Pierwsze kroki w cyfrówce cz10.pdf

Układy cyfrowe

w cyfrówce

część 10

Generatory CMOS

(i nie tylko)

Jak obiecałem, w dzisiejszym odcinku

zajmiemy się generatorami bardziej zło−

żonymi, niż te omówione w poprzednim

odcinku.

Żebyś jednak nie zatracił właściwych

proporcji przypomnę, że w zdecydowanej

większości konstruowanych układów

można i należy stosować najprostsze roz−

wiązania z bramkami i inwerterami. Jeśli

przeprowadziłeś proponowane przeze

mnie przed miesiącem eksperymenty,

sam mogłeś się przekonać, że stabilność

częstotliwości w funkcji temperatury i na−

pięcia zasilającego jest wystarczająca do

większości zastosowań. Jeśli jeszcze te−

go nie zrobiłeś, zdecydowanie cię nama−

wiam, zarówno do sprawdzenia stabil−

ności termicznej, jak i napięciowej oraz

do skrupulatnego zapisania warunków

eksperymentu i uzyskanych wyników.

W dotychczasowych odcinkach zapoz−

nałem cię z różnorodnymi układami cza−

sowymi, wykorzystującymi bramki i in−

wertery. Ale nie zawsze wystarczą proś−

ciutkie generatory z bramkami, dlatego

musisz koniecznie znać kilka innych roz−

wiązań. Nie tylko znać, ale i rozumieć, ja−

kie są ich właściwości i w jakich przypad−

kach należy je stosować.

nie dłuższy od pozostałych. Zwykle nie

jest to przeszkodą, ale w bardzo rzadkich

przypadkach ma to znaczenie i wtedy

trzeba szukać generatora, który generuje

wszystkie impulsy równej długości. Naj−

prostszym praktycznym rozwiązaniem

jest zastosowanie generatora wyposażo−

nego w dodatkowy licznik. Obecność licz−

nika, który musi zliczyć dużą liczbę impul−

sów generatora, by zmienić stan na

swym wyjściu, skutecznie redukuje ten

problem. Idea pokazana jest na rysun−

ku 61. Na przykład jeśli nawet zastosowa−

ny generator będzie wytwarzał pierwszy

impuls o podwójnej długości, to dzięki za−

stosowaniu dziesięciobitowego licznika

dwójkowego (liczącego do 2 10 , czyli do

1024) pierwszy impuls na wyjściu tego

licznika będzie dłuższy od następnych

mniej niż o 1 promil (0,1%). Radykalna

poprawa, prawda?

Ponieważ współczesne układy CMOS

pracują bez problemu przy częstotliwoś−

ciach ponad 1MHz, więc nawet zastoso−

wanie licznika dziesięciobitowego umożli−

wia uzyskanie na wyjściu licznika częstot−

liwości rzędu 1kHz i dowolnie większych.

Nie zapominaj o tej możliwości.

Idea ta jest bardzo prosta do zrealizo−

wania w kilku kostkach CMOS – o szcze−

gółach powiem ci za chwilę.

2..W wielu sytuacjach potrzebne są gene−

ratory (oraz przerzutniki monostabilne,

wytwarzające jeden impuls) o bardzo

długich czasach. Można do tego wyko−

rzystać generator z bramką Schmitta

i zastosować kondensatory elektroli−

tyczne o dużej pojemności, najlepiej

tantalowe (por. rysunki 51, 52 i 60 w EdW

8/97 i 9/97).

Takie rozwiązanie jest jednak niezbyt

chętnie stosowane przez konstruktorów,

przede wszystkim ze względu na duży

rozrzut pojemności elektrolitów oraz duże

zmiany tej pojemności z upływem czasu

i w funkcji temperatury. Poza tym można

powiedzieć, że generator z dużymi elek−

trolitami to rozwiązanie „nieeleganckie”.

