1С1).
в

описании

схемы

на

5.9.
Недостаток описанных му,1ьтивибраторов состоит в том, что при серий­

ном

их

изготовлении для

индивидуальная
что

это

тем,

тов

неодинаков.

Небольшое
подстройки

RС-цепи

порог

параметров

переключения

усложнение

частоты

[16].

обеспечения одинаковых

подборка

схемы

характеристик требуется

времязадающей

разных

(рис.

цепи.

экземпляров

5.16)

обеспечивает

по

конкретной

микросхеме,

не

Органом

подстройки

служит делитель

ченный к конденсатору RС-цепи. Теперь конденсатор

Объясняется

логических

касаясь

элемен­

возможность
параметров

напряжения, подклю­

Cl

заряжается не от

91


5.1 G.

Рис.

Схема

КМОП

подстройки частоты
всего

перепада

Рис. 5.17.
Схема
мультивибратора
на двух инверторах ТТ Л

широкополосного

мультивибратора

с

узлом

колебаний

напряжения

между

выходом

и

входом

оконечного

инвер­

тора, а только от его части, снимаемой с двИжка переменного резистора R4.
Переменный
RС-цепи

и

резистор

не

Верхний

резисторов
в

R4 -

на

на

нижний

и

верхнем

влияют

fг

и

R4

использован

R1

влияет

а

R5,

пределы

также

положении

частоту

(fг

для

приложенное

к

изменения

конденсатору

рабочей

частоты

положение

движка

в

max""" 1/ ( 1,4R lC 1);

определяет

движка

резисторы

постоянной

сопротивленне

переменного
и

R4

нижнем

времени

напряжение.

резистора

практически

R5

положении

она

нс

равна

min"" 1/(1,4R1Cl).
Для

мультивибраторов,

выполненных

на

маломощных

(К561ЛА7, К561ЛЕ5, К561ЛП2), сопротивление резисторов
увеличить, чтобы выходной ток не превышал

Мультивибраторы
что

в

основном

входное

на

логических

номиналами

сопротивление

элементах

навесных

элементов ТТ Л

на

микросхем
напряжения

На

элементах ТТ Л,

не
за

должны

гораздо

счет

сопротивления

превышать

входного

тока

ТТ Л

компонентов

по высокому и низкому уровню. Здесь, как и

ройствах

R5

следует

мА.

2,25

Мультивибраторы на логических элементах ТТ Л

5.4.
описанных

микросхемах

и

R4

от ли чаются
по

меньше

в других

причине

и

неодинаково

рассмотренных уст­

внешних резисторов

определенных

значений,

не

напряжения

достигало

от

того,

на

чтобы

входах
падение

переключения.

рис.

5.17 представлена схема мультивибратора, подобного показанному
на рис. 5.3, а. Роль резистора R2 - вспомогательная: он способствует, вы­
равниванию интервалов импульс - пауза, и без него можно обойтись. Вы­
ходной элемент DDl.3 служит для развязки собственно генератора от на­
грузки

стоты
где

и

улучшения

генерации

частота

Схема

в

рис.

выходных

R 1=R2=390

килогерцах,

варианта

казанному на

формы

при

играет ту же роль, что и

с

изображена

R2

Примерное

определяют

если емкость в

мультивибратора
5.15,а)

импульсов.

Ом

по

значение

формуле

ча­

f"" 1000/Cl,

нанофарадах.

одной
на

рис.

RС-цепью
5.18,а.

(близкого
Резистор

в устройстве по схеме на рис.

к

по­

R2,,,,Rl

5.17.

Стабильность частоты у двух последних мультивибраторов невелика, так
как

период

жения

тания на
резистора

92

колебаний

зависит

от

ряда

нестабильных

параметров

-

напря­

питания, температуры среды и т. п. Так, отклонение напряжения пи­

±5 % вызывает уход частоты на ± 1%. Поскольку сопротивление
R 1 хронирующей цепи мало, для обеспечения колебания с пони-


001.1

001 J

001.2

~'""'
OJJI

~R!~
t/2

i.t Ш55Л175

Рис.
а

-

Кl.J.JЛHI

IIOI

о)

а)

5.18. Схема мультивибратора на ловторителе и инверторе ТТЛ:

на

логических

С!

элементах

Исключающее

ИЛИ;

6-

повторитель

-

два

инвертора

Lf
RI 100

~

Н2

Bыxoll

~2

Вьщ;IJ

Рис.

Схема

мультивибратора

Рис. 5.19. Схема
мультивибратора
на двух инверторах ТТ Л с последо­

с колебательным контуром на одном

вательным

инверторе ТТ Л

колебательным

LС-кон­

5.20.

туром

жснной частотой конденсатор С 1 должен иметь большую емкость, а значит,
большие размеры и
Стабильность

массу.

частоты

колебаний

мультивибратора

ментах удается существенно повысить путем

на

логических

эле­

замены хронирующей RС-цепи

на колебательный LС-контур. Контур, обладающий даже небольшой доброт­
ностью, улучшает стабильность частоты не менее чем в
таких генераторов особенно оправдано для частоты

случае

размеры

контура

невелики.

В

качестве

50

10

раз.

Применение

кГц и выше, в этом

катушек

индуктивности

мо­

гут быть и серийные высокочастотные дроссели типа Д, ДТ, Дl-Д4 и т. п.
На

рис.

тельным
дения

5.19

переведены

ляется
влияют

изображена

контуром.
в
и

Элементы
в

основном

схема

DDl.I

усилительный

лростого
и

DDl.2

режим.

последовательным

некоторые

побочные

емкость логических элементов.

факторы,

мультивибратора
для

Частота

контуром
в

облегчения

частности

колеба­

генерирования

CILI,

Емкость конденсатора

с

самовозбуж­

хотя

входная

С2

опреде­

на

частоту

и

выходная

должна

быть до­

статочной для того, чтобы его емкостное сопротивление было пренебрежимо
мало

в

сравнении

с

входным

солротивлением

логического

элемента.

Другой генератор лодобного рода собран ло схеме емкостной трехточки
(рис. 5.20). Собственно генератор
LICIC2. Инвертор DDl.2 служит

образован инвертором

DD 1.1

буферным

и формирователем

усилителем

и контуром

сигналов.

Частоту генерирования для двух последних устройств можно определять
по

известной

формуле

f= 2n)'LCI0-9

( 5 .IO)

93


где

частота,

f-

кГц;

L -индуктивность

катушки

контура

мкГн;

С

ем­

-

кость конАенсаторов контура, нФ. Для последнего варианта в формулу под­

ставляют суммарную емкость, образованную последовательно соединенными:
конденсаторами С! и С2:

C=ClC2/(Cl+C2).
На одной микросхеме К1555ТМ7 (К555ТМ7) можно реализовать четыре
мультивибратора

на

разные частоты.

статическим управлением по
Каждый из триrrеров

D-ахода.

Когда на

триггер-защелку

инвертора

с

Схема

К!55ТМ7
рис.

содержит четыре О-триггера со
т. е.

имеет прямой и инверсный

входе С разрешающее

можно

рассматривать

выводами

от

каждоrо

мультивибратора

(рис.

Она

тактовому входу С,

на

как

триггера-защелки.

выходы

относительно

напряжение высокого уровня,

два

последовательно

соединенных

выхода.

одном

из

четырех

триггеров

микросхемы

не отличается по существу от ранее описанной

5.21)

Резистор

5.17).

R2 (1".3,3 кОм)
обеспечивает требуемое
(2,5 ... 3,5 В) на разрешающем входе С. Если

высокого уровня

(см.

напряжение
мультивиб­

ратор собирают на микросхеме К555ТМ7, вход С можно соединить с выво­
дом Uп непосредственно.
Интересен по принципу действия мультивибратор, схема которого пред­

ставлена на рис.
ной

связью,

ходных

в

способствует

конденсаторов

ход

крутизны

включении питания конденсаторы

начальный

момент

уровня, а на выходе
ки

повышению

фронта

и

среза

вы­

импульсов.

При
что

Здесь элементы И-НЕ охвачены перекрестной обрат­

5.22.

что

2;

вторая:

на

Первая:

выход

устойчивый

напряжения

на

1-

резистор

конденсатор

1-

пряжение низкого уровня на

печивает

и С2 разряжены. Допустим,

Cl

действует

1,

напряжение

высокого

низкого. Образуются две параллельные цепи заряд­

2-

выход

выходе

С2

Rl -

конденсатор

резистор

R2 -

обкладке

выходе

конденсатора

1,

С!

и

- вы­
2. На­
001.1 обес­

поэтому

не

С!

выход

нижнем по схеме входе элемента

высокий уровень на

верхней

-

повышение

отражается

на

его

состоянии. Во второй цепи по мере зарядки конденсатора С2 напряжение на
резисторе

R2

будет уменьшаться и, когда оно станет равным Uпор, произой­

дет переключение элемента

001.2,

и уровень на

выходе

2

станет высоким.

DDl.f
BшolJ

С!

1

К2

111

B111xolJ
BllfXO!J 2

DDl.2

DDt
Рис.
на

5.21.

О-триггере

равлением

94

r" К155ТН7

Схема
со

К2

мультивибратора

Рис.

статическим

с

уп­

5.22.

Схема

перекрестной

мультивибратора

обратной

связью


Если к этому моменту напряжение на верхнем входе элемента
равно или выше Uпор,

DDl.l будет

произойдет переключение этого элемента. После пе­

реключения начнется новый цикл, подобный описанному, с той разниuей, что
nервым сработает элемент

ет равенству
К:ачество
уах ТТ Л,

Оптимальный режим работы соответству­

DDl.I.

R 1С1 = R2C2.
автоколебательных

как и

дополнительного

в

мультивибраторов

случае с одновибраторами,

транзистора

-

биполярного

на

логических

можно

или

элемен­

повысить введением

полевого

в

-

роли

буфер­

ного элемента между RС-цепью и входом микросхемы ТТ Л. Введение тран­
зистора

позволяет

нирующей
лярный
стоты

uепи

значительно

и

увеличивать

соответственно

транзистор,

к

тому

же,

сопротивление

уменьшать

емкость

способствует

резистора

конденсатора.

повышению

хро­

Бипо­

стабильности

ча­

генерирования.

Схема простого мультивибратора с транзистором показана на рис.

Транзистор работает

в

ключевом

режиме

и служит

5.23.

инвертором. Обратите

внимание, что сопротивление резистора RС-цепи по сравнению с мультивиб­

раторами без транзи~тора, примерно в h 21 в раз больше. Роль резистора
вспомогательная,

он,

во-первых,

разрядки конденсатора
во-вторых,
ходных

позволяет

CI,
в

ограничивает

амплитуду

тока

R4-

зарядки

и

что особенно важно при большой его емкости, и,

некоторых

пределах

регулировать

скважность

вы­

импульсов.

Период следования выходных импульсов можно определить по прибли­

зительной формуле Т""2,ЗRС.
В

лабораторной

стабильный

рис.

5.24.

практик('

автоколебательный

Период его

может

быть

полезен

мультивибратор,

колРбаний можно

широкодиапазонный

построенный

плавно изменять в

по

схеме

раз.

200

и
на

Нап­

ряжение низкого уровня на управляющем входе выключает генератор. При
подаче напряжения Uynp высокого уровня
вход

остается

свободным,

имеет

место

В), а также, когда этот

(2,8".4,5

самовозбуждение.

Частота генерации определяется постоянной времени цепи
Изменение емкости конденсатора

от

CI

пФ до

20

10

менение частоты от единиц мегагерц до долей

герца.

ствует

паузы.

R2

уравниванию

длительности

импульса

и

(R 1+ RЗ),

С 1.

мкФ обеспечивает из­
Резистор

R2

Наличие

способ­

резистора

не обязательно.
При изменении напряжения пи1ания на

не превышает

К! J,Jк

±1,5%.
ffJ

±10%

Температурный дрейф менее

уход частоты колебаний

0,1 %/ 0 С (9].

R!

8,2к

1,5к

RJ JJ/JI(

RI/

22
lJDI ~ Kl.JJЛA.J
Рис. 5.23.
на одном

Схема
мультивибратора
инверторе и биполярном

Рис.
с

5.24.

широким

Схема

мультивибратора

частотным

диапазоном

транзисторе

95


Рис.
с

Схема

5.25.

эмиттерным

входе
BЬtxOiJ

инвертора

Период
импульсов

следования
можно

транзистор
входное

работает

и

малое

употреблены

эмиттерным

выходное

маломощные

сопротивление.

формуле

по

схеме

т.

е.

повторителем,

транзисторы,

выходных

определять

Вместо

имеющие

В

на

пре­

муль­

рис.

имеет

КТЗ61 Б

по

для

мультивибратора.

тивибраторе

на

ТТ Л

ориентировочной

дущего

мультивибратора
повторителем

5.25

большое

могут

коэффициент

быть

h 2 1э~

100

(К:Т209Е, КТ502Б, К:ТЗО17Б, КТЗ107Г, КТЗО107Е и др.).

5.5.

Мультивибраторы на основе триггеров

Схема
двумя

мультивибратора

времязадающими

на

двух

логических

R.С-цепями представлена 11а

элементах

рис.

5.26,

КМОП

ству, этот мультивибратор представляет собой два одновибратора (рис.
с

перекрестными

тания

на

другом

-

денсатор,

одном

низкого.

триггерными

связями.

из

возникает

выходов

Высокое

Начиная

напряжение

с

момента

напряжение

заряжает

4.18)

включения

высокого

пи­

уровня,

соответствующий

второй конденсатор в это время разряжен.

обкладках заряжаемого конденсатора

с

а. По суще­

на

кон­

Когда напряжение на

достигнет напряжения Uпор, произой­

дет переключение логического элемента и смена уровня на выходах. Начнет­
ся

зарядка

другого

конденсатора

через

резистор,

в

то

время

как

первый

быстро разрядится через диод и выходную цепь логического элемента. Когда
напряжение

на

заряжаемом

конденсаторе

окажется

ключения своего логического элемента, снова

устройство

будет

работать

в

режиме

ffJ
-c:::J- VD1

дос'!'аточным

для

пере­

произойдет переключение, т.

самовозбуждения.

Вместо

е.

триггера

RJ
V01

-t:::}-

Выхоi/

/

Выхоi}

Bыxotll

/

Bыxoil l

--c::i/(f

001 !(j(ifТ/'12

--c::J-

"~о)

001 tlzK.5fitTBI

О)

Рис. 5.26. Схема мультивибратора на R.S-триггере с двумя R.С-цепями:
- НЕ; б - с использованием входов S и R триг­
входов S и R триггера JК-типа

а - RS-триггер на элементах ИЛИ
гера О-типа; /1 - с использованием

96


из

логических

микросхемы

элементов

I(561ТМ2

можно

применить

готовый

триггер,

(рис.

5.26, б, в). Период колебаний
T=t1+t2. где t1=0,7R1Cl, а t 2=0.7R2C2, откуда

например,

равен,

T=0,7(R1Cl +R2C2).

(5.11)

Такие мультивибраторы легче

запускаются,

Следует иметь в виду, что, если
вышает
кает

мкФ, при

0,01

опасность

из

очевидно,

когда

R!Cl

ёFR2C2.

емкость конденсаторов

Cl и С2 пре­
10".15 В возни­

повышении напряжения питания до

повреждения

выходных

транзисторов

микросхем

разрядным

током конденсаторов. В качестве меры защиты от этого рекомендуется по­
следовательно с диодами

и

сторы сопротивлением

кОм.

VD 1
2,2".4,3

Резисторы

быструю разрядку соответствующего

зарядки
На

конденсатора
основе

выполнены

нераторы
и

по

простые

на

и

плече

может

Пока

КМОП

работы

и ТТ Л

быть

на

генератора

с

инвертором

могут

быть

прямоугольных импульсов.

близки

лением
дах

использован

разрешающем

разрешающего

вызовет

выходе.

в

качестве

входе

выходную

через

по

Ге­

принципу действия

переключение
напряжение

триггера
скачком

который

триггера.

низкого

напряжение на

уровня,

выходное

втором входе. С поступ­
уровня

на

обоих

вхо­

начнет

Rl

и

I(огда

L

С!

произойдет
и

выходное

возрастет

t

до

начнется цикл за­
длится

конденсатор

напряжения

входа

входа, второй из

разрешающего.

напряжение

напряжение высокого

конденсаторе
Uпор н,

значения U 1 вых рядки,

С!

триггера.

на
до

одного

имеют по два

напряжения

резистор

цепь

напряжение
уменьшится

сигнала

падение

Конденсатор

разряжаться

достаточно

микросхемы !(56!ТЛ1

будет высоким, таким же будет и

пока

Шмитта

а изображена схема типичного устройства подобного рода.

5.27,

Поскольку триггеры

на

обеспечивать более

[6].

триггеров

надежные генераторы

базе элементов

нормальной

них

другом

должны

конденсатора сравнительно с временем

схеме.

На рис.
Для

в

микросхемных

включать токоограничительные рези­

VD2

Uпар в,

тех

пор

заряжается

до

до

после чего про-

К!

-

-

Вь1хоJ

t,

-

..- .----

t

t2

DШ

тш

а)

Рис.
а

-

о)

t

5.27. Схема мультивибратора на триггере Шмнтта с инверсией:
принципиальная

схема;

б

-

временнЬlе

диаграммы

97


изойдет новое переКJ1ючение. В ходе процесса напряжение на конденсаторе

колеблется между значениями Uпор я и Uпор.в.
Время зарядки конденсатора

(длительность стадии высокого выходного

напряжения)

U_п_-_U_п-'о-'-Р_в_
t1= Rc 1n -

(5.12)

Uп-Uпор.в

и

низкого

Uпор.в

·

t2~RCJn-Uпор.в

Следовательно,

(5.13)

период

колебаний

T=t1 +t2=RC (1n Uп-Uпор.я +ln Uпор.в
Uп-Uпор.в

Первый
сигнала

интервал

разрешения

режиме).

выходного
это

тем,

равно

CI

Uв> Uпор.в.

напряжения

длится дольше,

Объясняется

конденсаторе

) •

(5.14)

Uпор.н

uовых

после

чем последующие

что

в

начальный

практически

(в

момент

напряжению

поступления

установившемся

напряжение

источника

на

питания

Продолжительность этого интервала

Uп

t=RC lп

(5.15)

Uпор.н

Изменение

питающего

напряжения

мало

влияет

на

период

колебаний,

так как отношение Unор.в/Uпор.н при этом почти неизменно. Для разных
экземпляров микросхемы параметры Uпор.в и Uпор.н могут различаться, что
отражается

RI

на

выбирают

частоте

Сопротивление
при

зарядке

мого

для

генерации

и

скважности.

Если

требуется,

резистор

подстроечным.

и

резистора

разрядке

выходных

не

RI

должно

конденсатора

транзисторов

быть

импульс

триггера

менее

тока

не

значения.

кОм,

10

превысил

Верхний

чтобы

допусти­

предел

со­

- несколько мегаом.
Скважность выходных сигналов Q=2, когда по,роги переключени~ триг­

противления

гера

этого

Шмитта

резистора

Uпор.в

и

Uпор.н

симметричны

относительно

уровня

Uп/2.

В реальных генераторах, как правило, это условие выполняется.
Регулировать скважность выходных импульсов можно так же, как и в

описанных генераторах. На рис.

ся, чтобы участок

t1

R 1> R2.
R2>RI - картина

показан общий случай. Если требует­

5.28

(U 1 вых на рис.

5.27,

б) длился дольше, чем

t 2,

следует

обеспечить

При
быть

заменены

скважность
С
ров

одним

(см. рис.

помощью

можно

программе
напряжение

ляется
сигнала

5.29).

низкого

цепью

RlCl.

высокого

позволит

I(огда

уровня,

С

электронных

дистанционное

плавно

они

поступлением

уровня

ключ

ключей

управление

к разрешающим

все

закрыты

на

Rl.

входам
и

Все

и

и

и

RI

R2

могут

регулировать

набора

частотой

частота

какой-либо

открывается

подключается параллельно резистору

98

что

5.28, б).

двунаправленных

обеспечить

(рис.

обратная. Постоянные резисторы

переменным,

по

ключей

резисто­
желаемой

приложено

генерации

ключ

опреде­

разрешающего

соответствующий

ключи независимы

резистор

и

могут


ШJZ

R2

VDl
Р11зрешен11е (/J 1)
С!

Bыxoil

i

К/8

zz

R/4

z'

R/l

20

R

IJDI

I

а)

YDI

QJ-i

.
Bыxofl

о).
Рис.

Способ

5.28.

скважности

/filШШЛf

DDI

DDl K51l!KTJ

регулирования

генерируемых

Рис.

Схема

5.29.

частотой

импульсов

генерации

направленных

узла
с

управления

помощью дву­

ключей

быть включены в любых сочетаниях, что дает возможность формировать до

16

различных значений частоты.

Микросхемы ТТ Л
К555Т Л2

и

другие)

сходную схему
соких

частотах

преимущество
ра С!

(рис.

-

-

--

триггеры Шмитта с инвертором (К155Т Л2,

в

вплоть

генераторов

прямоугольных

до

нескольких

мегагерц

перед подобными устройствами

цепь микросхемы.

-

имеют

пер"ход

в

этом

Rl,

вы­

единственное

но и через

конденсатор только череэ

входного

их

КМОП. Зарядка конденсато­

не только через резистор

Разряжается

эм11ттерный

I(155TЛ3,

импульсов

Такие генераторы устойчиво работают и на

5.30).

здесь происходИ1

скольку

роли

транзистора

входную

резистор

оказывается

R 1,

по­

закрытым.

Вследствие этого обе стадии процесса различаются по длительности. Допол­

нительный
высокого

резистор
уровня

повышению

Rf

на

R2

сопротивлением

выход~:: элемента

стабильности

частоты

1... 3,3 кОм повышает
DDl.1 на 0,7 .. .1 В, что

напряжение
способствует

колебаний.

,С+иа
11R2

DJJ.!

J
Выхоl!

Выхо!J

DDI
t/zкшлпr

Рис.

5.30.

Схема

муль­

тивибратора на триггере
Шмитта
с
инверсией

Рис. 5.31. Схема генератора импульсов с триг·
rером Шмитта из логических элементов Исклю­
чающее ИЛИ

ттл

99


г------------1

i

D.Dl.l

.

&

B/J/XOiJ

DIJI .1f* K.fll!ЛA7

Рrырешение

Рис. 5.32. Схема генератора импульсов с триггером
элементов И-НЕ
Для
ность

генераторов

импульсов

обеспечивается

в

узком

на

триггерах

диапазоне

Шмитта из логических

Шмитта

ТТ Л

сопротивлений

работоспособ­

резистора

время­

R1=200".800 Ом - для микросхем серий К!55 и 133 и
2 кОм - для 1(555. Ориентировочно частоту генератора можно найти
простой формуде f,,,, l/(RICI) (f, кГц; RI, кОм; С! - мкФ).

задающей цепи:

Генератор может быть собран
логических

э.1ементов

элементах

Исключающее

рис.

И-НЕ

в

триггер

этом

ляющем

работает

случае

входе.