Dlatego do uzyskania przebiegów

o bardzo małej częstotliwości (poniżej

1Hz) i impulsów o czasie powyżej 1 se−

kundy, zazwyczaj stosuje się właśnie od−

powiednie układy scalone z wewnętrzny−

mi licznikami. Zastosowanie licznika po−

zwala uzyskać impulsy o dowolnej dłu−

gości, rzędu minut, godzin lub nawet dni.

3..Generatory o zmiennej częstotliwości.

Najczęściej do zmiany częstotliwości

generatora wykorzystuje się potencjo−

metr. Są jednak zastosowania, gdzie

potrzebny jest generator przestrajany

napięciem. Generator taki nazywany

jest VCO = Voltage Controlled Oscilla−

tor, czyli właśnie generator przestrajany

napięciem. Przyzwyczaj się do tego

skrótu, bo powszechnie spotyka się go

w literaturze elektronicznej. Kiedyś pró−

bowano wprowadzić polski skrót –

GPN, ale nie przyjął się on w praktyce.

W źródłach pisanych spotyka się różne

propozycje wykonania generatora prze−

strajanego napięciem. Bardzo często są

to precyzyjne przetworniki napięcia na

częstotliwość wykorzystywane w techni−

ce pomiarowej, lecz niekiedy w amator−

skiej literaturze można spotkać niepo−

trzebnie rozbudowane i po prostu kieps−

kie rozwiązania takich generatorów.

Ja generalnie chciałbym ci polecić

prosty sposób, wykorzystujący kostkę

CMOS 4046. O tym układzie za chwilę.

Innym w miarę prostym i skutecznym

rozwiązaniem jest wykorzystanie proste−

go generatora z bramkami, i zastąpienie

rezystora wyznaczającego częstotliwość

fotorezystorem. Ideę pokazuje rysu−

nek 62. Ponieważ przy ładowaniu i rozła−

dowaniu kondensatora przez (foto)rezys−

Szczególne cechy

Poniżej wspomnę o kilku ważnych ce−

chach generatorów.

1.. W wielu układach potrzebne są genera−

tory bramkowane. To znaczy, że genera−

tor ma wejście sterujące, czyli właśnie

bramkujące. Generator zaczyna praco−

wać dopiero po podaniu odpowiedniego

stanu logicznego na wejście sterujące.

Nieodłączną cechą ogromnej więk−

szości prostych generatorów jest fakt, że

pierwszy generowany impuls jest znacz−

Rys. 61. Idea generatora z licznikiem

Rys. 62. Generatory z fotorezystorem

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97

Pierwsze kroki

Układy cyfrowe

Rys. 63. Odpowiednik fotorezystora

W pewnych sytuacjach

lepsze są inne rozwiązania.

Przede wszystkim powi−

nieneś zrozumieć działanie

układów z rysunków 65......69

i przestać się ich bać.

W praktyce tego typu rozwią−

zania stosuje się bardzo

często, zwłaszcza w obwo−

dach regulacji mocy czy

w impulsowych przetworni−

cach napięcia.

Układ z rysunku 65 pozwala regulo−

wać współczynnik wypełnienia impulsu

wyjściowego od zera do takiej wartości,

jaką ma przebieg generatora G1. Zwykle

przebieg generatora G1 ma współczynnik

wypełnienia około 50%, ale przez doda−

nie rezystora i diody (zaznaczonych linią

przerywaną), można skorygować ten

współczynnik w zakresie 5%...95%.

W rezultacie cały układ może dać na wy−

jściu impulsy prostokątne o stałej częs−

totliwości i wypełnieniu zmienianym za

pomocą zmian prądu bazy tranzystora T.

W układzie można też zastosować tran−

zystor MOSFET i wtedy wielkością regu−

lującą wypełnienie będzie napięcie na

bramce tego tranzystora.

Uwaga! W tego typu układzie nie moż−

na stosować bramek z wejściem Schmit−

ta, bo niemożliwe będzie uzyskanie współ−

czynnika wypełnienia bliskiego zeru!

W praktyce spotyka się jeszcze inne spo−

soby wytwarzania przebiegu o współczynni−

ku wypełnienia zmienianym za pomocą ze−

wnętrznego napięcia. Dobrym rozwiąza−

niem jest wykorzystanie dwóch wzmacnia−

czy operacyjnych, z których jeden (U1) pra−

cuje jako generator, a drugi (U2) jako układ

porównujący – czyli komparator.

Schemat takiego układu pokazany jest

na rysunku 66. Na kondensatorze C1 wy−

stępuje przebieg o kształcie zbliżonym do

trójkątnego i częstotliwości zależnej od

stałej czasowej R1C1. Komparator U2 po−

równuje chwilowe napięcie na kondensato−

rze C1 z zewnętrznym napięciem

UEXT. Wypełnienie przebiegu wyjściowe−

go można bez problemu zmieniać w peł−

nym zakresie od 0% do 100%.

Powinieneś wiedzieć, że amplituda

przebiegu trójkątnego, a tym samym za−

kres napięć U EXT , dla których występuje

regulacja, zależy od stosunku rezystancji

R2 i R3 do R4.

W konkretnych

układach można

więc dobrać po−

trzebny zakres

napięć regulacji

odpowiednio

zmieniając war−

tość R4 (amplitu−

da) oraz stosu−

nek R2 i R3 (prze−

tor prąd płynie w obu kierunkach, więc

w tym układzie nie można zastosować

wprost typowego transoptora z diodą

LED i fototranzystorem lub fotodiodą.

Właśnie konieczność budowy we włas−

nym zakresie transoptora z fotorezysto−

rem powoduje, że proste sposoby z ry−

sunku 62 nie są popularnie w praktyce.

Wprawdzie można spróbować wykorzys−

tać zwykły transoptor z fototranzystorem

i mostek diodowy wg rysunku 63, ale

i ten w miarę tani sposób nie jest stoso−

wany w praktyce.

Po co „bawić się” z dodatkowymi ele−

mentami, gdy istnieje popularna i tania

kostka 4046?

Dlatego raczej nie polecam ci żadnych

prostych rozwiązań generatorów VCO

z bramkami CMOS, bo takie rozwiązania

mają liczne wady.

Zapoznaj się natomiast i zaprzyjaźnij

z kostką 4046.

4.Generatory o zmiennym współczynniku

wypełnienia. Częściej, niż ci się może

wydaje, będziesz potrzebował genera−

torów o stałej częstotliwości i zmien−

nym współczynniku wypełnienia. Znasz

już najprostsze rozwiązania z potencjo−

metrem i diodami. Dwa przykładowe

rozwiązania przypominam ci na rysun−

ku 64. Ale takie układy mają szereg

wad. Po pierwsze, wypełnienie można

zmieniać jedynie ręcznie; po drugie,

częstotliwość nie jest stała, co w pew−

nych sytuacjach jest istotną wadą.

Rys. 65. Zmiana współczynnika wypełnienia

za pomocą prądu bazy tranzystora

Rys. 66. Układ z dwoma wzmacnia−

czami operacyjnymi

suwanie zakresu w górę lub w dół).

Szczegóły wykraczają jednak poza ramy

tego artykułu.

Teraz kolejne układy.

W niektórych układach, na przykład

w obwodach fazowej regulacji mocy od−

biorników zasilanych z sieci energetycz−

nej 50Hz, potrzebne są generatory syn−

chronizowane częstotliwością sieci, da−

jące na wyjściu przebieg o zmiennym

współczynniku wypełnienia, czyli ina−

czej mówiąc, impulsy o regulowanym

czasie trwania.

Najprostszym rozwiązaniem jest za−

stosowanie triaka, diaka i obwodu RC,

ale taki sposób umożliwia tylko ręczną re−

gulację.