без

происходит

Зная

генерации,

инверсии.

пороги

можно

при

рассчитать

от

внешнего

импульсов

Кl55АГ3,

в

В

на

логических

изображены

Шмитта.

необходимый

генераторе

на

Элемент
здесь,

по схеме 11а

5.33, а,

К561АГ!

уровне

импульсов,

цепи

корпусе

на

управ­

(2.3, 2.4), период
(5.12)-(5.14).

и

роли

обладающие высокими экс­

быть реализованы и на одновиб­

работы одновибратор здесь запу­

связи

Удобны
два

в

-

автоматически

обратной

одновибраторов.
одном

а

напряжения

триггера

в

либо

этом

срезом

взаимно

своих

-

отношении

одновибратора,

выход­

поочередно

микросхемы,

например

К561АП,

К:555АГ3.

Генератор
рис.

К:МОП

формулам

режима

источника,

через

сигналами двух
содержащие

по

характеристиками, могут

раторах. В отличие от типового
не

низком

переключения

Генераторы прямоугольных
плуатационными

ных

генератора

Микросхемы - одновибраторы
мультивибраторов

5.6.

скается

Схемы

структуры

можно употребить и элемент ИЛИ-НЕ, например К:561ЛЕ1. Гене­

5.32

частоту

ИЛИ

по

и на триггере Шмитта, составленном из

2.18).

5.32. Штрихпунктиром выделен триггер
рис. 5.31 и DDI.3 на рис. 5.32 - инвертор,

поскольку
рация

рис.

и

5.31
DDl.2 на

рис.

(см.

до

кратковременных

работает

(см. табл.

в

4.3).

импульсов,

соответствии

с

схема

которого

таблицей

изображена

состояний

tta

микросхемы

Запуск происходит подожительным перепадом им­

пульсов на инверсном выходе одновибратора. Длительность этих импульсов

определяется
Период

RICl

переходными процессами

следования

(см.

100

в

зависит

микросхеме
от

(десятки наносекунд).

параметров

хронирующей

цепи

4.5).

Микросхема
зависимым

импульсов

К:561АГ!

позволяет

регулированием

периода

создавать

генератор

следования

импульсов

импульсов,

а

с

не­

также

-


Выхо!J
в

roзpr-

001
t/2K5o!AГI

ШtHUt'

а)
Рис.

Схема

5.33.

С/

генератоrа

cz

IU

кратковременных

импульсов

на

одновибраторе

. ",:, Пшг_

RZ

щ

001
К55!АП

t

,., ";/ п п п о "
~

t

о)
Рис.
с

а

5.34.

Автогенератор прямоугольных импульсов на двух одновибраторах

независимым

-

управлением

принципиальная

скважности
генератор

схема;

(рис.

(рис.

б

-

5.34, а).
5.33, а). Ее

периодом

следования

временнь1е

диаграммы

Первая

ступень

короткие

и

скважностью

схемно

повторяет

импульсов:

предыдущий

импульсы низкого уровня определяют

выходную частоту. Вторая ступень включена одновибратором и служит для
расширения

цепь

RICI,

этих

импульсов.

а скважность

обеспечить Т>ти

(рис.

зованы

в

качестве

подано

напряжение

Таким

образом,

выходную

- цепь R2C2. Для нормальной
5.34, 6). Входы R микросхемы

разрешающих
низкого

или

уровня,

частоту

могут быть

синхронизирующих.

колебания

определяет

работы необходимо

исполь­

Когда

на

них

срываются.

[fь__

+U,.

POJ/ltUШllit'

uf ппп

Вщи!l t

tf)
Рис. 5.35. Генератор
(К555АГ3):

прямоугольных

импульсов

на

t

U_U_UL

микросхемах

t
К155АГЗ

101


Генератор по схеме рис.

5.35, а в функциональном отношении повторяет

предыдущий. Небольшие различия обусловлены способом

схемы КI55АГ3.
Генератор по схеме на рис.
ципу ··действия.

Здесь два

5.36

рование

импульса,

Т=ти 1 +ти 2 •

равен

переключает

непрерывная

и

DDJ.1

второй,

генерация.

Выходное

микро­

отличается от рассмотренных по прин­

одновибратора

редно, каждый в типовом режиме, так, что один

держивается

включения

а

тот

Период

напряжение

DDl.2

работают пооче­

из них, оканчивая форми­

снова

-

первый,

колебаний,

можно

снимать

чем

таким
с

под­

образом,

любого

одно­

вибратора. Выходы взаимно инверсны. Длительность составляющих периода
колебаний ти1
Путем

многофазный
Вариант

схемах

схемы

по двум

перепадом

и

рассчитать по

числа

элементов

мультивибратор

К155АГ!

скается

табл.

и Ти2 можно

наращивания

(рис.

генератора

показан

на

входам:

с

одновременно

обратить в

5.37).

прямоугольных

рис.

5.38.
выхода Q

с

(4.2).

этот генератор легко

Здесь
на

Q

выхода

импульсов

входы

на

на

двух

микро­

каждый одновибратор
А!

вход

В

-

и

А2

запу­

отрицательным

положительным

(см.

переключений микросхемы К155АГ!).

4.1

- Резистор RI, которым регулируют частоту колебаний, общий для обеих
хронирующих
кость,

Частоту
но н

цепей.

скважность
колебаний

внешним

Если

конденсаторы

выходных
можно

импульсов

изменять

управляющим

Частота

генерации

Рабочая

частота

связана

может

не

с

этим

достигать

5.36.

Схема мультивибратора

и

только

напряжением

С2

2

и

имеют

переменным
линейной

Рис.

1()2

5.37.

ем­

частоты.

резистором

1

до

6

R,
В.

зависимостью.

на

1055АГ3

двух

одновибраторах с поочередным

DDl.2
Схема

от

МГц.

8

запуском

JJDl.I

одинаковую

не зависит

Uynp в пределах от

напряжением

lllll
Рис.

С!
равна

многофазного

мультивибратора


Рис.

Схема

5.38.

прямоугольных

двух

генератора

импульсов

микросхемах

на

К155АГ1

lr'l.f.fAГf

DD!, DDl
Генератор обладает
пряжения от

В

хорошей

стабильностью:

изменение

питающего

В вызывает уход частоты не более чем на

5,5

на­

1о/о.

Мультивибраторы на таймере КР1006ВИ1

5.7.
угольных

до

3,5

современной

импульсов,

аппаратуре

выполненные

широко

на

применяют

таймерах.

При

генераторы

прямо­

простоте схемы

они

обладают весьма высокими эксплуатационными характеристиками. Стабиль­
ность частоты

как

генерации

обеспечена

образцовое напряжение на

задают

внутренние

компараторов

жения,

и

напряжение,

пропорции,

нении

делители

сдвигаются

напряжения

DA 1

Уход

С!,

частоты

(рис.

DA2

пороги

Так

2.36)

срабатывания

питающего

меняется

напря­

в

генератора

той

при

же

изме­

0,1 %.

В не превышает

1

микросхемы.

и

изменению

конденсатор

погрешность.

питания на

действия

Rl-RЗ,

пропорционально

заряжающее

компенсируя

напряжения

принципом

оба компаратора

В литературе описано много генераторов на таймерах. Схема простей­
шего из них изображена на рис.
ляющих

входов

выводы

-

2

и

5.39, а. За счет
6 - микросхема

объединения обоих управ­
работает

как

Шмитта. Времязадающая RС-цепь состоит из одного резистора
ного конденсатора (С!)
диапазона

В

частот.

момент

заряжаться.

2/3

подачи

напряжения

питания

Как

только

напряжение

Uп, сработает компаратор

на

входе

таймера

высокого. Конденсатор

-

на

DAl.

конденсаторе

будет

Cl

1/3

разряжаться.

Когда

Uп, компаратор

напряжение

DA2

на­

начинает

достигнет

значе­

Он переключит внутренний триггер,

и уровень выходного напряжения сменится на низкий. Конденсатор
нет

и од­

и может быть легко приспособлена для перекрытия

пряжение низкого уровня, на выходе
ния

триггер

(RI)

на

входе

микросхемы

Cl

нач­

снизится

до

вызовет обратное переключение триггера и начнет­

ся новый цикл работы. В установившемся режиме генерации напряжение на

конденсаторе
Таймер

колеблется

КР1006ВИ1

Выходное

напряжение,

пряжения

питания:

выходном

биполярном

в

пределах

устойчиво

заряжающее

1/3 Uп

до

где

2/3

вплоть

конденсатор

U 1 вых=Uп-Uкэ,
транзисторе

от

генерирует

Uп

до

С!,

Это

-

5.39, б).
1 МГц.

немного меньше

Uнэ....., падение

таймера.

(рис.

частоты

напряжения

недостаток

на­
на

рассмотрен­

ного варианта генератора. Вычитаемое напряжение Uкэ=О,6 ... 0,9 В служит
причиной

неравенства

нестабильности

длительност11

стадий

зарядки

и

разрядки,

а

также

частоты.

IОЗ


- - - - - - - -UCJ~

~, R2

2/Щ

11
~J
1Вшоt1

t/JUn

---

-- --

"t
IJ,!нк

а)
С!

•lf,
о)

DA!

Рис. 5.39. Таймер
мультивибратора:

Cl !(f!!J!J58111

-

а
принципиальная схема;
грамма; в
вариант схемы

о, f l'llf

0,01

d)
Включением
нератора.

дополнительного
можно

Скважность

при изменении
резистор

R2

-

сатора

разность Uп-U 1 вых

КРIООбВИI

при

резистора

уменьшить,

становится

питания от

5

и

до

..... =о
R2

В

зарядкой

тем самым

2,

равной

(без нагрузки)

1."2

а

менее

частоты

0,1 %.

Однако

дополнительно нагружает источник питания при U 0 вых.

U 0 вых""О В,

(5.16)

tp""0,7R1Cl,
следовательно,

T=tв+tp=
Вариант

На

Uп=

В

1

(5.18)

генератора
имеет

на

этих

рис.

генераторов
их

работает

конденсатора

уровень,

и

влияет

5.39, а)

подобно

происходит,

разрядка

недостатком.

кОм, см. рис.

(R2= 1

5.39, в

что зарядка

низкий

существенным

12

до

10

колебаний

1,4R1Cl.

частоту

ляется

(5.17)

период

отличием,

напряжение

-

когда

при

нагрузки,

напряжении

от

этого

недостатка.

для

прерывания

Здесь

колебаний.

и

R3

замкнутых

5.40, а
SAl

свобод­

выключатель

контактах

генерация

служат

прекра­

щается. Если прерывания не требуется, эту цепь исключают, а вывод
соединяют с

Зарядный

У

транзистора

дом

104

7,

плюсовым

ток

VТI

проводом

конденсатора

таймера

питания,

С 1 протекает

(см.

рис.

яв­

2,5%.

резистор

При

что

питания

изменение нагрузки в пределах от

кОм вызывает уход частоты на

ный

выходное

высокий.

сопротивление
Так,

рассмотренному

На практике чаще употребляют генератор по схеме рис.

мера

ге­

уход

tз""0,7R1Cl,

лишь

кОм

параметры

Период колебаний можно определить, приняв U 1 вых""Uп;

с тем

роли

временная диа­
конден­

-

сопротивлением

улучшив

практически

12

б
с

в

2.36)

как

через

4

тай­

и

R2.

обычно.

резисторы

коллектор

R1

соединен с

выво­

поэтому транзистор в это время закрыт. Выходное напряжение имеет


~~.-~-.~~~~+и,

RJ

+l{,

DAt

Ч7к

КР/(}(}58111

/ID/

К1

R2
в

7

*G

G

VD!

з

Bыx1J!I

8А1

Вь1хоl1

3

l

Ct

С2

0.0/f'IH

а)
Рис.

tf}

Мультивибратор

5.40.

на

таймере

КР 1006ВИI

с

улучшенными

па·

раметрами:

а

принципиальная

-

скважность

высокий

2/3

Uп

начнется

как

После

разрядка

зарядки

на

рующая
ния

и

цепь и

7

достижения

позволяющая

наменять

на

конденсаторе

С1

напряжения

внутреннего триггера, одновременно

через

таймера
не

таiiмера

резистор

откроется

1/3 Uп,

и

R2

напряжение

происходит.

и

с пе­

транзистор

выходной

практически

Когда

транзистор
равно

напряжение

на

нулю,

VTI

новый

выход таймера

цикл

работы.

не связаны

В

этом

работы

генератора

такие

R2;;;. 3

же,

под·

транзистор

генераторе

между собой. Для

следует обеспечить сопротивление

диаграммы

VТI.

конденсаторе

произойдет очередное переключение,

начнется

самовозбуждения
Временнь1е

мультивибратора,

транзисторов

ток течет

конденсатора

закроется

схема

конденсатора.

выводе

С 1 уменьшится до

VTI

-

переключение

выходных

Разрядный
Так

б

сигналов

уровень.

произойдет

реключением
и

схема;

выходных

как

хрони­

возникнове·
кОм.
и

у

преды­

дущего.

Время

зарядки

tз= (Rl + R2) CI
а

время

конденсатора

CI

Jn (Uп- 2 /зUп) =0,693 (Rl + R2) С! ""0,7 (Rl + R2) Cl,
\ Uu- 1 /зUu

разрядки

(5.20)

tv=0,693R2CI ""0,7R2CI.
Период

колебаний, таким

T=tз+tv=0,7(RI
а

частота

образом,

(5.21)

+2R2)Cl,

колебаний

f = 1/Т = 1,44/ [ (R1+2R2)CI].
Важно
т.

е.

не

Так

(5.19)

отметить,

влияет

как

на

что

частоту

R 1+ R2> R2,

Uвых

имеет

высокий

ность

выходного

(5.22)

напряжение

питания

не

входит

в

эти

формулы,

генерирования.

длительность

уровень)

всегда

зарядки

t1

(в

течение

которой

t2.

Скваж­

превышает длительность

напряжения

(5.23)
105


Если

ный

желательно

выходной

лельно

резистору

выведя

тем

зарядки

самым

резистор

конденсатора.

зистором
ные

чего

для

DAI KP!IJOIJB/11

пульсы

со

можно

выходные

скважностью

получить,

транзистор VТI

диодами

Когда

Рис. 5.41. Схема мультивибра­
торов на таймере КР1006ВИI,
обеспечивающая

с

им­

Выходное
метричной
с

регулировать

к симметрии

выход­

высоки,

можно

диодом

VDI.

напряжение

строго

сим-

со

скважностью

резистором

Сопротивление этого

5.41).

эквива­

одним

формы

последовательно

рав­

пределах.

очень

только

-

ре­

Хронирующая

позволяет

не

с

результате

становится

требования

сигналов

в

R 1/R2.

широких

ограничиться

Q=2

добавив

(рис.

ных

в

диод

создает

5.40, 6),

t1/t2

отношение

скважность

цепи

одии

разрядки,

лентным отношению
цепь

VDl,

из

R2

Еще

парал­

диод

последовательно

(рис.

R2

условия

симметрич­

следует

включить

R

включенный

VD2,

иметь

сигнал,

RС-цепи

транзистора

2

полевой

в открытом

состоянии должно быть, по меньшей мере, в сто раз меньше сопротивления

зарядного

резистора

RI,

выходное

напряжение

Когда

открыт

и

конденсатор

2/3 Un,

достигнет
упадет

ется,

если

необходимо обеспечить ошибку

до

низкого

отключая

VТI таймера

высокий

Когда

сработает

компаратор

уровня.

этот

RС-цепь

(рис.

имеет

заряжается.

Cl

2.29)

В

от

источника

чение

и

описанный

конденсатора
циклов

ходных

зарядки

импульсов

и

транзистор

на

напряжение

полевой транзистор

питания,

а

VT 1

конденсаторе
на

выходе

VТI

закро­

внутренний

транзистор

откроется, разряжая конденсатор. Когда напряже­

процесс

RС-цепь

уровень,

напряжение

DAI

момент

ние на входах компараторов снизится до

ность

в симметрии

1%.

менее

будет

отключена
и

от

разрядки

такого

Uп, произойдет новое переклю­

1/3

повторяться.
одинакова.

генератора

Поскольку

источника

Строгая

зависит

при

питания,

от

разрядке

продолжитель­

симметричность вы­

точности.

с

которой

по­

добраны сопротивления резисторов внутреннего делителя, создающего образ­

цовые
для

напряжения

генератора

пряжении

для

компараторов.

по схеме на

параметры

рис.

5.41 VTl

транзистора

Оптимальное

напряжение

от

В. При

до

12

сильнее

15

питания

меньшем на­

сказываются

на

качестве

работы. Частота генРрации fгeн=0,72/(RICJ).
После включения питания, когда напряжение на конденсаторе
нулю,

первый

дующие

в

интервял

выходного

установиншемся

напряжения

режиме.

длится

дольше,

Cl

чем

Продолжительность

его

можно

подавая

равно
после­

равна

to=

=l,l(Rl+R2)Cl.
Частотную

модуJiяцию

колебаний

лирующее напряжение на вывод

вое

напряжение компаратора

5
DAI,

нии

образцового

для

напряжение

же

образом.

на

напряжения
другом

Поскольку

его

входе

1()f}

U 0 бр=2/3 Uп
обеспечения

-

напряжение

зарядки и разрядки конденсатора

реализовать,

моду­

таймера, на котором действует образцо­

Cl,

выводе

на

6-

(рис.

5.42).

срабатывания
должно

При

измене­

компаратора

измениться

выводе 6 определяется

длительность интервалов

t1

таким

временем
и

t2

будет


Рис.

Способ

5.42.

частотной

моду-

Urюд

ляции колебаний
мультивибратора
на таймере KPI006BИI (а) и его

временные диаграммы

(6)

ZfJUn

.fJxo8

"t

1

а)
меняться

- ,

_-а-,,,-Л d>a
"··r~ ~ п п п ~ ...

С!

Q"OA

t

и"~

"и..

пропорционально модулирующему напряжению

успешной работы

5.8.

t

tf)

(рис.

5.42, 6).

Для

необходимо соблюдать условие fгев~fм 0 д.

Мультивибраторы на операционных усилителях

Схема

простого

генератора

прямоугольных

импульсов

на

ОУ

и

временные диаграммы его работы изображены на рис.

5.43, а

и б. В равной

мере

ранее

рассмотренных

они

применимы

н

к

компараторам.

Как

и

в

устройствах на ОУ, выходное напряжение имеет знакопеременный характер

и

изменяется

от

положительного

значения

+ Uвых""' + Un

до

отрицатель·

НОГО -Uвы:r""'-Un.
Операционный усилитель работает в режиме триггера Шмитта за счет
обратной связи через делитель напряжения

VOJ

R2, R3

с выхода на неинверти-

л л"
""~/\V\/
\t

RS

~

~
Выхо9

t

о)

а.)
Рис. 5.43. Генератор
пряжения):
а

-

nриицвпиа.льная

прямоугольных

схема;

б

-

временные

импульсов

на

ОУ

(компараторе

на­

диаграммы

107


рующ 11 й

тора

вход.

К

инвертирующему

хронирующей

RС-цепи.

К

входу

обоим

приложено

входам

напряжение

прикладывается

конденса­

напряжение,

знак кщорого определяется выходным состоянием ОУ. Напряжение на не­
и11вертирующем входе по форме повторяет выходное. Напряжение на ин­
вертирующем

поскольку

входе

периодически

конденсатор

через резистор

С!

изменяется

перезаряжается

по

экспоненциальному

током,

поступающим

закону,

с

выхода

Rl.

Переключение

происходит,

когда

напряжение

на

инвертирующем

входе

начинает превь1шать по абсолютному значению напряжение на другом
де.

При

описании

равенстве

процесса

напряжений

напряжения

Период

весьма

на

обоих

-

мало

колебаний

допускают,

RС-цепи, но и от соотношения
пряжений
входе

и

напряжение

выходе
щем

+Uп

действует

входе

входах,

единицы

зависит,

равно

нулю

поскольку

образом,

С!

реальное

не

только

разряжен

относительно

положительное

от

параметров

и

общего

напряжение

на

провода,

Uвых(+).

На

поэтому

положительно:

(5.24)

Конденсатор С 1 будет заряжаться через резистор

Uвых(-)·

напряжения

на

выходное

обоих

входах

напряжение

Напряжение на

R2+R3

до

тех

пряжению
редное

и

пор,

пока

новый

Интервалы
работы

сменится

произойдет

на

на

выходное

(5.25)

на

конденсаторе

неинвертирующем
напряжение

снова

не

станет

входе.

равным

Произойдет

станет

где

времени

между

переключениями

следующими

в

установившемся

режнме

соотношениями:

!Uпых(+)I +ВIUвыхнl

,

( 5 .2G)

JUвьixнl+BJUвыx(+JI
В( 1Ипых(+)!+1 Ивых(-) J)

,

(5.27)

(3=R3/(R2+R3).

Когда
валов

J+Uпl=l-UпJ,

(5.28)
то

выражения

для

расчета

временных

интер·

упрощаются

!+!:\
t1=!2=RICI ln - - - •

(5.29)

1-1:\

Если в последнее уравнение подставить значение

108

на­

оче­

положителhным,

В( 1Ивых(+)1+1 Ивых(-)1)

t 2 = R1с 1 ln

его

отрицательное

цикл.

характеризуются

ti=RICI ln

скачком

перезарядка конденсатора С!. Она длит­

напряжение

(отрицательному)

переключение,

начнется

R 1.

сравняются,

=-1:\Uвых(-).

После переключения начнется
ся

ОУ

неинвертирующем входе станет
RЗ

-Uобр=-Uных(-)

на

неинвертирую·

+RЗ

и

на­

инвертирующем

RЗ

перекл,ючение

11рн

превышение

Uобр=Uвых(+) -2 R =!:\Uвых(+).

Когда

вхо­

происходит

В момент включения питающих

R2/R3.

конденсатор

переключение

милливольт.

таким

-Uп

напряжение

что

!:\

из

(5.28),

то


t1=t2=RICI ln[l+(2RЗ/R2)],
период

(5.30)

колебаний

T=2R!CI ln[1+(2R3/R2)]
и

частота

(5.31)

генерирования

f=l/T.
При

(5.32)

R2=R3

формулы упростятся еще

более

T=2,2RICI,

(5.33)

i = 1/ (2,2R1C1) =0,45/ (RI CI).

(5.34)

·параметры самого
выборе

отношения

дельно

допустимым

вочниках).

ОУ

в

расчетные формулы

сопротивлений
входным

Обычно

оно

не

входят.

необходимо

R3

синфазным

равно

Резисторы смешения

и

R2

напряжением

(0,5 ... 0,7) Uп,

в

Однако

считаться

(указывают

зависимости

от

при

с

npe·

в

типа

спра·

ОУ.

и RС-цепь образуют мост, к измерительной

R2, R3

диагонали которого подключены входы ОУ. Устройства с мостовыми время­
эадающими цепями обладают повышенной стабильностью частоты генерации,

поскольку здесь чувствительный элемент
значение
ниями

напряжения

конденсаторе,

(ОУ)

а

на

реагирует не

разность

на абсолютное

между

дву'Ая

значе·

напряжения.