W praktyce stosuje się odmiany ukła−

du pokazanego na rysunku 67 (szczerze

mówiąc, należy się zastanowić, czy do

takiego celu nie lepiej wykorzystać spe−

cjalizowany układ scalony, na przykład

Rys. 64. Zmiana współczynnika wy−

pełnienia za pomocą potencjometru

Może będziesz zdziwiony, ale nie za−

proponuję ci tutaj wyłącznie układów ty−

powo cyfrowych, opartych na układach

CMOS.

Rys. 67. Synchronizowane układy regulacji współczynnika

wypełnienia

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97

Układy cyfrowe

znaną z EdW 6/97 kostkę U2400 firmy

Temic, która ma możliwość synchroniza−

cji przebiegiem sieci, czy układy U208,

U2008 przeznaczone do fazowego stero−

wania silnikami elektrycznymi). Na ry−

sunku 67a pokazano rozwiązanie, w któ−

rym przebiegiem synchronizującym jest

pełne napięcie sieci 220V. Rysunek 67b

pokazuje układ, w którym przebieg syn−

chronizujący bierze się z uzwojenia wtór−

nego transformatora.

W obu przypadkach potrzebne są ob−

wody synchronizacji. Są to obwody za−

wierające tranzystory T1...T4. W obu

przypadkach obwody te zapewniają peł−

ne rozładowanie kondensatora C1 w mo−

mencie przejścia napięcia sieci przez ze−

ro. Aż do przyjścia następnego impulsu

zerującego, co nastąpi po 10 milisekun−

dach, czyli jednym półokresie przebiegu

sieci, kondensator C1 będzie się ładował

przez rezystor R1. W zależności od war−

tości rezystora R1, a ściślej od wartości

płynącego przezeń prądu, ładowanie kon−

densatora będzie szybsze lub wolniejsze.

Tym samym współpracująca bramka (in−

werter) będzie zmieniać stan swego wy−

jścia w różnych momentach.

Układy z rysunku 67 też zawierają nie−

wygodny do regulacji rezystor R1. Ale

zauważ, że przez ten rezystor prąd za−

wsze płynie w jednym kierunku. Dzięki

temu nie musi to być wcale rezystor –

można zastosować automatyczną regu−

lację, stosując zamiast rezystora R1 je−

dno z rozwiązań pokazanych na rysunku

68. Możliwość wykorzystania źródła prą−

dowego z tranzystorem, transoptora, fo−

totranzystora, itp., umożliwia sprzęgnię−

cie tego bloku regulacji z różnymi układa−

mi sterującymi.

W praktyce często spotyka się też inny

sposób regulacji współczynnika wypełnie−

nia tak synchronizowanego przebiegu.

Ideę pokazuje rysunek 69. Tym razem re−

zystor R1 ma stałą wartość, tak dobraną,

by przez okres między impulsami rozłado−

wującymi kondensator zdążył się nałado−

wać do 60...90% napięcia zasilającego.

Elementem decydującym o współczynni−

ku wypełnienia jest teraz komparator, po−

równujący przebieg napięcia na konden−

satorze C1 z napięciem UREG podawa−

nym na drugie wejście komparatora.

W tym rozwiązaniu wypełnienie przebie−

gu jest zależne wprost od napięcia UREG.

Zauważ, że w obu omówionych spo−

sobach można uzyskać wypełnienie od

zera do blisko 100%.

Przy częstotliwościach sieci, w roli

komparatora może pracować wzmac−

niacz operacyjny. Ze względu na zakres

napięć wejściowych dobrze jest zastoso−

wać układ, mogący pracować przy napię−

ciach wejściowych bliskich zeru (ściślej

biorąc – ujemnemu napięciu zasilania),

na przykład LM358 czy LM324. Inne

wzmacniacze, takie jak popularny układ

741, czy też TL06X...TL08X nie mogą

pracować przy napięciach wejściowych

bliskich ujemnemu napięciu zasilania,

a więc nie będzie można uzyskać regula−

cji wypełnienia w całym podanym, szero−

kim zakresie.

Na rysunkach 66 ...69 pokazałem ci

tylko przykłady ilustrujące główne idee.

W praktyce zarówno wartości elemen−

tów, jak i szczegółowy układ połączeń na−

leży dobrać w zależności od konkretnych

potrzeb, a niekiedy dodatkowo wzboga−

cić (najczęściej o obwód niewielkiej his−

terezy w układzie komparatora).

Tyle o układach generatorów. Teraz

przystępujemy do przeglądu specjalizo−

wanych układów scalonych, wykorzysty−

wanych w układach czasowych, czyli ge−

neratorach i uniwibratorach.

Zanim to zrobimy, chciałbym zachęcić

cię, byś nie podchodził do nie znanych ci

kostek, jak przysłowiowy pies do jeża.

Wiem z doświadczenia, że elektronicy (i nie

tylko oni) obawiają się nowości, mają ten−

dencję do stosowania

tylko kostek bardzo dob−

rze sobie znanych, a uni−

kania układów dotych−

czas nie stosowanych.

Nie traktuj nieufnie opisa−

nych dalej kostek jak

„obcych, nieznanych, da−

lekich i wręcz podejrza−

nych”. Są to stare ukła−

dy, opracowane jeszcze

w latach siedemdziesią−

tych. Ogromna rzesza

konstruktorów zdążyła

się już z nimi dobrze za−

poznać i je polubić.

Zapoznaj się z nimi i ty.

Nawet jeśli nie bę−

dziesz pewny jakiejś fun−

kcji układu, czy nie zrozu−

miesz dokładnie, jaką rolę pełni dane wy−

prowadzenie – nie rezygnuj! Układy te są

dziś bardzo tanie i naprawdę nic nie stoi na

przeszkodzie, byś praktycznie wypróbował

daną kostkę. Nie obawiaj się, że od razu

uszkodzisz delikatną strukturę CMOS.

Wbrew pozorom, współczesne kostki

CMOS nie są tak wrażliwe i podatne na

uszkodzenia, jak sobie może wyobrażasz.

Spróbuj więc zaprzyjaźnić się z opisa−

nymi dalej układami.

Zaczynamy od kostki CMOS 4060

Rys. 68. Różne możliwości regulacji

Układy z rysunków 66...69 podaję ci

tylko dla informacji. Nie są to, ściśle rzecz

biorąc, układy czasowe z układami

CMOS (zawierają tranzystory i wzmacnia−

cze operacyjne), ale bywają używane do

współpracy z takimi układami.

Rys. 69. Inny sposób regulacji

Rys. 70. Układ 4060

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97

Układy cyfrowe

4060

Układ scalony 4060, znany już z licz−

nych konstrukcji w EdW, zawiera we−

wnętrzny generator, oraz 14−bitowy

dwójkowy licznik. Niestety, nie wszyst−

kie wyjścia licznika są wyprowadzone

(brak wyprowadzeń 1, 2, 3 i 11 wyjścia),

co w niektórych sytuacjach jest istotną

wadą. Pomimo to kostka ta jest bardzo

często stosowana do wytwarzania prze−

biegów o długich i bardzo długich cza−

sach. Warto pamiętać, że na końcówce

C (nóżka 9) występuje niepodzielony

sygnał generatora, który również można

wykorzystać.

Rysunek 70 pokazuje w uproszczeniu

wewnętrzną budowę układu i możliwości

dołączania elementów zewnętrznych: ob−

wodu RC lub rezonatora kwarcowego,

a także rozkład wyprowadzeń. Częstotli−

wość generatora wyznaczają elementy

RT i C, natomiast rezystor RS jest jedynie

rezystorem pomocniczym, zabezpiecza−

jącym i jego wartość może wynosić

10...100k

na wszystkich wyjściach licznika wymu−

sza stan niski.