Соотношение
в

на

границах

определяющее

R3/R2,

О, 1... 1.

Выбор

номиналов

порог

переключения,

резисторов

и

R2

берут обычно
в

R3

достаточной

мере произволен, так как здесь важно их отношение. Следует, однако, счи·
таться и с входным
зарядки

током

конденсатора

должны быть хотя бы в
тивления

Для

делителя

-

микросхемы: ток через делитель

(минимальные

от

значения

перед

-

R2, R3

раз больше входного тока ОУ. Типовые сопро·

10

десяти

до

нескольких

сот

килоом.

регулирования частоты колебаний достаточно резистор

переменным.

Иногда

Максимальная

прямоугольную

частотой

управляют

частота, при

форму,

и ток

срабатыванием)

которой

ограничена

В сравнении с быстродействием

изменением

выходные

R1

выбрать

соотношения

R2/RЗ.

импульсы еще сохраняют

быстродействием

цифровых микросхем

конкретного

типа

ОУ.

оно обычно невелико,

Для ОУ широкого применения генерация прямоугольных импульсов ограни­

чена десятками килогерц. Генератор сохраняет работоспособность и на боJ1ее
высокой

частоте,

становится

но

из-за

малой

трапецеидальным

Из соотношений

или

крутизны
даже

(5.26) и (5.27) следует,
T=t 1 +t 2 зависят от

чит, и период колебаний
и,

следовательно,

нестабильность

фронтов

выходное

напряжение

треугольным.

что интервалы

t1

и

t 2,

а

зна·

уровня выходного напряжения,

напряжения

источников

питания

отража·

ется на этих параметрах. Стабилизация выходного уровня, как показано на
рис.

5.44,

два

включенных

улучшает

показатели

генератора.

встречно стабилитрона

Для

VD 1

и

стабилизации

VD2

используют

либо один двуханод·

вый стабилитрон. Во время положительного полупериода выходного напря·
жения
ном

-

VD 1

действует как диод, а

наоборот.

носительно

Так

нулевого

VD2 -

обеспечивается

уровня.

как стабилитрон. При отрицатель•

симметрия

Резистор

R4

выходного

ограничивает

напряжения

ток

через

от·

стаби·

109


Ю40!1Дfl

DAf

Рис. 5.44. Схема стабилизации вы­
ходных уровней генераторов на ОУ
(компараторе напряжения)

Рис.

Схема

5.45.

моугольных

генератора

импульсов

1),

равен

Сопротивление
стабилизации

служит

буфером

R4

резистора

обоих

ОУ

Кl40УД12

дитроны. Второй ОУ, включенный повторителем напряжения
усиления

пря­

на

между

для

стабилитронов

генератором

случая,

равны,

когда
можно

(коэффициент

и

нагрузкой.

значение
найти

напряжения

по

следующей

формуле:

R4= [ 1Uв ых 1-{Uст +О,7В)] /Iст
где

он

!Uвыхl -абсолютное значение

работает

в

стабилизации
билитрона

Выходное

одна

для

резистора
До
для

то

стабилитрона;

Iст min -

минимальный

в

напряжение

рассматриваемого

Управлять скважностью,
для

R5

ток

поскольку

напряжение

-

стабилизации

ста­

если

генератора

имеет

это требуется,

Если

полуnериода

выходного

используют обе цепи,

симметрич­

можно,

как

R5, VD3

и

и

в

Rб,

напряжения, дру­

можно обойтись

без

RI.

сих

пор

при рассмотрении генераторов

применяют

относительно
использован

эдесь создан
и

Uст

резисторно-диодными цепями

положительного

двух полярный

общего

генератора с однополярным
1юсти

выходе ОУ;

1Uвых1~1Uп1;

справочниках).

отрицательного.

питания

-U 0

на

режиме,

ранее описанных устройствах,

VD4 гая -

напряжения

импульсном

(указан

ную форму.

(5.35)

mln,

-

На

ОУ предполагалось,
с

5.45

рис.

показана

прибор

делителем

сопротивления.

тип

Резистор

1(6

из

0

схема

и

такого

потребляемой мощ-

К140УД12.

напряжения

что

+U

напряжением

питанием. Для уменьшения

микромощный

искусственно

одинакового

провода.

на

источник

двух

задает

Общий

провод

резисторов

управляющий

R4
ток

микросхемы. В остальном схема не отличается от ранее рассмотренных.
Расчет частоты генерации можно выполнять по формуле

действие
ограничен

микросхемы

К140Уд12

десятками килогерц.

напряжением

не

очень

Генератор

велико,
устойчиво

и

(5.31).

частотный

работает

при

питании

100 мкА. Относи­
тельная нестабильность частоты генерации Лfr.отв менее 2% при изменении
напряжения питания от 10 до 15 В; менее 4% при изменении от 5 до 10 В
и менее ± 1о/о для питающего напряжения 10 В± 10%.

110

5."15

В. Потребляемый ток не превышает

Быстро­

интервал


Генератор с фазовой
частоты К564ГГ1

5.9.

Микросхема К564ГГ1
многочисленных
дуляцию,

зование

применений

синтез

и

относится к числу универсальных. Среди ее

можно назвать ч_астотную

умножение

напряжение-частота,

частот,

состав

устройства

фазовый
ные

входят:

компаратор

ФК,

Главный узел

R 1Cl).

импульсы

со

-

частотную

синхронизация

Принцип фазовой автоподстройки
В

автоподстройкой

фильтр

ГУН.

поясняет рис.

частоты

напряжением

(меандр)

и

5.46.
ГУН,

(интегрирующая

вырабатывает однополярные

Q=2

демо­

преобра­

[ 4, 19, 25].

(ФАПЧ)

управляемый

низкой

Он

скважностью

сигналов

частоты

генератор,

модуляцию и

дискриминацию,

цепь

прямоуголь­

амплитудой,

близкой

к

напряжению питания. В отсутствие управляющего входного сигнала частота
колебаний определяется внешней

рисунке не показана).

Вы­

ходное напряжение ГУН подано на один вход фазового компаратора

RС-цепью

(на

ФК,

а на второй его вход поступают внешние сигналы.
Фазовый

сигналами

компаратор

и

импульсами

регистрирует

с

разность

выхода ГУН,

фаз

преобразуя

между

ее

в

внешними

импульсы, дли­

тельность которых пропорциональна этой разности. В роли фазового компа­

ратора
рис.

часто

живаются

не

цепью

рассогласования.

приближая

стоты

логический

однОП(IЛЯрные

интегрирующей

напряжение
тора,

используют

Выходные

2.6).

ее

к

частоты),

управляет

сигнала

ИЛИ

компаратора

до тех

формируя

частотой
пор,

(см.
сгла­

пока

генера·
обе

ча­

сравняются.

Напряжение рассогласования
ду

низкой

напряжение

входного

Исключающее

фазового

(фильтром

Это

частоте

элемент

импульсы

импульсами

на

входах

является

компаратора,

функцией фазового сдвига
что

определило

название

меж­

метода

автоподстройки.
Как следует из описания,
фильтра

в

следует

качестве
Если

за

выходного

обе

представляет

напряжение рассогласования на

изменениями

сигнала

частоты,

меандр,

а

позволяет

преобразования

последовательности

собой

что

импульсов

в

роли

частота

равны

фазового

-

по

конденсаторе

использовать

его

напряжение.
частоте

компаратора

и

каждая

использован

логический элемент Исключающее ИЛИ, напряжение рассогласования связа­

но

с

фазовым

сдвиге в
равно
или

90°

углом

линейной

зависимостью

напряжение рассогласования

О,5Uп,

а

соответствующая

ему

(рис.

5.47).

При

фазовом

(управляющее напряжение ГУН)

частота

f0

называется

центральной

свободной.
После

нениями

захвата входного сигнала система

его

Пределы
частота

продолжает следить за изме­

частоты.

перестройки

значительно

частоты

отличается

от

ГУН

ограничены

частоты

входного

и,

если

сигнала,

центральная
захвата

про-

ЛЛll.'IJIJ

Рис.
схема
зовой

Структурная
генератора с фа­
автоподстройкой

5.46.

Сигнон
PflШIRtl·

r:оdония

111


~

t--------•

11

;
1

0,51/n

:
Сигнал
fШССОё/J{!·

cotfшt!!il

Рис.

180 ?- ljlfJ/J

90

о

Зависимость

5.47.

Рис, 5.48. Схема системы фазовой
подстройки с делителем частоты

напря­

жения рассогласования от фа­
зового

стей

угла

последовательно­

импульсов

зового

авто·

на

компаратора

входе
на

фа·

осно·

ве логического элемента
ключающее ИЛИ

Ис·

исходить не будет. Полосу частот для входных сигналов, в которой система
ФАПЧ будет синхронизировать первоначально несинхронизированные сигна­
лы, называют диапазоном захвата частоты
сигналов,

в

рованных

сигналов,

(2fL).

которой

система

сохраняет

определяют

как

(2f о).

Частотную полосу входных

синхронизацию
диапазон

уже

засинхронизи·

автоподстройки

частоты

Диапазон захвата не может превышать диапазона автоподстройки

Если выход ГУН и вход компаратора соединены через делитель частоты

с Кдел = N, то часота автоподстройки ГУН будет в N раз выше входной
(рис. 5.48).
· Интегрирующая цепь играет роль сглаживающего фильтра и служит для
выделения

постоянной

составляющей

прямоугольных импульсов

(рис.

5.49).

из

последовательности

однополярных

Параметры этого фильтра имеют су-

и

t
Рис.

5.49.

Сглаживание

интегрирующей

Рис.

5.50.

значение

импульсов

цепью

Структура
выводов

микросхемы К564ГГ!

и ее внешние компоненты. На­

миJ(росхемы:

1 - выход фазовых импуш,сов; 2 - выход фазового компаратора ФКI: 3 - вход ком­
параторныi!; 4 - выход ГУН; 5 - вход блокирующий ГУН и усилитель-повrоритель;
7 - конденсатор ГУН; 8 - общий провод; 9 - вход управляющий ГУН и уси­
лителем-повторителем; JO - выход усилителя-повторителя; 11- внешний резистор Rl;
12 - внешний резистор R2: 13 - выход фазового компаратора ФК2; 14 - сигнальный
вход; 15 - катар, стабилитрона; 16 - питание
0
6 lf

+u

11а


щественное значение для
постоянная

времени

ровать на

успешной

определяет

изменения входной

работы

скорость,

частоты.

с

системы

ФАПЧ,

которой

система

Кроме того,

поскольку
может

от постоянной

его

реаги­

времени

зависит и качество работы ГУН: чем больше постоянная времени, тем лучше
сглаживание,

фильтру
сатор

но

зато

меньше

напряжение

на

конденсаторе.

Благодаря

улучшается также помехоустойчивость системы, поскольку конден­

фильтра

няет среднее
сигналы

служит

как

значение

бы

кратковременной

управляющего

накладываются

импульсные

памятью,

напряжения

ГУН,

которая

когда

на

сохра­

входные

помехи.

Логическая структура микросхемы К564ГГ 1 вместе с навесными ком110нентами,

обеспечивающими

рис.

Собственно микросхема содержит: усилитель-формирователь вход­

5.50.

нормальное

функционирование,

показана

на

ного сигнала УФ; два фазовых компаратора ФКI и ФК2; генератор, управ­
ляемый

напряжением

ритель);

стабилитрон

рон

-

не

имеет.

ГУН;

VD 1

вспомогательный

Его

усилитель-повторитель
с

напряжением

элемент

подключают,

щего напряжения. Микросхема
ные узлы

(ГУН,

пользованы

ФК)

и

когда

имеют

прямого

есть

УП

(истоковый

стабилизации
отношения

надобность

в

к

5,6

В.

узлам

повто­

Стабилит­
микросхемы

стабилизации

питаю­

выполнена так, что отдельные функциональ­
внешние входы

и

выходы

и

могут быть ис­

самостоятельно.

Сердце прибора - ГУН. Его частоту определяют навесные компонен­
RI, R2 и С!, а также внешнее напряжение на управляющем входе (вы­
вод 9).
Сопротивление
управляющего
входа очень
велико - примерно
10 12 Ом. Также велико входное сопротивление усилителя-повторителя. Бла­
ты

годаря

этому,

схема

фильтра

низких

частот

может

быть

простейшей

с

широким выбором соотношений номиналов. Это важное достоинство микро­
схемы, так
мальных
метров

как

пет левого

Частота
входе

на

практике в

результатов

(рис.

нередко

устройствах

требуется

с

ФАПЧ

для

получения

опти­

подборка

пара­

экспериментальная

фильтра.

генерации

линейно

Рисунок

связана

с

напряжением

на

управляющем

R2. Зависимость
центральной частоты генерации f 0 от емкости конденсатора С 1 и сопротив­
ления резистора RI в отсутствие резистора R2 (т. е. при R2=oo) представ5.51).

5.51,

б поясняет роль резистора

о)
Рис.

5.51.

жения

а

на

- R2=0;

Зависимость частоты
управляющем

б -

генерации

микросхемы

К564ГГ!

от

напря­

входе:

R2>0

113


%~}и.

58 "
IJB

10

/{)В

5В

159

f

Рис.

Зависимость

5.52.

частоты

И

Rl

f!l~

10 2

10

генерации

С!

Влияние резистора

Генерацию

на смещение частоты характеризует

на

описан

(вывод

выводе

напряжение

5

этом

Для этой

управляющий также и

5),

повторитель включены, при
при

Метод расчета значений

компонентов

далее.

по желанию можно прервать.

вход «Запрет»

ности

R2

влияет на частоту генерации.

времязадающей цепи

Когд.а

Рис. 5.53. Зависимость частоты сдви­
га от значения
R2 и С 1 (R = оо;
Uвх гун=О)

значения

Как следует из этих рисунков, напряжение питания в небольшой

5.53.

степени

5.52.

центральной
от

Uвх гун=О,5Uп)

(R2=oo,

лена на рис.
рис.

f0

низкого

цели

предусмотрен

усилителем-повторителем.

уровня,

генератор

высоком они бездействуют

и

уснлитель­

и потребление мощ­

минимально.

Как отмечалось, выходное напряжение генератора
вид прямоугольных импульсов

со

(на выводе

Q =2.

скважностью

4)

имеет

Для обеспечения

ре­

жима фазовой автоподстройки эти импульсы подают на фазовые компарато­

ры

(вывод

непосредственно

3)

В дальнейшем для
сигнал,

будем

сигналы

на

подводить

ным
ный

114

делитель

частоты.

если

к сигналам

а

второй

-

компараторным.

усилителя-формирователя
они

по

микросхем

амплитуде

КМОП:

(вывод

Внешние

14)

можно

удовлетворяют

извест­

U 0 вх~О,3Uп

U 1 вх;;;.

и

конденсатор.

микросхема

позволяет
их

входе
ра

триггерный

Сигналы меньшей амплитуды следует подавать через разделитель­

различи~,
вия

через

сигнальным,

непосредственно,

Реальная
это

называть

вход сигнального

требованиям

;;;;;. О,7Uп.

или

удобства изложения вход, на который подают внешний

расширить

К564ГГI
ее

содержит два

функциональные

фазовых

возможности.

компаратора

-

Компараторы

что дает возможность разработчику выбирать оптимальные усло­

работы

(вывод

в

14).

соответствии

Режим

с

ФАПЧ

характером

реализуют

напряжения

путем

на

сигнальном

подключенля

RЗ фильтра низкой частоты к выходу одного из компараторов

резисто·

-

к вы·


Рис. 5.54. Временнь1е диаграммы работы
микросхемы К5564ГГ1 с замкнутой петлей
фазовой
автоподстройки
(задействован
фазовый компаратор ФКI):
А - входные
сигналы;
Б - выходные
сигналы
ГУН (входные для компаратора): В - выходные
сигналы фазового компаратора ФКl; Г - сигна­
лы рассогласования
(сравни с рис. 5.46).

r
воду

либо к выводу

2

торный выход

(вывод

Фазовый

13. Компаратор ФК2 имеет дополнительный индика­
1), о котором будет сказано далее.

компаратор

Исключающее

ИЛИ.

ФКl

Диапазон

представляет

собой

автоподстройки

логический

максимален,

элемент

когда

импуль­

сы, действующие на сигнальном входе и входе компараторов, имеют скваж­

ность

Временные

2.

жены на
Из

(т.

е.

вому

рис.

рис.

на

диаграммы

5.54.
5.47 следует,

управляющем

сдвигу

между

что

входе

сигн·алами

При сдвиге фаз

системы

напряжение

на

генератора)
на

входах

напряжение на

90°

фазовой

автоподстройки

конденсаторе

прямо

С2

изобра­
фильтра

пропорционально

конденсаторе С2 равно О,5Uп. Вы­

ходная частота генератора

в этом случае соответствует центральной

кой же режим

в отсутствие сигналов

образуется

Система ФАПЧ с компаратором

фазо­

компаратора.

ФКl

на сигнальном

f0 •

Та­

входе.

обеспечивает устойчивую синхро­

низацию и при наличии помех на сигна;11ьном входе. Для этого компаратора
диапазон

захвата

оптимальном

обусловлен

случае

равен

характеристиками

диапазону

фильтра

низких

частот

и

в

автоподстройки.

Следует учитывать, что логический элемент Исключающее ИЛИ в роли

фазового компаратора может обеспечивать синхронизацию и в том случае,
когда частоты входных сигна,,лов близки к гармоникам центральной частоты

управляемого генератора
Фазовый
управляющего

жащего
узлом.

ГУН.

компаратор

ФК2

устройства

формирователи
Компаратор

на

ФК2

и

состоит

узла

с

из

тремя

транзисторах
срабатывает

четырех

триггеров,

выходными

рпо

и п-МОП

логического

состояниями,

с

общим

положительному

содер­

выходным

перепаду

на­

пряжения на обоих входах. Поэтому скважность сигналов, поступающих на
сигнальный

вход,

Если частота

воде

3

не влияет на

ГУН

диапазон

автоподстройки.

выше входной частоты или фронт импульса на вы­

опережает фронт сигнала

на выводе

14 на какое-то время Лt', то

в теqение этого времени на основном выходе ФК2
сигнал

низкого

уровня,

который,

пройдя

через

(вывод

фильтр,

13)

будет

присутствует
снижать

ча­

стоту генерации ГУН. Остальную часть периода основной выход нах;дится
в третьем состоянии

(отклюцено).

Сходнь1м образом действует компаратор ФК2 при отставании импульсов
на выводе 3 от сигналов на выводе 14 с той лишь разницей, что его вы­
ходное

напряжение

Когда

сигналы

фазовый сдвиг

зывается

будет

на

между

замкнутой,

высокого

обоих

уровня.

входах компаратора совпадают по

ними отсутствует, т. е. система

основной

выход

ФК2

переходит

частоте и

автоподстройки ока­

в

третье

состояние

115


) а на вспомогательном выходе - выводе 1 - появляется напря(отключено,

жение

высокого

уровня,

частот -·входной

Фильтр
как и

в

и

которое

служит

управляемого

низкой

частоты,

показателем

подключенный

случае с компаратором

синхронности

двух

генератора.

ФКI,

к

выходу

сглаживает

этого

компаратора,

выходные импульсы и

постоянное напряжение на конденсаторе С2, перестраивает управляемый
нератор

так,

чтобы

сигналы

на

компараторном

и

сигнальном

входах

re·

ком·

паратора сравнялись по частоте и по фазе. В этом устойчивом состоянии
формирователи на транзисторах р-типа и n-типа отключаются н выход фа·
зового компаратора оказывается
пряжение

на

конденсаторе

сопротивление

генератора

С2
и

в третьем
сохраняется

(отключенном)
неизменным,

усилителя-повторителя

время уровень напряжения на втором выходе
(«Фазовый импульс»)
состояния

состоянии. На­

так

очень

(вывод

1)

как

входное

велико.

В

это

компаратора ФК2

становится высоким, что может служить индикатором

синхронизации.

Таким образом, прн работе компаратора ФК2, в отличие от ФКI, сдвиг
фаз

между сигналами

стотном

диапазоне

на

сигнальном

управляемого

формирователей р- и

n-тнпа

и

компараторном

генератора

входах

отсутствует.

большую часть периода

Так

во всем

как

ча­

выходы

входного сигнала от·

ключены, мощность рассеяния, обусловленная наличием фильтра низких ~;а­
стот,

в

этом

Таблиц а

случае

5.1.

меньше.

Свойства микросхемы К564ГГ1 с компараторами ФКJ и ФК2

Параметр

ФК-1

ФК-2

1

Частота генерации при
отсутствии сигналов на
сигнальном входе

При
замкнутой
петле
автоподстройки
частота
генерации
ГУН
равна
центральной fo

Сдвиг

На

фаз

налами
и

между

на

сиг­

сигнальном

компараторном

вхо­

центральной

сдвиг
цах

фаз

диапазона

стройки
жается к

дах

Возможность захвата на
гармониках

90°;

частоте

на

При

замкнутой

автоподстройки

генерации
ГУН
равна
минимальной fm1n

Всегда

0°

кон­

стройкой

автопод·

сигналов
тельному

(2fL) прибли­
0° и 180°

петле
частота

с

автопод·

по

фронту

(по положи­
перепаду)

Имеется

Не имеется

Высокая

Низкая

центральной

частоты

Устойчивость
хам

на

к

поме­

сигнальном

вхо-

де

Диапазон
екай

ты

автоматиче-

подстройки

ГУН

2fL=fmax-fm1n

часто-

(2fL)

Диапазон
захвата
стоты ГУН (2fc)

ча-

Зависит
фильтра

ты;

от

параметров

низкой

fc=fL

часто-

fc<fL

Центральная частота

Выходная

(fo)

входе действует напряжение

116

частота

ГУН, если

на

управляющем

Uyпp=Uo/2


СJiедует
с

также отмет1пь,

компаратором

низких

частот.

ФК2
При

равен

что диапазон
диапазону

отсутствии

на

синхронизации системы

захвата

и

сигнальном

ФАПЧ

не

зависит

от

фиJiьтра

входе

сигнала

компаратор

ФК2 настраивает управJiяемый генератор на минимальную частоту.
Компаратором

ФК2

можно

управJiять

не

только

прямоугольными

им­

пульсами, но и синусоидальным напряжением. Типичные временш;1е диаграм­
мы сигнаJiов системы ФАПЧ с компаратором ФК2 в состоянш1 синхрониза­
ции даны на

рис.

5.55.

РазJiичия в свойствах снстемы
компараторами

указаны

в табJI.

ФАПЧ микросхемы К564ГГ1

Назначение усилитеJiя-повторитеJiя УП
напряжение

Этот

рассогласования

без

усиJiитель имеет очень

-

выделять на внешней нагрузке

шунтирования

фильтра

используют,

ния

резуJiьтат

и

как

цепи фильтра
де,

на

собой

например,

частотного

в

системах

Напряжение рассо­

1.

автоматического

детектирования.

конденсаторе

(вывод

представляя

частоты.