Stan niski na wejściu MR zezwala na

pracę układu, generator zaczyna praco−

wać i na kolejnych wyjściach licznika

z czasem pojawiają się impulsy o długoś−

ci proporcjonalnej do stopnia podziału da−

nego wyjścia.

Ponieważ 14−bitowy licznik zlicza do

16384, więc stosując w generatorze ele−

menty RT i C, dające częstotliwość około

1Hz (np. 1M

, natomiast RT

i C można dobierać według potrzeb

w szerokim zakresie, byleby tylko C był

kondensatorem stałym.

Układ ma wbudowany licznik−dzielnik

i tylko jedno wyjście O (końcówka 8).

Najpierw rozprawimy się z wejściem

AR (nóżka 5).

Gdy jest ono zwarte do masy, po włą−

czeniu napięcia zasilającego następuje

automatyczne zerowanie (AR = Auto Re−

set). Ale pamiętaj, że zerowanie takie na−

stępuje tylko przy napięciach zasilania nie

mniejszych niż 5V. Jeśli więc napięcie za−

silania wynosi co najmniej 5V, śmiało mo−

żesz końcówkę 5 zewrzeć na stałe do

masy i zupełnie o niej zapomnieć.

Powinieneś też wiedzieć, że gdy we−

jście AR jest zwarte do plusa zasilania,

wtedy co prawda po włączeniu zasilania

nie następuje automatyczne zerowanie,

ale za to kostka może pracować przy

znacznie niższych napięciach, w praktyce

już od 2V (co może być cenne, jeśli zasi−

lasz układ jedną baterią litową 3V), poza

tym ma jeszcze bardziej zmniejszony po−

bór prądu – poniżej 1µA (gdy AR=L pobór

prądu też jest niewielki i wynosi kilkadzie−

siąt mikroamperów). Możesz więc rów−

nie dobrze dołączyć nóżkę 5 na stałe do

plusa zasilania.

Jak z tego widzisz, w większości przy−

padków, końcówka AR może być podłą−

czona dowolnie – albo do plusa zasilania,

albo do masy i nie będzie to miało znacze−

nia dla działania układu (oczywiście nie

możesz jej pozostawić niepołączonej).

Teraz parę słów o wejściu MODE (nóż−

ka 10). Stan wysoki na tym wejściu

(zwarcie do plusa zasilania) powoduje, że

kostka pracuje jako generator astabilny,

czyli po prostu generuje falę prostokątną

o wypełnieniu 50%.

Gdy wejście MODE jest zwarte do

masy, układ staje się generatorem mono−

stabilnym, czyli po pobudzeniu wytwarza

jeden impuls o określonej długości.

Częstotliwość, czy też czas przebiegu

na wyjściu zależy od częstotliwości gene−

ratora i stopnia podziału wewnętrznego

programowanego licznika.

Tu też sprawa jest beznadziejnie prosta:

w zależności czy potrzebujesz wytwarzać

falę prostokątną, czy pojedynczy impuls,

odpowiednio łączysz wejście MODE.

A teraz końcówka zerująca MR (Mas−

ter Reset) – nóżka 6.

Przy pracy astabilnej sprawa jest bez−

nadziejnie prosta – stan wysoki na we−

jściu MR blokuje pracę generatora i we−

wnętrznego licznika−dzielnika. Może więc

po prostu służyć jako wejście bramkują−

ce, sterujące pracą układu.

Przy pracy monostabilnej sprawa jest

tylko odrobinę trudniejsza. Stan wysoki na

470nF), uzyskasz na ostat−

nim, czternastym wyjściu licznika częs−

totliwość około 0,000056Hz, co daje

okres 17700 sekund, czyli 300 minut,

czyli pięć godzin!

Uważaj teraz! Czy to znaczy, że na tym

ostatnim wyjściu dodatni impuls będzie

trwał pięć godzin?

Jak sądzisz?

Początkujący popełniają tu często

błąd, uważając, że tak.

Zauważ, że to okres, czyli pełny cykl, bę−

dzie trwał te 5 godzin – po uruchomieniu

licznika na ostatnim wyjściu najpierw przez

2,5 godziny będzie trwał stan niski, a do−

piero potem na 2,5 godziny pojawi się stan

wysoki, następnie na kolejne 2,5 godziny

stan niski, a potem znów stan wysoki, itd.

Nie zapominaj o fakcie, że czas trwa−

nia dodatniego impulsu w takim liczniku

jest o połowę krótszy od obliczonego

okresu. Na sprawę tę natkniesz się też

przy korzystaniu z kolejnego ciekawego

układu – kostki 4541.

. Wartości RT i C można zmie−

niać w szerokich granicach 4,7k

100pF...1µF lub więcej, przy czym powi−

nien być stosowany kondensator stały,

nie elektrolit. Ze względu na stabilność

nie zaleca się także kondensatorów cera−

micznych ferroelektrycznych, czyli „cera−

micznych lizaczków” o pojemności więk−

szej niż 1nF.

To chyba jest dla ciebie jasne, bo kilka−

krotnie ci to tłumaczyłem.

Częstotliwość generatora trochę zale−

ży od rezystancji RS, ale w pierwszym

przybliżeniu możesz śmiało korzystać

z uproszczonego wzoru:

...10M

4541

Układ 4541 jest naprawdę uniwersal−

nym układem czasowym, umożliwiają−

cym wytwarzanie fali prostokątnej i poje−

dynczych impulsów o długich i bardzo

długich czasach.

Schemat blokowy kostki, pokazany na

rysunku 71 może cię trochę przestraszyć.

Ale w praktyce nie ma tu nic strasznego.

Jak chcesz, zajrzyj do katalogu, żeby poznać

dalsze szczegóły dotyczące tej kostki, ja ce−

lowo podaję ci tylko to, co niezbędne i co

najczęściej wykorzystuje się w praktyce.

Elementy wyznaczające częstotliwość

generatora dołączane są do końcówek

RT C

Układ może być sterowany z zewnętr−

znego generatora, i wtedy przebieg trze−

ba podać na wejście RS (nóżka 11), pozo−

stawiając końcówki RT i C (nr 9 i 10) nie−

podłączone.

Powinieneś jeszcze znać działanie we−

jścia MR (Master Reset) – końcówka 12.

Podanie na to wejście stanu wysokiego

blokuje pracę generatora i zeruje licznik –

Rys. 71. Układ 4541

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97

RT, C, RS (nóżki 1, 2 i 3). Jak zwykle RS

ma wartość 10...100k

Układy cyfrowe

MR również zatrzymuje pracę wszystkich

wewnętrznych układów. Uważaj! Podanie

stanu niskiego na MR rozpoczyna cykl pra−

cy, czyli wytwarzanie jednego impulsu.

O jego czasie trwania powiem ci za chwilę.

Muszę ci dokładniej wytłumaczyć za−

sadę działania i przebiegi czasowe w try−

bie monostabilnym, bo wielu (nie tylko

początkujących) użytkowników gubi się

w tym miejscu.

Zanim przejdziemy do szczegółów,

dwa słowa o wejściu PH (PHASE), ozna−

czanym także Q/Q\ (czytaj: ku, nie ku).

Wejście to wprowadzono dla wygody

użytkownika. Uważaj (i może naucz się

tego na pamięć): stan wejścia PH okreś−

la, jaki stan logiczny występuje na wy−

jściu O w czasie i tuż po zerowaniu. To

jest kluczowa, bardzo zresztą prosta za−

sada, którą musisz rozumieć. Dlatego za−

dam ci pytanie testowe:

Jaki stan wystąpi na wyjściu O (nóżka

9), gdy wejście PH (nóżka 10) jest połą−

czone z masą, a na wejściu MR (nóżka 6)

występuje stan wysoki?