Если

регулирова­

постоянная

времени

меньше периода изменения частоты на сигнаJiьном вхо­

R3C2

напряжение

повторителя

низкой

большое входное сопротивление и сравнитель­

но малое выходное. Его коэффициент усиления равен
гласования

с разными

5.1.

будет

10)

результат

С2,

а

значит,

следовать

частотного

за

и

на

выходе

изменениями

усилителя­

этой

частоты,

детектирования.

Рекомендуемые предеJiы значений навесных компонентов:

10

кОм до

1

мОм; минимальная емкость конденсатора С!

мальная особо не оговаривается, но более

1

R 1 и R2 - от
- 100 пФ, макси­

мкФ не употребляют. С учетом

fZ/Rf

А

_jL ___ jfl_ ___ _JL

5

__п_

8

_n_.'\в:;;§ кo;/1[//ltz~-;;;;·-u· -~Un

r

(/ mpemuttf

д~---

---u-

5.55.

Временнь1е

фазовой

фазовый
А

-

К564ГГI

диаграммы

с

замкнутой

автоподстройки

компаратор

входные

IJ8

tO

(llШKЛ/ll'lt'lflllll'f) CilCШilЯll/11/

------.....__

микросхемы

108

___ Гl ____ГL

_,,,,,,.-----

Рис.

!01

сигналы;

работы

петлей

(задействован

!О''

ФК2):
Б

-

выходные

сигналы

ГУН (входные для компаратора); В - выходные
сигналы фазового компаратора ФК2. Г - управ­
ляющее
напряжение
на
входе
ГУН;
Д - им­
пульсы на выходе фазового компаратора (сравни
с рис. 5.46)

Рис. 5.56.
fmax/fmin

Типичные значения отношения

R2/R 1

в функции от отношения

117


специ

ф ики

ра

боты конденсатора с компаратором ФК2 ток утечки конден-

ж ен быть очень малым. Минимальное сопротивление нагрузки
дол

сатора
усилите

п
повторителя 10 кОм. Когда УП не используется, его выход
л ~-

(вывод 10) оставляют свободным.
Как и другие микросхемы серий К564 и К561,

способна

работать

в

широких

пределах

микросхема

К564ГГ1

напряжения

питания -

от

3 до

оговоренные

техническими

усло-

в.

15

Высшие

значения

частоты

генерации,

виями: fmax=0,3 МГu (Uп=5 В); fmax=0,6 МГц (Uп= 10 В); fmax=0,8 МГц
(Uп=

15

В).

Параметры

граммам

времязадающих

(см. рис.

цепей

и

5.52, 5.53

генератора

рассчитывают

по

номо­

в определенной последовательности в

5.56)

зависимости от режима работы:

(R2= оо):
f0 и задавшись значением одного
из компонентов (R 1 или С 1), определить другой (С 1 или R 1).
б) задано fmax. Надо определить f 0 =fmax/2 и затем по f0 рассчитать
R 1 и С 1, как указано в п. а.
2. Генератор работает со сдвигом частот (R2 7'= оо):
а) заданы f0 и fL. Надо определить fmin=fo-fL и, пользуясь рис. 5.53,
по fmin определить R2 и С 1; рассчитать
1.

Генератор работает без сдвига частот
а)

задано

fo.

Пользуясь рис.

по

5.52

пользуясь рис.

5.56, по отношению fmax/fmin определить отношение R2/Rl,
R 1.
б) заданы fmin и fmax. По fmin из рис. 5.53 следует определить R2 и
Cl, рассчитать fmax/fmin; по fmax/f m1n из рис. 5.56 определить R2/R 1;
зная R2, легко найти R 1.
Номограммы, показанные на рис. 5.52 и 5.53, усредненные. Для кон­
чтобы получить

кретных

но

экземпляров

потребуется

микросхем

корректировка

в

ходе

В некоторых работах, например, в
микросхемой типа

регулирования

расчетных

генератора

возмож­

значений.

[25],

на основании опыта работы с

(за рубежный аналог отечественной К564 ГГI)

4046

мендуется усложнять схему фильтра

(рис.

для

5.57)

реко­

повышения устойчиво­

сти работы. С таким фильтром низкой частоты в петле автоподстройки не
возникают

выбросы напряжения

рактера

в

и

то же время

и

переходные процессы

сохраняется

достаточно

колебательного ха­

быстрая

реакция

на

из­

менения частоты напряжения на сигнальном входе. Сопротивление резистора

R4

выбирают в

3 ... 10

раз меньше, чем

R3.

Практически апробированные зна­

чения параметров фильтра:
С2=0,1
В

тех

случаях,

используемыми,

5.57.

Схема

RС-филыра
улучшенными
раметрами

118

с
па­

когда

вывод

4

кОм,

компараторы
следует

дом

ГУН либо с плюсовым

вод

14

Если

Рис.

R3=470

кОм,

R4=47

мкФ.

качестве

можно

оставлять

микросхему
генератора

равляемого

или общим

с

не­

выхо­

проводом, вы­

свободным.

К564 ГГI

используют

прямоугольных

напряжением,

остаются

соединять

то

могут

ми и нетиповые способы включения

только

импульсов,

оказаться

в
уп­

полезны­

[32]. На рис. 5,58


tUrt

·U,,

R?

ПА

16

Выхоd

J

(}

1011

r:t

f

12

К!

flJOк

R2

8 11

RJ

К58ЧГП

Рис.

Схема

5.58.

нератора

!ООк

регуJiируемого

прямоугоJiьных

на микросхеме К564ГГ1,
вающая fвых min=O
изображена
до

схема

значения,

ге­

Рис.

импульсов

обеспечи­

регуJiируемого

определяемого

5.59.

мого

Ч,711

J

Вариант схемы регулируе­

генератора

пуJiьсов

генератора

сопротивлением

на

с

частотной

Переменный резистор

ты.

микросхемы через высокоомный резистор

вым

проводом

питания,

а

не

с

и

им­

К564ГГ1

полосой

резистора RЗ

денсатора

Cl.
Вывод 12

прямоугоJТьных

микросхеме

от

нуJiя

емкостью

кон­

служит для плавного изменения часто­

Rl

общим,

соединен с плюсо­

R2

как обычно. Такое включение обеспе­

чивает срыв генерации в нижнем положении движка резистора

В отсут­

R 1.

ствие резистора R2 при нулевом напряжении на уnравляющем входе ГУН
(вывод

ницы

9)

генерация

герц.

Следует

пряжение
и

на

низкого

На
для

выходе

ГУН

что

после

(вывод

срыва

может оказаться

4)

-

колебаний

доли

или еди­

постоянное

как

на­

высокого, так

уровня.

рис.

показан вариант подключения резистора

5.59

задания

деляется

сохраняется с очень низкой частотой

отметить,

минимаJiьной

номиналами

денсатора

С1 и

частоты

элементов

генерации.

С1 и

суммой значений

а

R9,

минимальная

сопротивления

R2+ RЗ.

к выводу

R2

Максимальная

-

частота

12

опре­

емкостью кон­

Соответствующей

подборкой этих резисторов можно установить желаемое соотношение между
максимальной

и

минимаJiьной

Мю,росхема

5.10.

частотами.

К1108ПП1

напряжение-частота

К
В

чисJiу

функциональном

генератор

относится

отношении

может

частота

(или току),

либо для

(U /f),

входного сигнала в

U /f

которое

зависимости

жительным

она

которых

т. е.

выполнения

микросхема требует

либо

преобразования

от

способа

отрицательным

f/U

преобразователь

и

быть

микросхема
использована

пропорциональна

обратного

(f/U).

относительно

-

ча­

частоты

-

В режиме преоб­

входного

напряжения,

выводов

может

быть

общего

провода.

В

поло­

случае

выходное напряжение положительно.

Функциональная схема микросхемы КР1108ПП1 дана на рис.
образователь

как

аналого­

напряжение

преобразования

однополярного
соединения

К 1108ПП 1.
двояко:

входному

как преобразователь

пропорциональное напряжение

разования
в

-

частота-напряжение

универсальных

импуJiьсов,

вому напряжению

стота

и

содержит:

операционный

усилитель

DAl,

ется как активный интегратор; компаратор напряжения

который

5.60.

Пре­

использу­

DA2; одновибратор
119


tJ

!О

6

g

5

llCfl/01/llUI(

2

r!lo1<a

·{!,,z ft58)
Рис.

Функциональная

5.60.

схема

микросхемы

КР 11ОSПП1.

Назначение

выводов:

1-

инвертирующий

тора,

6 -

ние+ Un 1;

на

13 - аналоговый

основе

ем

ключи

источники

выводов

и

Uon

режим

внешними

DАЗ;

(условно
GЗ;

асинхронный

буферный

тока

каскад

обеспечивают

компонентами

-

одновибра­
вход

ком­
пита­

12 -

вход

показанные как

стабильного

работы

конденсатора

9 - неинвертирующий
11 - общий провод;

14 - неинвертирующий

напряжения

напряжения

Требуемый

подключение

5-

частотный выход;
вход компаратора;

SAl-SAЗ

блокирования;

VTl.

-

выход;

компаратора

образцового
стор

питаиие-Un 2 ;

4-

вход;
7
инвертирующий

10 -

эдектронные
ройство

вход;

блокирующий

паратора;

RS-триггер

DD 1;

контактные);

уст­

G 1 G2 и опорного
и

выходной

надлежащим

резисторами

и

транзи­

соединени­

конденсаторами.

Амплитуда выходных и входных импульсов сог.1асована с уровнями сигна­
лов

микросхем

ТТ Л.

Упрощенная

схема

напряжения в частоту
ния

или

тока

резистора
нейно

Sl

на

[8].

выполняет

и

рис.

активный

конденсатора

изменяющееся

5.61,

а

Основное

напряжение,

интегратор,

На

Cl.

поясняет

принцип

преобразования

преобразование постоянного напряже­

выходе

скорость

состоящий

интегратора

изменения

из

ОУ

образуется

которого

DAI,
ли­

пропорцио­

нальна входному сигналу. В момент

t 1 (рис. 5.61, 6), когда это напряжение
DA2 возникает положительный перепад
напряжения, переключающий триггер DD 1.
Напряжение высокого уровня
на выходе триггера пере!{ЛЮЧит ключи SA 1-SАЗ
(их условные контакты
равно нулю, на выходе компаратора

примут положение, указанное на схеме). Одновременно откроется выходной
транзистор

VТI.

Ключ SA 1 соединяет источник постоянного тока G 1 с инвертирующим

входом ОУ DAl. На этом входе действуют два сигнала разной полярно­
сти - входной и источника постоянного тока. В нормальном режиме работы

1IG11 > Uвx/RI,

поэтому конденсатор С 1 заряжается постоянным током от­

рицательной полярности, Напряжение на выходе ОУ

120

DAI

линейно возраста-


uh

а)

Вшшil

ет.

Одновременно

G2

через ключ
Когда

начинается

п

конденсатора

1

1

1

t,

t"

i:,
tJ)

",

С2 от источника

тока

Ключ SАЗ разомкнут и не препятствует зарядке.

SA2.

напряжение на

ется с образцовым

зарядка

п

(tlы!uiJ 1) ..._..____.__.____...___.__

Рис. 5.61. Упрощенная схема микросхе­
мы К! 108ПП! в режиме преобразова­
ния напряжения
в частоту (а) и ее
временнЬrе диаграммы (6)

инвертирующем

(опорным)

входе компаратора

DАЗ

сравня­

Uоп, приложенным к другому входу, на вы­

ходе компаратора возникнет перепад напряжения, который переключит триг­
гер

DD 1

чение

в исходное состояние, в результате чего произойдет новое переклю­

ключей

Источник

SAl-SAЗ и
тока

транзистор

ключом

GI

SAI

VТ!

(момент

будет

закроется.

t 2)

соединен

с другой

обкладкой

конденсатора С 1, и начнется его перезарядка, а напряжение на выходе ОУ

DA 1

будет

денсатора

уменьшаться.
С2

Вследствие

прекратится,

а

размыкания

замыкание

ключа

ключа
SАЗ

SA2

вызовет

зарядка кон­
быструю

его

разрядку.

С
мент

понижением
tз)

напряжения

на

выходе

описанный процесс возобновится.

усилителя

DAI

до

нуля

(мо­

Периодическое открывание и за­

крывание транзистора VTI обеспечит форм.ирование на выходе микросхемы
прямоугольных импульсов. На
ность выходных

временнЬ1х диаграммах показано, что с1шаж­

импульсов равна двум.

Поскольку длительность генерируе­

мых импульсов определяется режимом компаратора DАЗ и емкостью конден­

сатора
(Uвх,

С2,

RI,

а

период

следования

импульсов

параметрами

входной

Частота выходного напряжения связана с параметрами внешней
пи

и

цепи

С!), в общем случае скважность отличается от этого значения.

входным

fвых= Uвx/(kRC).
Коэффициент

RС-це­

напряжением

k

имеет размерность напряжения и чис.~енио равен

(5 36)
k= 7... 8 В.

Реальные микросхемы К1108ПП1 согласно техническим условиям имеют
очень малую нелинейность:

при fвых до

10

кГц

(при входном напряжении

121


CJ D,01111<

CJ IJ,0/HI!

+f5B

r1

-1,...,1 --------•158
С! 0.0lнi!±J"/,,

..L

С! О,О/н1<± 5% + 5 В

.---+58

Rt
ЧО,2к

±

R2

±О,5%.

5/iO

Оощ

Otfщ.

-f5B

DAI

сч

IШ08flnt

0,011'1!<

I

lJAf l(f108ЛЛ1

а)
Рис.
а

Схемы

5.62.

зования

напряжение

напряжение

микросхемы

положительно

отрицательно

Uвх=О".10 В)
6L~0,15%.

нечной

включения

КР1108ПП1

в

режиме

преобра­

напряжение-частота:

входное

-

tf)

точке
или

компонентов

В,

fвых=О".10

fвых=О".10

кГц);

б

- входное

кГц)

би;;;О,01 "/о; при fвых=
Абсолютная

100 кГц бr.~0,05%, при fвых=500 кГц
в режиме преобразования U/f в ко­
разных
экземпляров
не превышает ± 10%.

погрешность

диапазона

для

Входное напряжение в

рующий

В;

(U 8 x=0".10

(Uвх=О".-10

зависимости

неинвертирующий
указаны

вход

согласно

от

полярности

подают на

инверти­

а, б).

Номиналы

внешних

(рис.

условиям

5.62,

типовых

испытаний

микросхемы.

При работе от источника тока из узла исключают внешний резистор
а

функция

преобразования

в этом

случае

характеризуется

fвых=lвх/(kС2),
где

lвх

(5.37)

входной ток,

-

R 1,

формулой:

коэффициент

численно тот же, что и

k-

в формуле

(5.36).
В режиме преобразования
раллельно
качестве

интегрирующему
усредняющего.

пульсов приведены

на

(рис.

f/U

а)

5.63,

конденсатору С 1 и

Оптимальные

рис.

резистор
усилитель

значения

R 1 включают па­
DA 1 работает в

параметров

входных

им­

5.63, 6.

Выходное напряжение после преобразования описывается формулой:

Uвыx=kRCfвx,
где

коэффициент

режиме

(5.38)
как

k,

микросхема

и

ранее,

k=7 ... 8

обеспечивает

В.

линейное

Таким

образом,

преобразование.

и

в

другом

Значение

не­

линейности для конкретных экземпляров микросхем находится в указанных
ранее

пределах.

Выходной

сигнал

состоит

из

постоянной

составляющей

пульсаций, возникающих в результате коммутации тока источника
сации,

по

частоте равные

Микросхему
входного

и С 1 для
табл.

и

входным сигналам

КР 1108ПП 1

не

выходного сигналов

разных

режимов

122

более

работы

5.2. Указанным значениям
зистора IH, равное 40,2 кОм.

f вх,

снимаются

рекомендуется

и

500

кГц.

на

частоте

Емкости конденсаторов

интервалов

и

Пуль­

фильтром.

использовать

частотных

емкостей

Gl.

приведены

С2

в

соответствует сопротивление ре­


Емкости С2
ются

из

денсатора,

ду

fабл.

Т а

кон­

паразитной емкости

меж­

5

Cs-11=(25±10)
емкости между
проводом,

5.2 слага­

емкости

выводами

и

11

пФ

и
не

выходной

режимов

--~:~~~ ---г;m~~-.~--- Е-~·-;~~
р аботы

кгц

1

U/f, f/U

транзистор

вод

открытый

для

7),

ЕОО

зистор

в

режиме

(см.

сопротивления
транзистора

тания

уровнРЙ

Наличие

в

с

f/U

выходного

напряжения

обеспечить

ре­

Выбором

5.62).

нагрузки

и

можно

гических

рис.

внешний

его

микросхеме

ООО

22

10 ООО
5 100

пи-

оптимальные

выходными

10000
1 ООО
1 ООО

10
100
500
10
100
500

U/f

работы

преобразо­

необходим

U/f
R2

(вы­

нормальной

микросхемы

вания

коллектор

3600
300
30

10
100

работает без внутренней нагрузки и
имеет

С2, nФ 1 С!, nФ

пре­

пФ.

Поскольку

Емкости
внешних
для
обеспечения
работы микросхемы

5.2.

КР1108ПП1

и общим

должна

и ц а

разных

паразитной

5

6л

конденсаторов

микросхемы

выводом

которая

40

вышать

в

собственной

условия

логическими

КР 1!08ПП1

согласования

уровнями

входа

выходных

ло­

нагрузки.

блокирования

(вывод

6)

позволяет в нужный момент закрывать выходной транзистор VТI. Сочетание
транзистора

ность

с

микросхем,
на

открытым

подключать

к

коллектором

общему

работающих

в

и

блокирующего

нагрузочному

режиме

преобразования

блокирующий вход всех микросхем, кроме одной

дует

подавать

вующий
при

напряжение

транзистору

U 0 бл .;:;;О,4

сигналами

с

В,

VTI,

т.

е.

микросхем

высокого

уровня.

закрывается

микросхемой
ТТ Л.

Uб~

по этому

дает

выходы

возмож­

нескольких

U/f. Во время работы
- задействованной, сле­

Буферный

при

Преде.1ьные

входа

резистору

каскад,

;;:;.2,4

В

входу

можно

значения

предшест­

и открывается

напряжения

управлять
блокиро-

в а ни я

-15

B~U~,~+

15

В.

CJ
о.0111к I

CI
О,Оl211н t

20 %

"'""....__....,____ Ue."
С2

о

с+
f),Оlнк

1----1--+-----

t

---------rJB

I

JJAI К1108ЛЛ/
а)

Рис.

5.63.

Микросхема

КР! !Q8ПП1

в

режиме

преобразования

частоты

в

напряжение:

а
б

-

схема включения (значения внешних
характеристика входного сигн..ала

компонентов указаны

для

интервала

10

кГц):

123


В режиме преобразования

нужный уровень компарирования может

f/U

быть достигнут путем подачи смешения на один из выводов 9 или 10 микросхемы.

Но~инальные значения напряжений питания относительно общего провпда составляют + 15 и -15 В с допуском ±5%. Потребляемый ток по

каждому плечу Если

не более 7 мА.

напряжения

порядок

их

обратный.

питания

подключения

Допускается

подаются

таков:

на

одновременно

микросхему

неодновременно,

то

+ 15; +5 В. Порядок отключення

-15;

отключать

все

источники.

ГЕНЕРАТОРЫ С КВАРЦЕВЫМ РЕЗОНАТОРОМ

6.

Основные понятия

6.1.
В

тех

случаях,

когда

к стабильности частоты колебаний

предъяв­

ляются повышенные требования, употребляют генераторы, частота колебаний

к~торых задается

кварцевым

обладает

достоинствами:

многими

дежностью,

резонатором. Как компонент генератора он

долговечностью,

Кварцевые

резонаторы

номенклатура

очень

большой

малыми

относятся

широка

стабильностью

габаритными

к

изделиям

в

конструктивном

как

параметров,

размерами

массового

и

на­

массой.

производства.

отношении,

так

Их

и

по

значению частоты. Частотные границы резонаторов простираются от единиц
килогерц

до

десятков

мегагерц.

Кварцевые генераторы просты
питанию,
пературы
особых

по схеме и конструкции, экономичны

мало чувствительны к колебаниям
окружающей

мер

среды.

повышения

Даже

питающего

простые

стабильности)

напряжения

кварцевые

обеспечивают

по

и

тем­

генераторы

(без

относительную

неста­

би.iiьность частоты Лf/fo= I0- 5... 10- 6, тогда как у генераторов с LC колеба­
тельным контуром этот параметр обычно не бывает лучше, чем 10- 4 • Спе·
циальные кварцевые генераторы
тированные,

с

компенсацией

нестабильность частоты
ностью

хода

в

имеют

частоты

и

т.

п.)

имеют

термоста­

относительную

Для сравнения: часы с суточной погреш­

10- 1 .. .J0- 9.
с

±1

(с прецизионными резонаторами,

ухода

нестабильность

Лfг.отн=

1

с/(24·60·60)с=

=0,0000115= 11,5-10-6.
Кварцевый резонатор и его параметры

6.2.

По электрофизическим свойствам кварцевые резонаторы существен­
но

отличаются

этих

свойств

правильных

ного

важно

компонентов

для

выбора

электронной

оптимальной

аппаратуры.

схемы

и

Знание

обеспечения

эксплуатации.

резонатор

пластину,

или

других

условий

Кварцевый
тонкую

от

очень

диск

синтетического

представляет

или

брусок,

кварца,

с

собой

кристаллический

элемент

выпиленный

из

монокристалла

нанесенными

на

его

-

природ­

поверхность

элект­

родами, снабженными выводами для подключения к генератору. Углы среза
кристаллического

кристалла

124

кварца

элемента

во

относительно

многом

кристаллографических

определяют параметры

резонатора.

осей

моно­

Резонатор


,
крепят

на

держателях

внутри

герметичного

корпуса,

металлического

стеклянного. Для умr>ньшения потерь воздух из корпуса нередко

или

откачивают.

Каждый резонатор характеризуется определенной резонансной частотой
механических

колебаний,

которую

обеспечивают

при

его

изготовлении,

и

в

дальнейшем не подлежит изменению. Номинальную частоту колебаний ука­
зывают на корпусе резонатора. Реальная
чительно
он

отличается

от

рабочая

-

частота весьма незна­

-

номинальной.

Кварц, как материал, очень тверд и упруг.

В электрическом

хороший

основано

диэлектрик.

пьезоэлектрического
рым

обладает

Действие

эффекта,

кварц.

Если

резонатора

или,

на

как

часто

пластину

из

говорят,

кварца

на

отношении

использовании

пьезоэффекта,

кото­

воздействует механиче­

ское усилие (изгиб, сдвиг по контуру или по толщине, кручение и т. п.), то
на

электродах

возникает электрическое напряжение.

электрическое
напряжения

напряжение
в

на

материале

электродах

пластины

и,

создает

как

Эффект этот обратим:

внутренние

следствие,

механические

упругую

ее

дефор­

мацию.

Переменное напряжение,

поданное на

электроды,

вызовет механические

колебания резонатора. Когда частота напряжения совпадает с частотой ме­

ханического резонанса пластины, амплитуда колебаний максимальна. Меха­
нические

колебания

пряжения
фазе

на

резонатора,

электродах.

подвести

к

электродам,

незатухающие электрические

резонатора.

На

стабильность

этом

и

частоты

в

Если

свою

это

то

очередь,

в

цепи

колебания

основано

генерации

приводят

напряжение
на

действие

усилитель

частоте

-

появлению

в

резонатор

возникнут

резонанса

генератора.

постоянством

на­

надлежащей

механического

кварцевого

обусловлена

к

усилить и

Высокая

кварцевого

ре­

зонатора, как механическоi\ колебательной системы. В аппаратуре кварцевый
резонатор
свойства

используется
обеспечивают

внутренним,

только

как

желаемые

промежуточным

электрический

электрические

звеном

в

прибор.

Механические

характеристики

преобразовании

и

являются

электрических

сигналов.

При

анализе

электромеханических

колебательных

систем

пользуются

методом электромеханических аналогий, согласно которому механическую ко­

лебательную
которой
ности,

систему

гибкость

-

резистором.

логом

перемещения

ской схемы,
время

элементов

Аналогом

-

эквивалентной

механическая

упругих

потерь

щее

представляют

колеблющаяся

ток.

масса

электрической

заменена

конденсатором,

-

трение

Достоинство

весьма

и

схемой,

метода

-

в

другие

наглядности
колебаний

в

индуктив­
виды

механических сил служит напряжение,

а также в том, что теория электрических
разработана

катушкой

ана­

электриче­
в

настоя­

глубоко.

Эквивалентная электрическая схема ненагруженного кварцевого резона­
тора показана на рис.

Здесь элементы

6.1.

Ll, Cl, RI

характеризуют дина­

мические параметры резонатора, а емкость С 0 , шунтирующая последователь­
ную ветвь, складываРтся

из

статической емкости между

электродами

и

ем­

кости держателя. Конкретн1>1е значения параметров контура зависят от вида
среза,

размеров

и

конструкции

резонатора.

Типичные значения эквивалентных

зонаторов указаны в табл.
Уникальные свойства
qетанием

динамических

параметров

некоторых кварцевых

ре­

6.1.

кварцевых
параметров:

резонаторов
добротность

объясняются
такой

удачным GO·

колебательной

си-

125


tf)
Рис. 6. l.
фическое
и

эквивалентная

кварцевого

стемы

Рис.

Условное гра­
изображение
схема

частоты

6.2. Ненагруженный

характеристика

кварцевый

изменения

резонатор:

реактивного

сопротив­

ления от частоты вблизи резонанса; б - увеличенный
участок характеристики, обведенный кружком

резонатора

вблизи

-

а

резонатора

Q=2лfsL 1/R 1=1/ (2лfsC lR 1)

достигает

десятков и сотен тысяч, что недостижимо для обьl'шого электрического ко­
лебательного

Таблиц а

контура.

6.l
КварL1евые резонаторы

Параметр

200

кГц

2

МГц

30

(основная частота)

(основная частота)

RI,
LI,

Ом
Гн

2000
27
0,024
9
18. l 0 3

С!, пФ
Со, пФ

Q

МГц (третья
гармоника)

1

1

100
0,52
0,012
4
54 · [0 3

20
0,011
0,0026

6

105

Параыетры конкретных типов кварцевых резонаторов указывают в пас­
порте. Измеряют параметры с помощью специальной аппаратуры.

Частотная
рис.

6.2,

характеристика

кварцевого

~зонатора

представлена

на

а. Для наглядности оиа показана не в масштабе. В действительно­

сти частотный интервал между характерными точками мал, а ветви кривых
имеют

большую крутизну.

Кварцевому резонатору
торых

обеспечивается

тивления,
частота

fs=
вторая

-

fa =

т.

абсолютных

полное сопротивление

последовательного

имеет

значений
активный

частота

параллельного

V__

реактивного
характер.

при

ко­

сопро­

Первая

-

резонанса:

2 л)"rJC(,

---------C_l_C_ _ 2л

126

е.

свойственны две резонансные частоты,

равенство

Ll ___о_
Cl+Co

(6.1)
резонанса:

1

2л)"LТС!

v

l+

С!

Со

(6.2)


Строго

говоря,

истинную

частоту

последовательного

резонанса,

торой сопротивление резонатора активно, отображает точка
Ее положение немного отличается от расчетной частоты

ла

6.1

не

учитывает

влияние емкости Со

C 0 ~Cl, различие между fв и
Интервал
В

частот

резонансном

Лfa=fa-fs

промежутке
отношение

Cl/C 0

(рис.

определяет

ко­

6.2,

б).

поскольку

считать, что fв=fr.

резонансным

сопротивление

на

так как форму­

Однако,

6.1).

и можно

называют

реактивное

тельно, т. е. имеет индуктивный характер
Емкостное

(рис.

очень мало

fr

fs,

(рис.

fr

промежутком.

резонатора

положи­

а).

6.2,

протяженность

резонансного

промежутка. Чем оно меньше, тем ближе между собой частоты при после­
довательном

и

параллельном

резонансах.

удобнее характеризовать обратной
ным

Поскольку

величиной

Cl/Co~

r=C 0/CI,

резонатор

!,

называемой емкост­

коэффициентом.

Кварцевая пластинка на держателях как тело с несколькими степенями
свободы может совершать механические колебания разных
из

которых

что

свойственны

реальный

кварцевый

новной частоте, но

резонансах

(рис.

и на

собственные
резонатор

возникать при

может

гармониках,

а

Максимальную

6.3).

новной, номинальной частоте.

резонансные

возбуждаться

также на

видов, каждому

частоты.

Это

означает,

не только

на

ос­

побочных нежелательных

добротность

резонатор

имеет

на

ос­

Колебания на нежелательных частотах могут

неправильной настройке генератора,

а

также при

перегрузке

резонатора.

Возбуждение

на

гармониках

рации колебаний на частоте
нием

толщины

губляет

кварцевой

хрупкость

20

(третьей

пластины

кварца.

и

пятой)

используют для

гене­

МГц и выше в связи с тем, что с уменьше­

Так

уменьшается

как

и

механические

ее

прочность,

колебания

что

усу­

резонатора

имеют сложный характер, их гармоники лишь приблизительно кратны основ­
ной частоте колебаний.

Нежелательные
явлений в

резонансы

работе кварцевого

могут

оказаться

генератора

в

причиной

непредсказуемых

виде возбуждения

не на

номи­

нальной частоте, произвольного перескока на другую частоту, биений частот
из-за

Рис.

1-

одновременной

6.3.

Частотная

основная

механическая

генерации

нескольких

хзраперистика

резонансная
гармоника;

частота;

4-

2-

колебаний.

кварuевого
третья

нежелатеJ1ьные

резонатора:

механическая

гармоника:

3-

пятая

резонансы

127


в

реальных условттях

в

генератор

последовательно

или

параллельно

ре­

зонатору подключают конденсатор небольшой емкости с целью подстройки

частс;>ты и обеспечения

благоприятных условий

показаны эквивалентные схемы резонатора

состоянии и с нагрузочным
Рядом
из

показаны

графиков,

нансных

емкостная

частот.

понижает

-

ленном
ются

их

нагрузка

Конденсатор,

повышает частоту
но

конденсатором

зависимости

значении

CL

емкости

резонанса
эти

рис. 6.4, а -

от

в

(свободном)

частоты. 'Как

смещение

одной

последовательно с

резонанса

параллельного

нагрузочной

вызывает

включенный

На

CL (от англ. load- нагрузка).

сопротивления

последовательного

частоту

работы.

в ненагруженном

-

(рис.
(рис.

частоты

следует
из

резо­

резонатором,

6.4, б), а параллель­
6.4, в). При опреде­

идентичны

и

определя­

уравнением

(6.3)
Чем. больше
параллельного

параллельная

резонанса

суммарной емкости
лиqение емкости

CL

к

нагрузочная

частоте

CL +C 0 =QCl/2

емкость,

последовательного

тем

!,.

ближе
При

частота

некоторой

обе qастоты совпадут. Дальнейшее уве­

ведет к утрате

резонатором

резонансных свойств.


Легко сосчитать, что для типового резонатора на

нагрузочная емкость
быть

гораздо

lf!еньше

жения активности
должна

быть

усилителя

не должна превышать

CL

нз-за

возможного

резонатора.

очень

малой,

генератора на

срыва

кГц (см. табл.

200

колебаний

вследствие

В то же время нагрузочная емкость

чтобы

частоту

ослабить

колебаний

ванные значения емкости нагрузки

влияние
и

емкости

и

не
и

Рекомендо­

пФ, из них

100

сни­

CL

монтажа

ее стабильность.

- 20, 30, 50

6.1)

пФ. Реально она должна

200

пФ

30

-

предпочтительная.

При последовательном
довательного
раллельного

резонанса,

включении

как

уже

резонанса,

причем

упомянуть

также

емкости

нагрузки

отмечалось,

чем

меньше

частота после­

CL

приближается

емкость,

тем

к

частоте

уже

па­

резонансный

интервал.

Следует

о

некоторых

с практическим использованием кварцевых
ния характеризует мощность,

других

параметрах,

связанных

резонаторов. Уровень возбужде­

которую рассеивает резонатор при его работе

в конкретном генераторе. Качество генератора существенно зависит от этого

параметра. Избыточное возбуждение

может вызвать уход частоты вследст­

вие нагревания резонатора и появления механических перенапряжений. При
недостаточном

уровне

возбуждения

происходят

сбои

в

работе

генератора

и затрудняется его запуск, так как начальное возбуждение требует большей
мощности, чем поддержание колебаний. В случае последовательного резонан­
са

примерный

уровень

возбуждения

ческого сопротивления резонатора

возбуждения
чение

0,5

6.1).

исходя

из

динами­

Обычные значения уровня

от нескольких микроватт до единиц милливатт. Среднее зна­

-

мВт.

Активное

денсатором
и

можно определить,

(см. табл.

связано

динамическое

сопротивление

резонатора

с

нагрузочным

кон­

CL при резонансе на частоте fL больше, чем у ненагруженного,
с

ним

зависимостью

(6.4)
где

Rl -

активное сопротивление ненагруженного

но с учетом нагрузочной емкости, С 0 -

CL -

дами резонатора;

резонатора;

RL -

то же,

статическая емкость между электро­

емкость нагрузки.

Этот факт следует учитывать при выборе уровня возбуждения, особенно
в генераторе невысокой частоты, так как динамическое сопротивление резо­
наторов быстро растет с уменьшением

Нестабильность
рактеризовать

частоты

следующими

нестабильностью
главным образом

-

от

рабочей

при

генератора

принято

ха­

воздействия

меняющихся

среды;

±25 · 1О- 6

климатических

температурной

в интервале

условий,

нестабильностью ча­

0... 60 °С

по отношению к

25±2 °С;

долговременной

мыми

кварцевого

показателями:

температуры

стоты может доходить до

частоты.

колебаний

нестабильностью,

изменениями

(старением)

кратковременной

обусловленной

резонатора

нестабильностью

-

и,

медленными

возможно,

случайными

необрати­

других

деталей;

изменениями

частоты

кварцевого генератора относительно рабочей за заданный интервал времени
работы, например, час или смену.

Старение

бездействует.

резонатора

Для

происходит

обычных

независимо

резонаторов

на

10

от

того,

МГц,

работает

он

работающих на

или

ос•

129


новной

мерно
и

частоте, скорость

в неделю

l · I0-7

у тех,

что

старения

(5· I0- 6

работают на

в

течение

первого

года составляет,

гармониках,

она

меньше.

в кратковременную частотную нестабильность иногда
ратурную

нестабильность,

при­

в год), а у резонаторов с малым старением

обусловленную

прогревом

включают темпе­

компонентов

самого

генератора.

Кварцевый

в

цепь

буждения
тери

генератор

обратной

в

и

связи

поддержания

контуре на

что то же самое,
На

в

практике

общем

которого

случае

включен

представляет

кварцевый

колебаний усиление должно

частоте,

при
где

<p=360°n,
применяют

которой полная

собой

усилитель,

резонатор.

фаза

Для воз·

компенсировать
контура

по­

<р=О, или,

n= 1, 2, 3,

генераторы

с

использованием

обоих

видов ре­

зонанса.

6.3.

Принципы организации кварцевых генераторов

Схемы
(антирезонанса)
теля

тура -

генераторов
показаны

с

на

использованием
рис.

6.5.

Такой

параллельного
генератор

резонанса

состоит

инвертора, который сдвигает фазу входных сигналов на

из

усили­

180°,

и кон­

фазовращателя, создающего дополнительный фазовый сдвиг на

180°

для обеспечения самовозбуждения. Здесь кварцевый резонатор работает как

индуктивность, образуя с конденсаторами С 1 и С2
катушкой

индуктивности

тельный

контур

с

конденсатором

резонансной

корректирует

любую

нерацию

минимальном

при

и

L1

частотой

нестабильность
изменении

(см.

fL

фазы,

(см. рис.

С 1 (см.
рис

рис.

6.4,

восстанавливая

6.6, а) или с
6.6, б) колеба­

в).

Резонатор

устойчивую

ге­

частоты.

~··'
~ ~j7,
oJ

а)
Рис.

6.5.

Общие случаи построения кварцевого генератора с использова•о.r1ем

параллельного

резонанса

резонатора

-10
Zflt

Тс1

Jc2

а)
Рис.

6.6.

Схемы

кварцевого

tf)
генератора

с

использованием

параллельного

резонанса:

а

-

с

тором

130

дополнительными

конденсаторами;

6-

с

катушкой

индуктивности

и

конденса·


jX
l/lЛ/I tld"fltlН!HtJii

Ч5J

cdRJu y=0°(JoO")

:~·

L{j--J
6.7.

Рис.

Общий

строения
зованием

а)

случай

генератора

с

Рис.

по­

исполь­

последовательного

Такие

генераторы

еще

сопротивлением,

тельный

знак.

На

как

практике

частоты

Принцип

вариант

поясняет

конденсаторы

действия

на

6.7.

рис.

могут

генератора

Здесь

рис.

быть

на

усилитель

реактивных

генераторами с

индуктивное

сопротивлениil~

положительным

сопротивление

6.6.

а

имеет

реак­

положи­

употребляют чаще,

катушек.

выбраны

частоте

служит

после­

реализация

скольку применение конденсаторов удобнее, чем
стройки

конденсатора

резонатором:

практическая

-

называют

так

с

а·- распределение

б

ii)

Включение

6.8.

довательно

резонанса

тивным

-jX

по­

Для точной

под·

переменными.

последовательного

фазовым

резонанса

повторителем,

а

цепь

обратной связи с резонатором имеет на резонансной частоте нулевой сдвиг
по

фазе.

путем
тели
ных

Обратную

включения
таких

связь

в

генераторах

резонатора

генераторов

между

нередко

этого

выходом

состоят

из

типа

и

часто

входом

двух

обеспечивают

усилителя.

последовательно

Усили­

включен­

инверторов.

Cl,

Конденсатор

включенный последовательно с

повышает частоту генерации

(точка fL на рис.

резонатором

6.8),

(рис.

В таком генераторе

6.4, 6).

резонатор действует как индуктивность, компенсируя фазовый сдвиг, вноси·

мый емкостью. Этот случай можно
тельным
кость

сопротивлением,

конденсатора,

рассматривать как генератор с положи·

работающий

можно

в

с

нагрузочной

небольших

пределах

емкостью.

управлять

Меняя

частотой

ем­
ге­

нерации.

Качество кварцевого генератора зависит от схемного решения и режима
его
и

работы.

При

параметры

ное

и

зитные

проектировании

резонатора, но

выходное
емкости

и

сопротивления,
и

т.

учитывают

не

только

реальные характеристики
фазовый

сдвиг

на

частоту

генерации

-

вход·

частоте,

пара­

усилителей

рабочей

д.

В литературе опубликовано множество схем кварцевых генераторов. Ге­

нераторы
обычно

с

повышенной

выполняют

на

стабильностью

высокочастотных

частоты

колебаний

транзисторах

с

(10- 7".10- 8 )

использованием

на·

весных деталей. Для них характерно мягкое возбуждение резонатора и си·

нусоидальный
статируют,

используют

а

выходной
в

тех

сигнал.

случаях,

термоизоляцию

Резонатор

когда

это

или

связано

(пассивный

генератор

с

целиком

техническими

термостат)

или

термо­

трудностями,

меры

термоком·

пенсации.

Генераторы
тупают

на

микросхемах

транзисторным

пульсного режима

в

-

цифровых и

стабильности

работы, но тем

по

аналоговых

причине

не менее для

-

простоты

многих

несколько ус·
схемы

и

им·

практических слу­

чаев обладают достаточно хорошими параметрами и находят широкое при-

131


менение. в случае употребления логических элементов хотя бы один из них,
как

и

в описанных

обеспечения

ранее

условий

генераторах,

переводят

самовозбуждения.

Между

в

линейный

собственно

режим

для

генератором

и

нагрузкой, как правило, включают буферную ступень, которая способствует
повышению

стабильности

частоты

мирователем крутых фронтов

Большинство

ют

собой

опубликованных

разновидности

колебаний

одновременно

11

служит

фор­

выходных импульсов.

схем

нескольких

кварцевых

базовых

генераторов

вариантов.

представля·

Объясняется

это

тем, что резонаторы даже с одинаковой номинальной частотой могут суще­
ственно различаться по параметрам
ности

и др.)

ния.

Каждый

ным

резонатором, параметры

собирая
при
или

(динамическому сопротивлению, доброт­

в зависимости от среза пластины и конструктивного исполне­
из

генераторов

обеспечивает

которого

хорошие

обычно

результаты

не

с

конкрет­

указывают.

Поэтому,

кварцевый генератор по описанию, надо быть готовым к тому, что

первом
даже

включении

вовсе

6.4.

не

возбуждение

возникнет

и

с

произойдет

генератором

на

нежелательной

придется

частоте

экспериментировать.

Практические схемы кварцевых генераторов

Схема простейшего генератора на микросхемах КМОП показана на
рис.

6.9.

В собственно генераторе использован

ботает в линейном

Конденсатор
можно

(усилительном)

С 1 облегчает

подстраивать

Предельная
Вторая

ступень

сигналов

На

частота

путем

рис.

КМОП с

служит
их

6.10

режим. Резистор
ходом

инвертора,

R2
а

-

и

инвертор, который ра­

в

Подборкой

пределах

ограничена

четвертого-пятого

улучшая

R 1.

конденсатора

быстродействием

буфером, одновременно

показана

Резистор

генератора.

генератора

МГц

усиления

параллельной

следовательно).

запуск

частоту

- 1

один

режиме, обеспечиваемом резистором

знака.

микросхемы.

форму выходных

ограничения.

схема

нагрузочной

RI (5."10

кварцевого
емкостью
МОм)

генератора
и

(CI

С2,

на

инверторе

соединенные

по­

переводит инвертор в линейный

служит для согласования цепи обратной связи с вы­
также

ограничивает

уровень

возбуждения

резонатора.

Инвертор обеспечивает необходимое усиление и создает фазовый сдвиг

в

180°.

Резонатор

работает в

резонансном

промежутке,

ление имеет индуктивный характер. Значит, ток

u2

на

90°.

i1

где его

сопротив­

отстает от напряжения

В свою очередь, напряжение на конденсаторе

отстает на

Cl

90°

DDf.l

DDI
f78Л/11

Рис. 6.9. Схема кварцевого генера­
тора на микросхеме К176ЛП1

Рис.
тора

6.10.
с

емкостью

132

Схема кварцевого генера­

параллельной

(инвертор

нагрузочной

КМОП)


от тока

i 1, что в итоге дает на рабочей частоте фазовый сдвиг в 180° отно·
u2 на конденсаторе С2. Следовательно, цепь обратной
связи, состоящая из резонатора ZQ 1 и конденсаторов С 1 и С2, вместе с
инвертором, который сдвигает фазу на 180°, обеспечивают общий сдвиг по
фазе в 360°, что необходимо для возникновения генерации.
Резонатор с
конденсаторами CI и С2 на частоте генерации по отношению к инвертору·

снтельно напряжения

усилителю

Это

представляют

объяснение

резистивную

справедливо

нагрузку.

для

сравнительно

низкой

частоты,

где

инвертор сам не вносит фазовый сдвиг и его входное сопротивление намного

превышает сопротивление контура резонатора. Поэтому на микросхемах се·
рий К176 и К561 такой генератор работает только до
Конденсаторы

CI

и типа резонатора в пределах

пФ. Конденсатор

20".200

для точной установки частоты. Сопротивление резистора
от типа
лах

резонатора

от

-

десятка

РВ72 или

и общего усиления

до

сотен

РВ720К на

такого генератора

10."40 °С.

Кроме

МГц.

1".3

и С2 выбирают в зависимости от частоты генерации

не

килоом.

f=32,768

может меняться

Для

в

электронных

подстроечный
в зависимости

больших преде·

часов

(резонатор

кГц)

превышает

К561ЛН2

CI R2

Cl=C2-20".30 пФ. Нестабильность
± (5".10) · 10- 6 в интервале температуры

можно

использовать

микросхемы

К561ЛЕ5,

К561ЛН1 и др.
В

генераторе, схема которого

представлена на

рис.

использованы

6.11,

логические элементы Иключающее ИЛИ. Подбором конденсатора

можно

CJ

в небольших пределах понижать рабочую частоту, конденсатором

С2

вышать. Оптимальные значения для резистора

CJ

RI

и конденсатора

висимости от рабочей частоты, представлены в табл.

Таблица

6.2.

-

по·

в за·

Генератор может

6.2
f,

кГц

Компонента

RI,
CI,

кОм
пФ

3000

!ООО

1".2
2,2."3,6

3,6".5,1
3,6 ... 10

100

32, 768 ( р Д72)

300."500
16."82

27."51
16

,;'/

llllf.J
=l 1Bыxo!J

"-,

llDf.J
Выхо/J

rг~ J

-

1

ZOI

t------iп~
С!

I
.Рис.
тора

6.11.

и

;f, кrц

fOOO
!(}(}

кварцевого генера­

логическими

элементами

Исключающее ИЛИ в качестве
торителя

Rl
ttt

ош к5а!Лnг

Схема

с

С2

li'f, 1({)1'1
. '1,ll
··:i~

Рис. 6.12. Схема кварцевого гене­
ратора на трех инверторах КМОП

пов­

инвертора

133


RI 5!0

Ц!Р~'
j

J/Df # Ш5J/!AJ

Разрешение

Р11с.

Схема

6.13.

го

простого

генератора

на

кварцево­

микросхеме

Рис.

6.14.

тора

на

ном

выполнен

и

на

инверторах

п

001 lff5"5Лllf

IШ5ЛАJ

КШЛЕI

К!55ЛА3
быть

zat

'-·_...,...._-tlU1----_,

Схема кварцевого генера­
инверторах

К561ЛН2

-

ТТЛ

в

линей­

режиме

или

элементах

И-НЕ

К561ЛА7, ИЛИ-НЕ К561ЛЕ5 в режиме инвертора. В этом случае элемент

DD 1

следует

заменить

по схеме на рис.
Генераторы
довательного

логических

двумя

на

микросхемах

резонанса

элементов.

мультивибратор

инверторами,

как

это

сделано

в

генераторе

6.12.

по

ТТЛ

резонатора

Простейший

рис.

с

5.17,

обычно

из-за

из
той

работают

малого

них

(рис.

что

частоте

после­

сопротивления

похож

6.13)

разницей,

на

входного

по схеме на

конденсатор

заменен

резонатором.

Генератор
МГц),

(l ... 10
можно

немного

казан

как

В

ступени

что

дения

гармониках

на

равенства

С2=

мало

Выбором

Буферный

на

выходе

6.14

МГц.

появляются,

Конденсатор С l

по сравнению с

резонатора.

на

Емкость его

емкостного сопротивления

ностью

10... 15

входным

кГц резистор

на

работают

в

Генератор

разделяет обе

сопротивлением

генератор

выбирают из

резистора

от

ло­

возбуж­

условия

обес­

R2:

кГц и

усилителя.

ниже хорошо

гическими элементами ТТЛ

(рис.

на входе элемента

Для

DDl.l.

заменяют дросселем индуктив­

Rl

обеспечивается лучшее согласование резона­

сопротивлением

100

когда

(6.5)
500

мГн. При этом

частоте

Cl
по­

рабочей частоте долж­

входным

предохраняет

здесь

уровня.

чувствительность.

сопротивление

С2

элемент

первые два элемента

большую

0,5 ... 5

резонаторами

конденсатора

l/ (2nf.R2).

тора

На

рис.

Конденсатор

Для частоты ниже
с

импульсы

обеспечивает

пренебрежимо

высокочастотными

колебаний.

постоянному току, его

элемента.

с

добротность.

напряжение высокого

по схеме на

гического
печения

ключ:

работает в пределах

по

быть

частоту

входе действует

режиме,

устойчиво

большую

изменить

генераторе

.пинейном

возбуждается

управляемый

разрешающем

но

легко

имеющими

6.15).

работает генератор с тремя ло­

Цепь

исключения

R2,

RЗ обеспечивает смещение

отрицательной обратной связи

по переменному току служит конденсатор С2, емкостное сопротивление ко­
торого на

стора

рабочей частоте должно быть в

Основой

устройства

по схеме на

рис.

инверторов, замкнутых в кольцо. Инвертор

134

10 ... 20

раз

меньше, чем у рези­

R2.
6.16 служит
DDl.2 и две

генератор из трех
цепи

RI,

С! и

R2,


Rl

lк

С2

001.1

RJ

I

lJDl.2

2к

DDf.J

DDf '1

&

g,

&
Rf

I
Рис.

Bь1xoil

2к

о

ПО! К/55ЛАJ

Zflf

K/.5.JЛlll

Схема кварuевого генератора

6.15.

.---------! о

на

lflIBepтopax

гr л

lflf

DDl.f

DD/lt
<В----1 &

&

.D.Df
Рис.

Схема

6.16.

кварцевого

генератора

с

Kf5.5ЛAJ

интегрирующими

С2 создают на рабочей частоте фазовый сдвиг в

Вь1хо!J

RС-цепями

необходимый для воз·

360°,

буждения резонатора. Такой же фазовый сдвиг обеспечивают два инвертора

и

DD 1.3

играющие

DD 1. !,

предыдущих

генераторов

роль

здесь

ченном кварцевом резонаторе

дополнительных

усилителей.

В отличие от

самовозбуждение

происходит

и

при

отклю­

Частота колебаний в этом случае опре·

ZQI.

деляется в основном параметрами цепей

С!

RI,

и

R2, С2.

Значения

по·

стоянных времени этих цепей некритичны. Налаживание генератора сводит·

ся к установке частоты колебаний без резонатора в пределах
С

подключением

кварцевого

Для резонатора на

Cl 47 пФ; С2 36
510 пФ. Подбирая
страивать

частоту

Хорошо
не

пФ;

в

(0,9 ...0,95) fвом.

генератор работает на

его

частоте,

МГц емкость конденсаторов должна быть около:

частоте

конденсатор

1 МГц соответственно Cl 220 пФ и С2
С2,

можно

в

небольших

пределах

под­

на

таймерах

KJ006BИI.

Они

генерации.

работают

нуждаются

5

резонатора

кварцевые

генераторы

дополнительной

буферной

ступени

между

собственно

ге­

нератором и нагрузкой, так как она есть в таймере, экономичны и устойчиво

работают
сти

при

довольно

сотен

рис.

6.17

включен

тора таймера
вход

частотные

питания.

пределы

-

изображена схема

между

(см. рис.

компаратора

собственно

выходом

граница

2.29).
Если

не

и

инверсным

Цепь выход таймера

обеспечивает

генератора.

простого генератора на

микросхемы

самовозбуждение.

сопротивление

более, колебания можно снимать с вывода
этом

К недостаткам следует отне­

верхняя

не

превышает

килогерц.

На
натор

разных напряжениях
узкие

Выход

(выход

2),

прямой

развязан

1

велико

Реза·

компара­

R1 -

резистор

-

нагрузки

3

таймере.

входом

-

10

резистор

от

кОм

R2

и

при

нужен.

135


..-~~~-..~~...-~~---~--+Un

О,!11кФ

К!

f-'---t---4--- Bыxollt

!Ott

J

J,llк

Bыxoll

r--t----- Bыxoil 2

=zat

5

С!

о,1нк

I

RJ

Ct
r1co 200
DAf KP/fJfJoBlll
Рис.
тора

6.17.
на

Генератор
Без

самовозбуждается

необходимости

повышать

гружать кварцевый резонатор
В

тех елучаях,

брать

Рис. 6.18. Вариант схемы генерато·
ра на таймере КР1006ВИ1

Схема кварцевого генера·
таймере КР1006ВИ1

его

по

когда

другой

при

это

-

для

рис.

6.18.

генератора

Здесь

непосредственно не связан с резонатором

стабильность
воде

6

и

устойчивость

через резистор

Rl

не

питания
следует,

показаны
с

общей

на

усилителе

рис.

базой,

В

колебаний.

значительна,

выход

(вывод

и

более.

не

пере·

можно со­

3

таймера)

поэтому нагрузка не влияет на

tf

Дополнительное

смешение

на

вы·

способствует повышению чувствительности.

Хорошо работает генератор на аналоговой микросхеме
ференциальном

5

чтобы

[33).

нагрузка

схеме

напряжении

напряжение

-

6.19, б.

вторая

рис.

6.19, а.

Первая
(по

Необход11мые

ступень

отношению

микросхемы
к

Kl 19YTI -

внешние

первой)- с

диф·

соединения

включена
общим

по

схеме

эмиттером.

Положительную обратную связь создает падение напряжения на эмиттерной

нагрузке,

образованной

резисторами

R5

и

R6,

соединенными

параЛJ1ельно.

Генератор надежно возбуждается с резонаторами разных типов, частота ко·

торых не превышает

600

кГц.

IШ.9!/Тf

Rf

+l!n

tОк

2... 86
8

..........._......~..__.............

·RI

Jfj(}к

DAI
КШНI

Вихо!/

12 J

2 l!l f! fJ

б

а)
Рис.
а

-

136

6.19.

Схема генератора на микросхеме 119УТ1:
схема микросхемы; 6 - внешние соединения

принципиальная

rf}
кварцевоrо генератора


Уникальное
женном

ра

уменьшить с

Rl

ния

свойство

напряжении

понизится до

определяет

В

и среза

и

В

5

-

2

устойчивая
В.

транзисторов

микросхемы.

ток равен

мА;

(при нагрузке

2

помощью

которым

может,

-

При

логические

примерно одинакова и равна •Ф ='tcp=

формирователя,

микросхемы

при

пони­

б В

-

напря•

уровни

кОм), длительность фронта

10

управления микросхемами ТТ Л крутизну фронта
с

работа

Если сопротивление реэисто·

кОм, нижняя граница напряжения пита·

потребляемый

кГц)

100

до

предел питающего напряжения

прочность

U 0 вых=О,4 В

(fвых =

генератора

вплоть

360 до 80."100
1,5 В. Верхний

электрическая

женин питания
u1вых=4

этого

питания,

1

мкс. Для

и среза следует увеличить

например,

служить

инвертор

К555ЛН1.

Ранее при описании К53!ГГ1

(см. рис.

отмечалось, что она может

5.2)

работать и как кварцевый генератор. В этом случае резонатор подключают
вместо внешнего конденсатора. На управляющих входах рекомендуется под­

держивать следующие напряжения
генерации

1

МГц и

ниже

резонатору следует

для

включить

Uynpt~l

В

облегчения

и Uупр 2 ~4

В.

При частоте

самовозбуждения

конденсатор емкостью

параллельно

пФ.

5".15

Кварцевые генераторы на ОУ и компараторах реализуют с использова­
нием

положительной

ратная

связь через

необходимой
форму
сы),

и

отрицательной

обратной

связи.

Положительная

об­

резонатор обеспечивает самовозбуждение генератора

частоте.

Глуби на

отрицательной

выходного напряжения

обратной

связи

на

определяет

(синусоидальное или прямоугольные импуль­

а также устойчивость колебаний. Большое входное сопротивление ОУ

и компараторов обеспечивает хорошую стабильность частоты генерации, но,
поскольку

по

генераторы

ше

быстродействию они часто

на

их основе

100".200

кГц.

На

6.20

рис.

521 САЗ.

выполняют на

показана

схема

уступают цифровым
невысокие частоты,

простого

Поскольку сопротивление резисторов

импульсы

по

амплитуде симметричны

ная времени цепи

генератора

R1

и

R2

микросхемам,

обычно не вы·

на

компараторе

одинаково, выходные

относительно уровня

Uп/2.

Постоян­

в петле отрицательной обратной связи выбрана в

R3Cl

несколько раз большей, чем период генерируемых импульсов, благодаря чему

0,5.

коэффициент заполнения близок к

Развитие микросхемотехники привело к созданию устройств, совмещаю­
щих

в

одном

миниатюрном

Технологией
ров

производства

предусмотрена

партиях

установка

резонаторов

ными

частотами

лах).

Конструкция

с

(в

генератор

разными

рабочей

частоты

точной

вблизи

преде­

до­

подстройки

номинальной

Rlf
fDOк

для

управляющего

напря­

R2
1/JDк

С!
О,! нн

жения.

И в заключение
ских

советов,

нераторов:

2к

R/

при под­

Подстраивают частоту

обычно применением

резонатором,

.----+5В

номиналь­

возможного ее ухода

ключении нагрузки.

кварцевым

Б отдельпьп

таких генераторов

возможность

вместе с

генерато·

определенных

пускает

компенсации

узле

таких

-

несколько практиче­

касающихся

кварцевых

re·

Рис.

6.20.

генератора

Схема
на

кварневоrо
кuмпараторе

К544СА3

137


напряжение питания генератора следует подавать через фильтр. В про­
стейшем· случае - это керамический или иной высокочастотный конденсатор
емкостью
если

мкФ, подключенный к выводам

0,1 .. .1
у

использованной

логические элементы,

в

генераторе

их входы

питания микросхемы;

микросхемы

остаются

надо соединить с общим

свободные

проводом

(если

зто допустимо по условиям эксплуатации микросхемы);
нагрузочная емкость резонатора должна быть реальными компонентами,

в не только паразитной;
металлический корпус резонатора следует соединить с общим проводом;
1У

работающего

следует

проверить

выбросов

и

генератора

форму

впадин

на

с

помощью

выходных

высокочастотного

-

импульсов

горизонтальных

участках,

на

осциллографа

отсутствие

перескоков

дрожания,

частоты

и

т. п.;

проверить устойчивость генерации при предельных значениях напряжения
питания

и

температуры

Проверку

и

среды,

подстройку

возможных

частоты

по

условиям

выходного

эксплуатации.

напряжения

лучше

всего

проводить по цифровому частотомеру. Измерения следует начинать не рань­
ше чем

через

полчаса

после

включения

приборов,

чтобы

дать им

возмож­

ность выйти в устэновившиi\ся режим. При сравнительно низкой частоте
до

кГц

500

предпочтительнее измерять длительность

-

7.

периода

-

колебаний.

ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ

ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Преодоление дребезга контактов

7.1.
В
ются

различной

механическими

аппаратуре

контактами

В этом случае замыкание или

импульсные

-

кнопками,

устройства

реле,

нередко запуска­

переключателями

и

т.

п.

размыкание пары контактов преобразуется в

перепад напряжения или в импульс, который и используют в качестве пуско­
вого.

В

общем

подвижного

случае

контактная

(переключающего)

и

группа

двух

состоит

ный образует замкнутую и разомкнутую пары
неподвижных

При

контактов

из

неподвижных,

(рис.

с

трех

контактов

которыми

7.1, а).

-

подвиж­

Часто один из

отсутствует.

использовании

механических

контактов

в

электронике

приходится

считаться с фактом возникновения переходных процессов в виде кратковре­
менных

ния.

нарушений

Это явление
Возможные

проводимости

либо

изменений

принято называть дребезгом

причины

дребезга

-

вибрация

переходного

сопротивле­

контактов.
упругих

частей

контактов,

шероховатость их поверхности, наличие пленки окисла. Дребезг проявляется
как

при

ный

замыкании,

характер.

лярны.

Общая

миллисекунд,
если

не

так

и

Интервалы

при

размыкании

между

продолжительность

но

принять

поскольку
мер

дребезга

быстродействие

против

дребезга,

и

имеет

замыканиями
обычно

не

электронных

однократное

воспринимается как многократное. Рисунок
няет

контактов

соседними

7.1, б

нерегуляр­

также

нерегу­

превышает

единиц

узлов

нажатие

велико,
на

то,

кнопку

в упрощенном виде пояс­

сказанное.

Для защиты от дребезга, когда это требуется, применяют специальные

формирователи. Их выполняют с таким расчетом, чтобы по первому замы-

138


w-

,~,Jц_ ____ _

.------- +!{
К!

А

11

и

Тоqко 5

а)

t

1 1

1
1

1
t

о)
Рис. 7.1. Работа переключающего контакта
устройства:

механического коммутационного

а -,схема включения; б - временнЬrе диаграммы; t1 - время дребезга при размыкании:
t 2 - время пролета подвижного контакта (на контактах А и Б - напряжение высо­
в.ого уровня); ! 3 - время дребез1·а при замыкании

канию

(или

пульс

или

размыканию)
перепад

контактов

на

выходе

возникал

только

один

При описании триггеров отмечалось, что если под действием
на

входе

этом

произошло

входе

триггеров

На

часто

рис.

ставляют

уже

переключение

показаны

асинхронные

смотрим

работу

ложении

1,

триггера,

изменят его состояния
используют

7.2

а.

-

входе

импульса

импульсы

на

Это свойство

против дребезга.

подвижный

Формирователи пред·

контактами
контакт

Рас·

SA !.

находится

в

по·

на выходе верхнего по схеме элемента триггера будет напряже·

напряжение,

не

2.7, в, 2.8, в).

управляемые

Когда

на

его

выходе

Отрыв подвижного контакта
него

последующие

подобных узлов.

RS-триггеры,

варианта

то

(рис.

как средство

примеры

ние высокого уровня. Так как к обоим
высокое

им•

напряжения.

отражается

верхнего

на

элемента

-

входам

нижнего элемента приложено

низкое.

от неподвижного

состоянии

1-

формирователя,

напряжение низкого

уровня

с дребезгом или
поскольку

продолжает

ся. Первое касание подвижного контакта с неподвижным

на

без

нижнем

сохранять·

контактом

2

вы·

OD!.I

В111хо/1

а)

о)

Рис. 7.2. Схемы формирователей перепада напряжения от механических кон•
тактов на триггерах, собранных из логических элементов:
а

-

на

злементах

И-НЕ;

б

и

в

-

на

двух

инверторах

!(МОП

139


К! 18... 3ок

+Un

+и,.

ull
ЛOll/KI/

DDf

SAf

ттн

J

f,- -

кноп

fOOIJ
Рис.

Схема

7.4.

рователя

Схема формирователя

7.3.

жения

от

10
O.f
'

Bиxoll

Тош t/IK5otШJ~

Рис.

3,3
:тои...

механических

перепада напря·

контактов

на

пряжения

повтори·

теле КМОП

форми·

перепада
от

на·

механиче­

ских

контактов

гере

Шмитта

на

с

триг·

инвер­

тором

зовет переключение триггера. Импульсы дребезга только подтвердят его но·
вое

состояние.

Формирователь по схеме, показанной на рис.

7.2,

б, отличается от рас·

смотренного лишь тем, что цепи коммутации имеют общие точки с цепями
обратной связи
В

инверторов.

бездребезговом

переключателе

по схеме на рис. 7.2, в при каждом
SB! напряжение на конденсаторе CI, посту·
001, вызывает смену состояния триггера, обес·

замыкании контактов кнопки
пающее на вход инвертора
печивая

тем

уровней

напряжения.

самым

поочередное

Резистор

появление

RI

создает

на

выходе

высокого

временную

и

низкого

задержку процесса

зарядки конденсатора С!, обеспечивая дополнительную защиту от дребезга.
Переключатель хорошо работает с инверторами ТТ Л и
на

схеме

номиналы

Простой

элементов

формирователь,

нечувствительный

на одном повторителе КМОП (рис.
вспомнить, что

емкость

на

CI 10".30

показанном

на

КМОП. Указанные

некритичны.

входе элемента

к

дребезгу,

можно

собрать

7.3). Для понимания его работы следует
001.1 имеется небольшая паразитная

пФ. Когда подвижный контакт находится в положении,

схеме,

паразитная

емкость заряжена

до

напряжения

питания.

Оно сохранится на входе и после того, как подвижный контакт оторвется
от

размыкающего,

вход и

так

как

на

выходе

выход связаны резистором

повторителя

RI.

-

высокое

напряжение,

а

По этой причине наличие дребезга

контактов не отразится на выходном состоянии повторителя. Когда подвиж­
ный контакт коснется нижнего, на входе и выходе повторителя напряжение

сменится на нулевое. Очевидно, что и в этом случае дребезг не повлияет
на

состояние

Если

повторителя.

контакты работают не на

переключение,

а только на

удобно применить триггер Шмптта по схеме, показанной на рис.

замыкание,

7.4.

Нечув·

ствительность к дребезгу обеспечена выбором оптимальных соотношений по·
стоянных
должно

времени зарядки
превышать

интервала

тор

CI

между

и

разрядки

длительность

двумя

конденсатора. Здесь время зарядки

дребезга,

прерываниями.

В

а

время

разрядки

исходном

заряжен и на выходе триггера Шмитта

-

быть

состоянии

короче

конденса­

низкий уровень напряже·

ния. В момент замыкания контактов конденсатор быстро разрядится, а на·
пряжение

на

не

изменит

не

успеет

140

выходе

это

триггера

состояние,

зарядиться,

станет

поскольку

высокого

уровня.

конденсатор

за

Дребезг

такой

контактов

короткий

срок


----+lfn
~

+Un

кz

~

~

DD!

fl(

~

Jl

~
С/

KI

Bыxuil

';flOOO."fOOOOлl/J

10. ..10011

SB
Рис.

Схема формирователя крат­

7.5.

ковременного
нии

К2

импульса

при

Рис.

замыка­

Схема

7.6.

репадов

контактов

контактов

формирователя

напряжения

(на

при

пе­

замыкании

О-триггере

КМОП)

У рассмотренных формирователей длительность выходного сигнала соот·
ветствует времени
менение

замыкания

формирователи,

контактов.

которые

На

практике

генерируют

находят ТЭJ(Же

прямоугольные

лее короткие, чем продолжительность замыкания. На рис.
схема

подобного

устройства.

Когда

контакты

бо­

дана типичная

7.5

разомкнуты,

при­

импульсы

конденсатор

не заряжен. На входе инвертора напряжение высокого уровня, на выходе
низкого. При замыкании контактов

де

скачком

-

рают настолько
переключения

напряжение на

возрастет. Постоянную времени

входе упадет, на

зарядной цепи

выхо­

С 1 выби­

R2,

малой, чтобы напряжение на конденсаторе достигло

инвертора

до

первого

размыкания

контактов,

CJ
-

порога

обусловленного

дребезгом. Как только напряжение на конденсаторе достигнет этого порога,
выходное

напряжение

напряжения

на

инвертора

конденсаторе,

снова

равно

станет

как

и

низким

и

размыкание

дальнейший
контактов,

стоянии инвертора не отразятся. Сопротивление резистора
условия

R 1~ R2.

После

отпускания

контактов

медленно разряжается через резисторы
снова

готов

R1

и

рост

на

со­

RI

выбирают из

конденсатор

сравнительно

после чего формировате.1ь

R2,

к действию. Длительность выходного импульса при

указанных

на схеме номиналах деталей -rи=

10 ... 30 мкс, время восстановления опреде­
резисторов Rl+R2:o:::RJ и примерно в 100 раз боль­

ляется сопротивлением
ше.

Этот

формирователь

может

быть

выполнен

на

элементах

ТТЛ

и

км оп.
В устройстве, схема которого показана на рис.

обеспечивает цепь
же

напряжение,

R2, CI.

что

и

на

7.6,

защиту от дребезга

В исходном состоянии на входе
его

выходе

произойдет переключение триггера. Цепь

2. При замыкании
R2, CI сохранит на

D триггера то
контактов

входе

SBI
преж­

D

нее напряжение в течение некоторого времени. Поэтому импульсы дребезга
только подтвердят новое состояние триггера. Для очередного переключения

следует снова замкнуть контакты

SB 1.

Чтобы напряжение на входе

менялось не слишком быстро, следует обеспечить

R2= 1,5
Если

МОм и

С2=0,1

электрический

R2C 1~ 100

мс

D

из­

(например,

мкФ).
сигнал,

формируемый

контактами,

должен

быть

синхронизирован с каким-то процессом, то в качестве формирователя можно
использовать

синхронный

·тактового импульса.
лена на рис.
напряжение
ходе

1.

7.7,

триггер,

срабатывающий

простого

уровня.

замыкания

Такое

контактов

по

фронту

или

срезу

синхронного формирователя представ­

а. При разомкнутых контактах

высокого

После

Схема

же

SB 1

напряжение

выходное

на входе

D

действует

присутствует

напряжение

на

изменится

вы­
не

141


Рис.

7.7.

тель

импульса

мыкании

11 -

Тактируемый

формирова­

напряжения

при

за­

контактов:

принципиальная схема;

б

-

временная

анаграмма

-

Выхо/l !

Bxoll

t

Bыxofl 2

SUUl

~-

RI J,Jк flnн К/55ТН2

.l. 10...IDDк ilnн КШТ1f2

SBI

а)
сразу, а по фронту следующего тактового импульса. Это состояние триггера
сохранится еще некоторое время и после размыкания контактов (рис.
Поскольку

триггер

переключается

контактов не влияет на

по

фронту

тактовых

работу формирователя, лишь бы

импульсов был больше длительности дребезга.
следует

поддерживать

(КТ155ТМ2,

высокий

К5555ТМ2)

уровень

возникает перепад напряжения

пальцем

датчика

производят

удобны

пользователя

для

R

триггера
ТТ Л

особенно

Принципы

в

в

аппаратуры,

последующих

переключения.

последнее время

на

выходе которых

импульс в момент ка­

узлах

эти

Сенсорные

широко

перепады
устройства

применяются

в

ап­

бытовой.

действия

рассмотрен

В

необходимые
и

чувствительный элемент,

sensor -

или кратковременный

сенсора.

-

(импульсы)

будет

(англ.

относят специализированные узлы

паратуре,

и

микросхем

и низкий для КМОП (К561ТМ2, К564ТМ2, К176ТМ2).

К сенсорным устройствам

сания

S

для

Сенсорные устройства

7.2.
датчик)

период тактовых

На входах

напряжения

7.7, б).

импульсов, дребезг

один

подобных
и:~

них,

устройств

основанныi!

могут
на

быть

р'lзными.

замыкании

двух

Здесь

площадок

за счет электрической проводимости кожи. Для уменьшения переходного со­
противления конструктивно сенсор выполняют так, чтобы в момент касания

пальца

возникало несколько мостиков проводимости

Схемные рt>ализацчн
ренным

контактным

сопротивление

степени

142

ее

кожи

пr добных

переключателям.
может

заrрязн~ния

и

(рис.

7 .8).

сенсорных устройств близки к рассмот·
С учетом

составлять

влажности),

десятки

ДJlЯ

того,

что

кнлоом

обеспечения

в

месте касания

(оно

зависит

надежной

от

работы


'{Jn

Rt
г2tt

DD!

1?2 0,111

BшotJ

&

I
7.8.

Рис.

Примеры

исполнения

конструктивного

сенсорных

Olll tf, KSo/JlA 7

7.9.

Рис.

репада

площадок

Схемы

формировате.1я

напряжения

основе

логического

от

сенсора

пе­
на

элемента кмоrt

входное сопротивление сенсора должно быть во много раз больше. По этой

причине

элементной

базой

сенсорных

устройств

служат

микросхемы

КМОП-структуры. При составлении принципиальных схем сенсорных устройств
учитывают

возможные

прерывания

проводимости

на

поверхности

сенсора,

подобных дребезгу контактов.

Лицо,

касающееся

опасного для
сором

и

входом

сопротивлением
жение

в

сенсорной

площадки,

может

оказаться

носителем

микросхемы статического электричества. Поэтому между сен­
микросхемы

в

этом

несколъко

случае

для

защиты

десятков

ее

от

килоом.

нейтрализуется

пробоя

Высокое

охранной

ставят

резистор

статическое

цепочкой

на

напря­

входе

микро­

схемы.

Схема
контакты

простого устроi'ства
сенсора

пряжения,

R1

и

выходr

R2 + Rн

Поскольку
рога

на

разомкнуты,

(R~

-

нижого.

пока

палец

Развитие

DD 1

и

входе

дана на

инвертора

При касании

сопротивление

-

R2+Rн~Rl,

кожи)

напряжение на

переключения, а на

няется,

подобного рода
на

-

входных

образуют

рис.

уровень

зажимов

делитель

входе инвертора

Когдз

7.9.

высокого

на­

резисторы

напряжения.

падает ниже

по­

выходе скачком возрастает. Это состояние сохра­

прижат

к

рассмотренного

сенсору.

устройства

показано

на

рис.

Элементы

7.10.

образуют одновибратор, который запускается в момент прикос­

DD2

новения к сенсору. Одновибратор генерирует одиночный импульс, после чего
возвращается

быть

короче

указанных

пульса
С!

исходное

состояние.

Продолжительность

длительности

в

выходного

импульса.

на

около

можно

схеме,

1,5

состояние

и

при

пальца.

удобно

независимым

сенсорными

Перебросы

поочередном

SA2.

триггера

После

употреблять

управлением

пло­

собой

триг­

касании

переброса

сохраняется

Такой

и С!,

им­

импульо.

представляет

RS-триггер.

.SAI

удаления

«Стоп».

двумя

должна

RЗ

емкости

выходной

7.11)

происходят

сенсоров

.тель

с

(рис.

асинхронный
гера

Увеличением

удлинить

Переключатель

щадками

с.

длительность

касания

При номиналах

и

после

переключа­
в

системах

«Пуск»

с

-

Рис.

7.10.

rенератора

Схема

сенсорного

импульса

143


К!

10/'f

К!

: O.flf
SAII
8111Xo!J 2 DDI К5о!ЛА7

Bt;1xo!J 1
Рис.

Схема сенсорного форми-

Рис.

7.12.

рователя перепадов
напряжения с
помощью RS-триггера на логических

ства

двухтактного действия

7.11.

элементах

Схема сенсорного устрой­

И-НЕ

А

002

ut О О О О

Bыxoi!f

fJxoiJTll

B'1!Xofl 2 -

- ,..

О О ОП

'.-.

Готz ~ hО О О О · · ' О О О [ ~

uf

Гоvкаб О QI{\{\
1

Выхоu 1 f ~
8ыхоu 2

•

t

~

t

f\'ЧО О

1

i

J

_
t

1
1

Q
KUt'OllUЯ

d)'
Рис.
а

-

7.13.

Сенсорное устройство, срабатывающее за счет емкости тела:

принципиальная

схема;

б

и

в

нременньrе

-

диаграммы

Сенсорное устроikтво по рис.

7.12 по принципу действия сходно с кон­
7.2, в. В отличие от предыдущих схем здесь
элементами DDl.I и DDl.2, перебрасывается от каж­

тактным переключатЕ'лем на рис.
триггер, образованный
дого

прикосновения

Сенсорное

пальца.

устройство

по

рис.

оператора. На выходах Выход
лов

определяется

работы

тором таких

ром

временем

устройства

1

7.13

контакта

требуются

срабатывает

и Выход

2

пальца

внешние

за

счет

емкости

с

сенсорной

прямоугольные

площадкой.

импульсы.

микросхемы

5.26,

(рис.

б)

либо

на

элементах

Для

Генера­

импульсоя может служить мультивибратор, собранный на

триггере

тела

длительность вызванных сигна­

вто­

микросхемы

DDl.
За счет элемента
ношению

к

распространения
дит по фронту
состоянии

tзд.р

(U 0 • 1)

уетройатва

низкого уровня

на

пряжение низкого

144

импульсы на тактовом входе С инверсны по от­

DDl

импульсам

на

D
7.13, б).

входе

(рис.

и

отстают

иr.<пупьсов на
моменту

вхпде

f ровня,

D,
на

от них

время

тактирующем входе С.

прихода

2-

DD2

задержки

происхо­

В исходном

фронта соответствует напряжение

и, следовательно, на

выходе

на

Срабатывание триггера

высокого,

выходе

1

действует

на·


С прикосновением пальца к сенсорной площадке емкость тела операто­
ра и резистор

образуют интегрирующую цепь, которая будет искажать

Rl

фронт и срез импульсов на входе
вого импульса на входе
и

триггер

выходе

переключится

1.

в

В момент поступления фронта такто­

D.

еще присутствует напряжение высокого уровня

D

состояние,

соответствующее

высокому

уровню

на

Он будет подтверждаться с каждым тактовым импульсом. После

отпускания пальца форма импульсов на входе
тактовый импульс возвратит триггер

в

восстановится, и очередной

D

исходное состояние.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ

8.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Регулярную

ром

последовательность

(мультивибратором,

узлах аппаратуры часто
добных

операций

фрагментов,

могут

фазовый

синтез ступенчатых и
вательности
частоты,

приходится

подвергать обработке. Примерами по­

выделение

временной

сдвиг,

и

и

импульсов

нетрудно
сигналы

т.

п.),

обеспечить

сохраняют

в

последующих

преобразование

умножение

аналоговых сигналов и др.

производны!'

создаваемую генерато­

генератором

служить:

и

импульсов,

кварцевым

и

отдельных

деление

частоты,

Поскольку для последо­

очень

высокую

исходную

стабильность

стабильность

и

син­

хронность с нею. Здесь описаны некоторые виды преобразований импульсных
последовательностей.

Фазовый
На

рис.

8.1,

сдвиг
а

импульсов

показана

легко

схема

разных выходах сдвиг фазы на

осуществить

простого

90, 180

с

помощью

устройства,

и

триггеров.

обеспечивающего

относительно входной

270°

на

[12].

Здесь создается именно фазовый сдвиг, а не временная задержка, так как
фазовые соотношения 1<а выходах сохраняются при разных значениях вход­

ной частоты. Временные диаграммы показаны на рис.
Режим

работы

управляющего

устройств

напряжения

по

Uупр.

схеме
При

на

рис.

низком

8.2

8.1,

б.

определяется

уровнем

уровне напряжения триггер,

как обычно, делит входную частоту и fвых=fвх/2, а при высоком -устрой­
ство

действует

как

повторитель

повторитель-делитель частоты
гических

уровней

цифровых

DD!.2

r: Т

Bxo!J

входной

сигналов

о2 Вшо!J1 (270°)

ii2

частоты,

т.

е.

может быть употреблен для

Вь~ко!Jl{!/0°)

ВыкоfJ 3 (180°)
...__ _.-+-....,В.,...ь1-коulf (Q 0 )

разными

fвых=fвх.

Такой

кодирования ло·

частотами.

и6 х
Uбых 3

Dll/ К155Тtt2
K551Тtt2

а)
Рис. 8.1.
Триггерное
устройство,
обеспечивающее фазовые сдвиги по­
следовательности импульсов на 90,
180 и 270°:
а

-

принципиа11ьная схема~

цнаrраммы

б

-

временные

Vвь1х1l

1

г

Овь1х2J

·I_

IL
о)
145


Действие

свойствах
О

лл.r

Bшo!Jt

равлении

ii

Uynp--?---C:J--4--1

Выхоu2

по

пряжении

на

Рис. 8.2. Схема делителя-повто­
рителя частоты колебаний

на

низкого, на

вень

высокого

жение

прямом

выходе

высокий уровень, а

S

напряжения

высокого

триггера

не

входах

на

-

уровня.

С.

S

триггер

при

ра­

высоком

и

J

и

на­

К

делит

поступающих

Когда

на

вхо­

напряжение высокого уровня, а на

R

напряжение низкого уровня, а когда на

Q
R

на

и

входах

вход

уп­

низком

импульсов,

тактовый

де

S-

на

число

2

на

при

входам

при

этих

напряжении

входе

что

ботает как синхронный

на

основано

.1\561ТВ 1

асинхронным

Напомним,

R.

.fб.-----t--,/"

устройства

триггера

низкий, либо на обоих этих входах уро·

прямом

Импульсы

Q

устанавливается

С

при

выходе

на

входе

этом

на

напря­

состояние

влияют.

Поскольку между входами

и С включен диод

S

то при высоком

VDI,

уровне на входе Uупр и при наличии на входе С импульсной последователь­
ности картина
диод

работы

меняется.

периодически

VD 1

входе

С

высокий

тоже

высокий

уровень,

уровень,

От

чередования

закрывается.
диод

а

В

те

закрыт,

значит,

напряжения

интервалы

следовательно,

такой

же

уровень

на

входе С

времени,
на

когда

входах

будет

и

на

на

и

S

R

прямом

выходе триггера. Когда же на входе С действует напряжение низкого уров­
ня,

диод открыт,

высокое.

на

входе

Следовательно,

низкого

уровня.

S

на

Инымн

низкое

прямом

словами,

напряжение,

выходе

сигналы

а

на

Q

триггера

на

выходах

по-прежнему

Rбудет

напряжение

триггера

повторяют

импульсную последовательность на входе С.
Если

диод
ной

управляющем

ряде

деталей

сердца.

Это

пуском

(рис.

жен

установлено

напряжение

низкого

уровня,

последовательности.

случаев

требуется

последовательности.

счете

входе

постоянно закрыт и триггер работает как делитель частоты вход­

импульсной

В

в

на

VD 1

и

в

выявить

ситуация

медицРнской

нетрудно

8.3,

Такая

пропадание

может

практике

сделать с

помощью

отдельных

возникнуть,

при

контроле

импульсов

например,

работы

одновибратора

с

при

больного

повторным за­

а). Для этой цели выходной импульс одновибратора дол­

удовлетворять

условию Т<'tи<2Т,

одновибратора, Т- период следования

где 'tи-длительность

импульсов

импульса

в контролируемой

после­

довательности.

Первый нм пульс посш' до в а тельности запускает одновибратор.
следовательность
завершения

будет
что

регулярна,

выходного

неизменным.

одновибратор

одновибратор

импульса,

Пробел

в

завершит

поэтому

серии

цикл

будет

повторно

уровень

входных

генерации

по­
до

напряжения

импульсов
и

Пока

запускаться
на

приведет

напряжение

на

его

выходе

к

тому,

выходе

изменится скачком. Это новое состояние длится до прихода очередного им­
пульса

последовательности,

вается

и

остается

граммы на рис.

8.3,

после

неизменным

до

чего

выходное

следующего

напряжение

пропуска.

в

диа­

б поясняют принцип действия.

Сходным образом решают и обратную задачу
импульсов

восстанавли­

Временнь1е

регулярной

последовательности.

-

На

выявление посторонних
рис.

8.4

представлены

схема и временные диаграммы для этого случая. Здесь одновибратор обыч-

146


+Uп

Bxofl

ez

DDI

0,01". !J,ft11(

J(f/0068111
а)
Рис.
а

-

Одновибратор

8.3.

пуска

в

с

повторным

последовательности

прииципиальнан

схема:

б

-

запуском

в

режиме

выявления

про­

импульсов:

временная

диаграмма

l

Рис.

Устройство

8.4.

для

выявления

посторонних

импульсов

в

последова·

тельности:

а

-

принципиальная

ный, не с

схема;

6 -

временнЬrе

повторным запуском,

схеме на рис.

4.11.

например

DD 1.1 служит разрешающим
DD2. l. Если в течение действия
мент

появится дополнительный
и

появится

Регулярную
вать

в

другую

исходит
сдвига

на

на

его

с

Q1

одновибра­

логического

элемента

импульс, он

импульса
пройдет

одновибратора

на

через логический эле­

выходе.

импульсов
где

программе.

логическим

информационный вход

няет рис.

для

выходного

последовательность,

сочетании

микросхеме К 155АГ 1 или по

сигналом

последовательность

по определенной
в

на

Напряжение высокого уровня на выходе

тора

входе

диаграммы

пауз

Идею

нетрудно

импульсов

Для этой цели

устройством,

регистра,

и

чередование

используют

создающим

подобного

и

преобразо­
пауз

про­

регистры

обратную связь

преобразования

пояс­

8.5.

147


Выхо/J

Рис.

'111cno!oti

(n-разрнf!ншi)
,---"---.,

Регистр

8.5.

сдвига

и

элемент

логический

в

роли

образователя

К6

ytmpotiemdq

qz

1.J1Jl

с

Bxou

довательности

Логu'lемое

fll

пре-

послеим-

nульсов

Выхоu

инп пьеныti

03

D
Оп

Благодаря

Уровень

наличию цепи

сигнала,

обратной

действующего

на

связи

регистр

информационном

работает

циклически.

входе

зависит

D,

от

комбинации сигналов на выходе регистра и от логической функции, выпол­

няемой логическим устройством. С каждым тактовым импульсом на входе С
происходит сдвиг содержимого регистра и ввод новой информации по вхо­
ду

D,

чем

Эту

обеспечивается

систему можно

двоичных

чисел,

же,1аемая

считывая

Как пример на рис.

смена

использовать
их

8.6

с

и

выходов

выходных сигналов.

как

генератор

дана схема трехразрядного регистра в сочетании

с логическим устройством в цепи обратной связи.
момент

все

три

QI =Q2==Q3=0.

тригrР.ра

псевдослучайных

регистра.

регистра

пребывали

в

Допустим, в начальный
нулевом

состоянии,

гическая единица,

поскольку

Ql=Q3=1.

Поэтому с первым тактовым

пульсом этот сигнал будет введен в регистр, в то время как сигнал
перейдет

во

гистра теперь будет

второй

триггер, Q2=0- в
QI = 1, Q2=0, QЗ=О,

сигнал

нуля.

логического

регистра станет
появится
Далее

т.

е.

Очевrrдно, что на выходе логического устройства была ло­

Со

Ql=O, Q2=1,

третий.

Выходное

им­

QI =0

состояние

ре­

что создаст на выходе устройства

с.1едующим

тактовым

импульсом

состояние

QЗ=О, а на выходе логического устройства

импульс, соответrтвующиii логической

единице

(табл.

8.1).

цикл повторяется.

о

ллл.

BxoiJ

BxoiJ

at

2

J

4'

5

б

7 8(0)

()2
03
Выхоv

о)

а)
Рис.

8.6.

тельности

Пример

- принципиапьная
148

а

конкретного

устройства

для

импульсов:

схема;

б

-

временнь1е

диаграммы

преобразования

последова•


Таблиц а

~

8.1

) &

1

&

о

о

1

1

о
о

2

о

1

В

3

1

1

о
о
о

каждом

ряду

j ~
11

&

1

&

1

3

1

j

1

11

1

3

о

1

о

4

о

1
1

1

5

1
1

1

о

этой

таблицы

выходно!1

о
о
о

6
7
8(0)

сигнал

1
1

о
о

о

1

1
о
о

определяется

значе­

ниями Ql, Q2, QЗ (и Ql, Q2, QЗ). приложенными к входам логического уст­

DD4-DD7. Значение Q1 характеризует выходной сигнал в преды­
Q2 - это значение Q 1 из предыдущего ряда, тогда как QЗ предыдущее значение Q2.
Достоинство подобных преобразователей - простота и большая гибкость

ройства

дущем ряду,
это
в

управлении,

а

довательностей

также

(в

том

возможность

числе

и

получения

сложных

псевдослучайных)

при

выходных

малых

после­

аппаратных

затратах. Как показал прlfмер, даже простой трехразрядный регистр может
генерировать

последовательности

Распределители
временное

вход.

импульсов

распределение

Другими

появляются

словами,

импульсы

длиной

в

восемь

обеспечивают

последовательности

на

разных

согласно

выходах

моменту

их

тактов.

циклическое

пространственно­

импульсов,

поступающих

распределителя

поступления

на

на

поочередно

вход.

В качестве распределителей могут быть использованы близкие по свой­
ствам

счетчики

К561 ИЕ8 и

К561 ИЕ9.

В

ходе счета у

них

на каждом из

аи

r

Q/
Q2
QJ

ст

r--;1

у-1<· 1

т

~
!.'

1

/

ё.

т

v

7[i;

R

ira5
Об

ао

·LJ!

{) 1

,.

rrfr..FJ .
r-

"
~

~

.......,

!

1

р

QJ __г
а~

{)5

-

1

r-

,___

{] 7

~

{)8
т

15

v

f5

R

-

::=

v--·

Gб

!{58!11Е8

f~

h

02 _гt

09

а)

_ f\._f\}\; f\._ f\._ "\.: f\.; f\._ '\. .

,....,

()9

.f
tJ)

+Uп •

fli

Otfщ ·В

о)

Рис.

8.7.

-

Микросхема

а
логическая структура;
фическое
изображение;
в

К561ИЕ8:
б

-

условное
вре'1еннь1е

-

гра·
диа­

граммы

149


])IJ2
IJJJ!
СТZ

TZ

Bxo!J

f'I

J1JlJ

z

Tf

о

ш:

f
2

23

12

flt
flZ g

22

()~ 8
(j(J ff

Z/

з

"

2

5
/j

~

го

7
8
g

8

10

11

10,в1з-

ii~
'"
15
tJtj:

18

DDJ

;; :;-!].._

l!llf l(fJ.51/bl; !JlJ2 Ш""Я!Д.J; l!JJJ t/ё J(f.5.fЛllf

8.8.

Рис.

Распределитель

выходов

поочередно

(К561ИЕ8)

условное

возникают

«1

либо

импульсов на

8»

из

графическое

счетчике н дешифраторе

сигналы

(К561ИЕ9).

изображение

высокого

На

микросхемы

«1

уровня:

8.7, а

рис.

и

б

10»

из

представлены

К561 ИЕ8

и

временнь1е

диаграммы ее работы. Если требуется более короткий цикл работы из мень­
шего числа импульсов

N

ны, то выход
ние

к

исходному

N < 10,

8.8).

(рис.

чивает

R,

что обеспечивает возвраще­

состоянию.

Распределитель может
тора

т. е. не все выходы должны быть нспользова­

соединяют с входом сброса
быть собран

Дешифратор типа

выходные сигналы

низкого

из двоичного счетчика

и дешифра­

К155ИДЗ, показанный на схеме, обеспе­
уровня

«I

16».

из

Длину

цикла

можно

изменять, подключая вход инвертора DDЗ к надлежащему выходу дешифра­

тора.

Кроме

указанных,

можно

применять

микросхемы

пример счетчик К\55ИЕ9 и дешифратор К\55ИД10

других

типов,

Выходы дешифратора можно объединять в группы, увеличивая

мым время действия выходных импульсов. На рис.

на­

(десять выходов).

8.9

тем са­

показана схема узла

для получения четырехфазной последовательности выходных импульсов, раз­

деленных между
ческих

собой

элементов

пределения

При

в

интервалами

рааличных

выходных

один такт.
можно

Подключая
получать

входы

логи­

различные

рас­

импульсов.

использовании

К561 ИЕ9 для

в

сочетаниях,

подобного

правильной

узла

с

мнкросхемамн

К561ИЕ8

и

работы необходимо использовать логические эле­

менты ИЛИ либо ИЛИ-НЕ, поскольку для этих элементов активные вход­
ные

сигналы

-

высокого

Разновидность

На

8.10

рис.

жение

представлена

получено

основано

сдвига.

на

быть

8.11

100

-

последовательности

сдвиге

многофазные

генераторы.

входных

импульсов.

импульсов

с

Действне

помощью

его

регистра

показан способ выделения одиночного импульса из после­

Временное

произвольным

вательности.
что

входной

цнклнческом

довательности.

тем,

нз

распределителей

схема генератора, в котором трехфазное напря­

Выходная частота с входной связана зависимостью fвых=fвх/6.

На рис.
жет

уровня.

подобных

в

Между
первом

положение
и

не

сабо!\'

выходной

пусковых

импульсов

синхронизированным с

оба

варианта

импульс

(рис.

возникает

8.11, а
по

-

вход

импульсами

и

в)

D-

мо­

последо­

различаются

фронту тактовых

им-


К!

/1(

+Un

1JD2
о

ос

D/Jf
J

2J

2
8

22

7

20

1flJl

18

DDI К15511Е7
002 Kl!!llД.J
JJDJ, DDIJ К/5.fЛА 1

Vrr.I

B111xou!

.5
6

~

7

в

8

8

g
10
ff

WI

!9

8111хо// f

6

~

1
2

Bxofl

f

2
3

Выхо/J.1
6

12
Bыxo!Jll

!3

W2

f~

8

fJ

15

а)

ппппппппппппппппппп э-t

г~t

1

----------t

....
t
t

о)
Рис.
а

-

Пример

8.9.

между

распределителя

с группировкой импульсов

и интервалом

группами:

принципиальная

пульсов,

схе\!а;

во втором

-

б

-

временнь1е

по срезу.

диаграммы

Временные

диаграммы пояеняют принцип

работы. Из них следует, что на время действия командного сигнала должен
приходиться фронт хотя бь• одного тактового импульса.
Для

выделения

пачки

импульсов

мqжно воспользоваться схемой на
задают

в

двоичном

DD l-DD3.
12 разрядов

Три

коде

на

входы

четырехразрядных

двоичного

числа

из

рис.

непрерывной

8.12.

предварительной
счетчика

(N==2 12 =4096).

последовательности

Число импульсов в пачке
дают

N

установки счетчиков
возможность

Триггер

DD4

ввести

обеспечивает

151


+lfn

1JD2.2

}

Выхо/1
fоых=/ех/В

J~"-----

Bxofl

4

13

.001 K51lfHP!J
.002 1/2К50!ЛА7
Рис.

8.10.

Схема преобразователя

непрерывной

последовательности импуль­

сов в трехфазную

ё а)

8~0 to

tJ)

о о о о Г,..

h ПППОП~ППППП"

ё

.В~D t.__

ёh

__,_______.______~.,.t

t. . .
ozt

О!

D

8.11.

ночного

и

б

-

t

'"t

t

1

г: 02ь
"t

Схемы

и

импульса

по

фронту

введение числа

!fыxиilh._
_ _._.....___________'
.t

г)

временньrе диаграммы

из

г=:

t

о)
Рис.

t

О! t

_.....1-_ _ _....--1_ _ _ _
"t

B111xof/h

а

о о о о[.

cto

t

устройств

для

выделения оди­

посдедовательности:

тактового

нмпу11ьса;

в

и

г

-

по

срезу

тактового

импу11ьса

в счетч11ки и начало генерации пачки по пусковому им­

N

пульсу.

После прихода
шать

период

пускового

следования

импульса

импульсов

в

(его длительность должна
последовательности)

превы­

триггер

DD4

сработает по фронту очередного импульса последовательности и на его ин­
версном

выходе появится

низкий уровень,

в счетчики и закрыть элемент
вый
и

же

импульс

последоЕtательности

напряжение высокого

152

DD5.2.

уровня

на

что

позволит записать число

N

С прекращением сигнала «Пуск:. пер­
вызовет

его

переключение триггера

инверсном

выходе разрешит

DD4,

работу


::;

~
"i!§

DD2

2'

~

А

zs

z6

~
~

z1

~
....

Вь1хоf/

t1
5

ci§

"
~

f

Выхоf/ 2

Кf

za
z9

а)

2 10

2"

,"!~ ~ н ~ ~ .

IJD.5. 1
в

Выхо!J

IJ!Jf-DDJ

K.75.JIШJ

1

t/2K55JТl'f2

и1

l{.J(f.JЛM

а)

-

1

1

1

в

t

IL

1!
и

unyc•fo

1

1

6

и,••,t п п п п п_-~---] о п о_

t

1

1

1

1

1

1

Упор

t

JN

lll'fП!JПЫ:ot! нUJКOllJ

"

Рис.

8.12.

пачки

I

~·

11pod1tff

t

Устройство для выделения

импульсов

из

последователь­

.:... принципиальная

нЫе

диаграммы

о)
Рис.

8.13.

схема;

б

- времен-

Формирователь

длительность
скольким

ности:

а

t

а

-

иЫе

которого

импульса,
равна

не­

тактам:

принципиальная

схема;

б

- времеи-

диа1 рам мы

153


счетчикам.

Счетчики

работают

в

режиме

вычитания,

т.

е.

счет

импульсов

входной последовательности происходит в направлении уменьшения записан­
ного

в

счетчики

Когда

числа.

будет сосчитано

импульсов, на

N

выходе max/miп всех счетчи­

ков возникнет напряжение высокого уровня. В этот момент на верхнем, по
схеме,

выводе

уровня,

тится

логическ()ГО

которое

запрет

элемента

этот

появится

DD5.2

элемент,

и

счет

напряжение

выходных

низкого

импульсов

прекра­

[23].

Выходной импульс длительностью в несколько периодов тактовой после­
довательности может быть получен на основе О-триггера и дифференцирую­

щей

RС-цепи

- рис. 8.13

RС-цепь,

подключенная

элемента

временной

У триггера
напряжение

ко

[ 15].

В этом

входу

D

устройстве

триггера,

по

дифференцирующая

сути

дела,

играет

роль

выдержки.

на

входе

низкого

D

до

уровня,

прихода

и,

уровень. Когда на вход цепи

пускового

следовательно,

С!

RI,

на

(точка Б)

импульса

прямом

присутствует

выходе

-

тот

же

поступит импульс высокого

уровня, первый же тактовый импульс на входе С переключит триггер и на
его

прямом

выходе

появитС'я

напряжение

триггера сохранится до тех пор, пока
через резистор

ня и

на

напряже1ше на входе

R1

высокого

уровня.

Это состояние

в процессе зарядки конденсатора С\
снизится ниже порогового уров­

D

вход С поступит очередной тактовый импульс. Запускающий им­

пульс

на

(рис.

8.13,

входе

Длительность
условии,

по

D

продолжител.ьности

что

выходного

период

импульса

следования

меньше постоянной времени
импульса

должен

превышать

выходной

б).

соответствует

равна

О, 7R 1С1

последовательности

при

гораздо

Точное значение длительности выходного

RICI.

целому

приблизительно

импульсов

числу

периодов

импульсной

последователь­

ности на входе С триггера между двумя его срабатываниями. Напряжение
питания

мало

Это
пульса
щему

влияет

на

продолжительность

устройство легко

выходного

преобразовать для

работы

низкого уровня, для чего вывод резистора
проводу,

следует

Цифровые
пульсов

в

таймеры

присоединить

к

плюсу

преобразовывают

прямоугольные

импульсы,

импульса.

от запускающего им­

R 1,

подключенный к об­

питания.

входную

длительность

последовательность
которых

равна

им­

несколь­

ким периодам этой последnвательности. Соотношение между продолжитель­
ностью

выходного

(программой)

на

импульса

и

периодом

входных задают цифровым

входе таймера. Основой

кодом

цифрового таймера служит так­

товый генератор и программируемый счетчик. Преимущество такого таймера
заключается

в

том,

синхронизированы

что

с

и

начало,

импульсами

и

конец

генерируемого

последовательности

и,

импульса

кроме

того,

строго
он

не

требует внешних времязадающих RС-цепей, что важно для создания больших
выдержек.

После запуска таймера с
входного

поступлением

импульса формируется

первого из

фронт выходного и

последовательности

одновременно запуска­

ется счетчик. Окончание цикла счета соответствует срезу выходного импуль­

са. Максимальная его д.Лительность зависит только от емкости счетчика
периода

входных

На рис.
показан

154

8.14,

только

импульсов

и

может

быть

поэтому

очень

а показана схема цифрового таймера

один

четырехразрядный

счетчик.

Если

и

большой.

[27].

Для простоты

надо,

можно

после-


Л!IСК

llJ:2.Z

fl.f

fQ

B1rпro!lf

5
Токт. шт.

]]]] f /(/.f511Е7
]]]]2 l(f5.JТIJ/5

IJJJJ t/'tkl5.fЛAJ
а)

и,...,.+

~о о о о о о п п о ппп п ~

~10

о

v°'u

Рис. 8.14.
таймер:
а

-

ма;

Цифровой

принципиальная

6-

временная

=i

Uбoix1t......__..J____....______~--~

схе·

диа­

t

15)

грамма

довательно соединить несколько счетчиков. Счетчик

вычитания

~
:

(обратного

счrта).

Выходом

DD 1

счетчика

р11ботает в режиме

служит

выход

займа

(~О).

Триггер 002.1
синхронный

вк.пюче!!

О-триггер.

Ка!\ асинхронный RS-тpиrrep, а 002.2 - как

Вместо

указанных

на схеме

микросхем

могут быть

применены счетчик К!55ИЕ6 и триггер К155ТМ2.

Порядковый номер
ние

выходного

D 1-DB
гер

в

двоичном

предварительной установки

DD2.l

параллельном

счетчика.

В

предварительная

при напряжении
установка

низкого уровня

счетчика

в

на

входы

положении триг­

WR

происходит

соответствующее

коду

на

Dl-D8.

После поступления сигнала разрешения

(«Пуск»)

импульса

число,

и одновременно триггер

выходной
которое

DD2.2

импульс.

уменьшится до нуля, на

записанное

DDl.

счетчик,

По фронту следующего

уменьшится

на

единицу,

переключится в единичное состояние, форми­

Через

1

N-

выходе займа

установит

в

ближайший тактовый

который выходным сигналом

DD2. l,

высокого уровня переведет в режим счета счетчик
тактового

уровня,

подают

на входе

состояние,

импульс вызовет переключ~:-ние триггера

руя

коде

исходном

находится в нулевом состоянии и, согласно режиму работы счет­

чика К155ИЕ7,
входах

N тактового импульса, заканчивающего формирова­

импульса,

триггер

тактов
(~О)

DD2. l

в

содержимое

счетчика

DDl

появится напряжение низкого
исходное

нулевое

состояние.

155


]]02

f)/Jf..f

SA!
Л!JСК

l/HifJ0/!110/{IШ

!Jыxoil

SA2

ZJZJI К58!Т/12; IJIJl,DIJJ K58!JIE8; DDll У. !(58!ЛЛ7
а)

''~1 ппппппопппппп '"'
шт.

t

1

Лу~1

~!

'"t'

1

1

а~ t i"
1

tзд

и

·1
r,

г-1 ГI

,..,

'"t'
г,

г,

1 11 11 1' 1 1 111
1 1 1 111 I 1 1 111

8ыxoil

t

iинф

1""

'"'1

о)

Рис. 8. 15. Узел цифровой задержки информации:
- принципиальная схема; 6 - временная диаграмма

а

Фронт следующего тактового импульса переведет в нулевое состояние триг·
гер DD2.2, заканчивая генерацию выходного импульса. Длительность выход·
нога

импульса

рительно

равна,

записанное

пульсов. Рисунок

таким

в

образом,

счетчик,

а

Твх

Твых=

-

NT вх,

период

где

число,

N-

следования

предва·

тактовых

ИМ·

8.14, б иллюстрирует работу таймера для случая N=4.

Узлы цифровой задержки обеспечивают временную выдержку до начала
какого-то

процесса

по

отношению

к

пусковому импульсу,

принятому за

на­

чало отсчета. ПродолжитЕ'льность задержки задают в дискретной форме в
виде

на

определЕ'нного

тех

же

числа

принципах,

программируемой,

периодов

что

и

тактовых

цифровые

перестраиваемой

импульсов.

таймеры.

задержки

Эти

Наряду

с

узлы

строят

устройствами

находят применение

и

более

простые системы с жесткой, неизменной программой работы, с выбором по·

стоянного
ройства.

156

коэффициента

счета,

устанавливаемого

при

изготовлении

yc:r·


Схема, показанная на рис.

8.15,

а,- один из примеров систем подобного

рода. Это устройство обеспечивает выборку двоичной информации (до вось·
ми разрядов), непрерывно поступающей на вход «Информация» синхронно
с тактовыми импульсами. Оно содержит узел цифровой задержки
и цифровой таймер

DD2 -

ние коэффициента

счетчик

-

счета, т.

е.

DD3.

позволяют

счетчик

-

Оба счетчика допускают измене·
управлять

временем задержки

и

длительностью формируемого импульса, в продолжение которого идет прием

информации.

Временное

положение

тельно импульса «Пуск»
триггер

DDl.I

(рис.

полезной

8.15, б).

информации

находится в единичном состоянии, а

скольку на входе

R

счетчиков

DD2

и

задано

относи·

До поступления пускового импульса

DDl.2- в

нулевом. По­

действует напряжение высокого

DD3

уровня, оба счетчика остановлены в нулевом состоянии. Логический элемент

DD4

закрыт низким напряжением на нижнем (по схеме) входе. На сигналы,

поступающие на входы «Тактовые импульсы» и
не

«Информация», устройство

реагирует.

По

фронту

работу счетчику

импульса

DD2.

«Пуск»

триггер

переключается,

DDl.I

разрешая

Счетчик начинает счет тактовых импульсов, обеспечи·

вая нужную задержку. Когда через положенный отрезок времени tзд=
(где

N-

число тактовых импульсов, подлежащих счету, Тт.и

давания

тактовых

импульсов),

на

его

выходе

уровня и произойдет переключение триггера
счетчик

DD3

во-первых,
появится

появится

DD 1.2.

-

NT т.и

период сле·

импульс

высокого

Этот триггер переведет

в режим счета, а сигналом высокого уровня с прямого выхода,

откроет логический
полезная

элемент

информация,

и,

DD4,

в

результате

во-вторых,

чего

переключит

на

выходе

триггер

DDl.I,
DD3
произойдет переключение триггера DD 1.2, который закроет элемент DD4,
остановит и обнулит счетчик DD3. Поскольку на входе S триггера DDl.l
который закроет счетчик

появится

нулевой

DD2.

сигнал,

этот

С завершением цикла счета счетчиком

триггер

будет

готов

к

приему

очередного

пускового импульса. При нt>обходимости времена задержки и приема инфор­
мации

можно увеличить, нарастив счетчики обычным путем.

Приложение
Численные значения е-х и

х

е-Х

1
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3

0,904
0,819
0,741
0,670
0,606
0,549
0,496
0,449
0,406
0,368
0,333
0,301
0,272

1-е-Х
0,095
0,181
0,259
0,330
0,393
0,451
0,503
0,550
0,593
0,632
0,667
0,699
0,727

11

1-е-"

х

е-Х

1

1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6

0,246
0,223
0,202
0,183
0,165
0,150
0,135
0,122
0,111
0,100
0,091
0,082
0,074

1-е-х
0,753
0,777
0,798
0,817
0,835
0,850
0,865
0,878
0,889
0,900
0,909
0,918
0,926

1-е-Х

е-Х

11

1

2,7
2,8
2,9
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,5
5,0
5,5

0,067
0,061
0,055
0,050
0,041
0,033
0,027
0,022
0,018
0,011
0,007
0,004

0,933
0,939
0,945
0,950
0,959
0,967
0,973
0,978
0,982
0,989
0,99.З

0,996

157


Список литературы

1.

Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. А" Шакулин В. Г. Кварцевые генерато­
ры. Справочное пособие.- М.: Радио и связь, 1984.- 232 с.

Баклииский 8. П., Дьяконов В. П., Хлонь А. Г. Времязадающие и ком­
мутирующие устройства.- Киев: Знание, 1980.- 24 с.
З. Бирюков С. А. Цифровые устройства на интегральных микросхемах.­
М.: Радио и связь, 1987.- 152 с.
4. Глухов А. В., Кожемякин А. Н., Меерович Г. П. и др. Генератор с фа­
зовой
автоподстройкой
частоты
К564ГГ ! //Электронная
промышлен­
ность.- 1984.- № 6.- с. 25-26.
5. Гольденберг Л. М. Импульсные устройства.- М.: Радио и связь, 1981.-

2.

224

с.

6. Горн JI. С., Хазанов Б. И.

7.
8.

9.
10.

Элементы
микромощных
цифровых
уст­
ройств.- М.: Атомиздат. 1980.- 55 с.
Димитрова М. И., Пунджев В. П. 33 схемы с логическими элементами
И-НЕ: Пер. с болг.- Л.: Энергоатомиздат, 1988.- 112 с.
Дычаковский В. Б" Кобзарь С. И., Судьин С. Л. Преобразователь напряжение-частота-напряжение
KPl 108ПП 1//Электронная
промышленность.- 1984.- № 6.- С. 28-30.
Дьяконов В. П. Расчет нелинейных и импульсных устройств на програм­
мируемых микрокалькуляторах.- М.: Радио и связь, 1984.
Ерофеев Ю. Н. Импульсные устройства.-М.: Высшая школа, 1989.-

527
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.

т.

Зельдин Е. А. Триггеры.-М.: Энергоатомиздат, 1983.- 96 с.
Крымшамхалов Т. Цифровые микросхемы в спортивной аппаратуре//Ра­
дио.- 1978.- № 2.
Коломбет Е. А. Таймеры.- М.: Радио и связь, 1983.- 128 с.
Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные
усилители
и линейные инте­
гральные схемы: Пер. с англ.- М.: Мир, 1979.
Нерот Ч. Синхронизированный одновибратор из дифференцирующей це­
почки и триггера//Электроника.- 1977.- № 15.- С. 69-70.
Нормет Х. Использование
делителя
определяет
пределы
настройки
КМОП- генератора//Электроника.- 1980.- № 21.-С. 74.
Справочник по интегральным
микросхемам/Тарабрин Б. В.,
Якубов­
ский С. В., Барканов Н. А. и др.; Под ред. Тарабрина Б. В.- М.: Энер­
гия, 1980.- 816 с.
Справочник по микроэлектронной импульсной технике/Яковлев В. Н.,
Воскресенский В. В.,
Мирошниченко С. И.
и др.; Под ред.
Яковле­
ва В. Н. Киев: Техника, 1983.- 359 с.
Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник.- М.: Ра­
дио и связь, 1987 .- 352 с.
Шило В. Л. Функциональные аналоговые интегральные микросхемы.­
М.: Радио и связь, 1982.- 128 с.
Щербаков В. И" Грездов Г. И.
Электронные схемы на операционных
усилителях. Справочник.- Киев: Техника, 1983.- 213 с.
Энглин Ф.
Широтно-импульсный
модулятор
на
одной
КМОП-схе­
ме/ /Электроника.- 1977.- № 13.- С. 55.

23. Clrcuits for Electronics Engineers. Ed. Ьу S. Weber.- N. У.: McGraw·
НШ Book Company, 1977.
24. Digital-Analog-Wandler formt digitales Signal ln Sinussignal um//Radio.
Fernsehen, Elektronik.- 1985.- N 1.- S. 59.
25. Electronlcs Applications Sourcebook. 1986 Edition. Vol. 2. Ed. Ьу
Н. L. Helms. N. У.: McGraw-Hill Book Company, 1986.
158


26. frerklng М. Е. Crystal Oscillators. Design and Temperature Compensation.- N. У.: Van Nostrand Reinhold Company, 1978.- Р. 240.
27. Handbook of Modern Electronics and Electrical Engineering. Ed. in Chief
Ch. Belove.- N. У.: John Wiley and Sons, 1986.
28. Jakubaschk Н. Das grof3e Schaltkreis-Bastekbuch.-Berlin: Militiirverlag
der DDR (VEB), 1984.
29. Kuhn Е. Handbuch TTL· und CMOS-Schaltkreise.- Berlin: VEB Technik,
1985.
30. Loveday G. С. Essential Electronics: an А to Z guide.- London: Pitman,
1982.
31. Markus J. Popular Circuits Ready·Reference.- N. У.: McGraw·Hill Book
Company, 1982.
32. Marston R. CMOS Clock Circuits/ /Radio-Electronics.- 1984,
Nov.P. 77-80.
33. Schlenzig К., Blasing К.-Н. Elektronik basteln mit dem Alleskбnner 555.Berlin: Militiirverlag der DDR (VEB), 1986.
34. Schlenzig К" Jung D. Mikroelektronik fiir Praktiker.- Berlin: Technik,
1985.
35. Sichla f. Einsatzbeispiele filr CMOS-Schaltkreise.- Berlin: Militiirverlag
der DDR (VEB), 1988.
36. Zbar Р. В., Malvino А. Basis Electronics. 5th ed.- N. У.: McGraw-Hill
Book Company, 1983.


Оглавление
Предисловие
1.

ОСНОВНЫЕ

1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
2.

их

3
4
4
6

,

параметры

БАЗА

ИМПУЛЬСНОfl

прямоугольных

12
14
15
15
1б
18

ТЕХНИl(И

Основные положения
,
Логические элементы в импульсных устройствах
Триггеры
.
.
Триггеры Шмитта
. .
Цифровые микросхемы ТТ Л
.
.
Цифровые микросхемы структуры КМОП
Операционные усилители и компараторы напряжения
Таймеры
ИМПУЛЬСОВ

23

24
'27
32
37
39
39
40
40
43
53
55
57
• 57
59
• 64
66
69
• 71

,

Общие сведения
.
.
.
Нормализация фронта и среза
.
Формирование импульсов по фронту и срезу
Временное преобразование импульсов
У двоение частоты следования импульсов
Преобразование формы импульсов

ОДНОВИБРАТОРЫ

4.1.
4.2.
4.3.
4.4,
4.5.
4.6.
4.7,

ПОЛОЖЕНИЯ

RС-цепи
.
.
.
.
Воздействие
RС-цепи на
последовательность
импульсов
.
.
.
.
Генераторы стабильного тока

ФОРМИРОВАТЕЛИ

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
4.

Импульсы и

ЭЛЕМЕНТНАЯ

2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
3.

ТЕОРЕТИЧЕСl(ИЕ

,

Общие соображения
.
..
Одновибраторы - микросхемы ТТЛ
Одновибраторы - микросхемы КМОП
.
Таймер КР1006ВИ! в роли одновибратора
Одновибраторы на основе триггеров
.
Одновибраторы на логических элементах
Одновибраторы на операционных
усилителях

и

компарагорах

напряжения

5.

АВТОГЕНЕРАТОРЫ

5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
5.10.

ПРЯМОУГОЛЬНЫХ

И'"ПУЛЬСОВ

,

Основные понятия
. • . . , . ,
Мультивибраторы - самостоятельные изделия
.
Мультивибраторы на логических элементах К.МОП

Мультивибраторы на логических элементах
Мультивибраторы на основе триггеров
.

ТТ Л

.

.

•

Микросхемы - одновибраторы в роли мультивибраторов
Мультивибраторы на таймере К.Р1006ВИ1
.
Мультивибраторы на операционных усилителях
. . ,
Генератор с фазовой автоподстройкой частоты К564ГГ!
Микросхема К,1108ПП 1 - преобразователь напряжение-частота

79
80
80
82
84
92
96
100
, 103
107
, 111
и

частота-напряжение

6.

ГЕНЕРАТОРЫ

6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
7.

l(ВАРЦЕВЫМ

РЕЗОНАТОРОМ

ИМПУЛЬСОВ

Преодоление дребезга
Сенсорные устройства

ОТ

Список литературы

МЕХАНИЧЕСКИХ

l(OHTAl(TOB

контактов

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ

160

•
•
•
•
•

Основные понятия
, . . . .
К.варцевый резонатор и его параметры
.
,
Принципы организации кварцевых генераторов
Практические
схемы кварцевых генераторов

ФОРМИРОВАНИЕ

7.1.
7.2.
8.

С

·,
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

,

119
124
124
124
130
132
138
138
14~

145
• 158


1

р.

70

к.

tlfJ_6- -

Издательство ссРадио и СВЯЗЬ»~