Oczywiście, układ jest zerowany przez

MR, więc na wyjściu będzie się utrzymywał

stan niski, bo PH=L. Wszystko jasne! W ta−

kiej sytuacji w trybie pracy astabilnej, po po−

daniu na wejście MR stanu niskiego, nadal

na wyjściu O będzie się utrzymywał stan

niski, potem pojawi się stan wysoki, potem

znów niski, itd. Z jaką częstotliwością?

Sprawa jest prosta.

Częstotliwość generatora RC możesz

obliczać ze znanego już wcześniej wzoru:

Rys. 72. Praca układu monostabilnego przy różnych przebiegach na wejściu MR

uzyskasz częstotliwość generatora około

0,2Hz, czyli okres 5 sekund. Po podziale

przez 65536 uzyskasz okres przebiegu

ponad 92 godziny, czyli prawie cztery do−

by! To jest coś – dłuższych czasów raczej

nie będziesz potrzebował!

Teraz wracamy do pracy monostabilnej.

Wiesz już, że wejście PH określa stan wy−

jścia O w czasie, i tuż po zerowaniu, a cykl

pracy zaczyna się po pojawieniu się stanu

niskiego na wejściu MR. Czy już potrafisz od−

powiedzieć na pytanie, co dzieje się na wy−

jściu w trybie pracy monostabilnej?

Zwróć uwagę, że to nie podanie stanu

wysokiego na wejście MR rozpoczyna

cykl pracy, ale usunięcie stanu wysokie−

go z tego wejścia. To w praktyce ozna−

cza, że czas trwania impulsu na wyjściu

jest równy sumie czasu trwania stanu

H na wejściu MR, jak i czasu wyznaczo−

nego przez generator i licznik. W pew−

nych sytuacjach jest to wielką zaletą,

w innych wadą.

Jeśli tego do końca nie rozumiesz,

przeanalizuj rysunek 72, na którym poka−

załem ci różne przebiegi na wejściu MR

i wyjściu Q dla różnych stanów wejścia

PH, oczywiście przy pracy monostabilnej.

Być może chciałbyś, by cykl pracy roz−

poczynał się w momencie pojawienia się

stanu wysokiego na wejściu MR. Nic

trudnego: wystarczy na tym wejściu do−

dać układ różniczkujący R1C1, pokazany

na rysunku 73. Wystarczy, by stała czaso−

wa RC tego obwodu była większa niż

1µs. Wtedy impuls wyjściowy będzie

praktycznie równy czasowi wyznaczone−

mu przez RT, C i stopień podziału licznika,

a niezależny od czasu trwania stanu wy−

sokiego na wejściu MR.

Właśnie przy sterowaniu we−

jścia MR krótkimi impulsami

dodatnimi (które zwykle na−

zywa się impulsami szpilko−

wymi lub po prostu szpilka−

mi) uzyskuje się pracę układu

jako typowego przerzutnika

monostabilnego.

Chciałbym ci jednak zwró−

cić uwagę, że choć przebiegi podane na

rysunku 72 mogą się ci wydać nieintere−

sujące i niepotrzebne, nie lekceważ ich –

często właśnie takie sposoby sterowania

przerzutnika monostabilnego są wręcz

idealne do układów opóźniających.

Przy okazji jedna uwaga: gdy wejście

AR=L, cykl pracy przerzutnika monostabilne−

go rozpoczyna się po włączeniu zasilania –

może to czasem wykorzystasz w praktyce.

I jeszcze jedno: podane w tabelce

stopnie podziału dotyczą generatora asta−

bilnego. Jeśli wykorzystujesz kostkę

w roli przerzutnika monostabilnego, wy−

twarzającego pojedynczy impuls, albo

bloku opóźniającego, czas impulsu, czy

czas opóźnienia jest...

no powiedz sam...

Tak! O połowę krótszy od czasu wyni−

kającego z pomnożenia:

2,3×RT×C×stopień podziału podany

w tabeli.

Ta sprawa wyszła już nam przy oma−

wianiu licznika 4060.

Dlatego w trybie pracy monostabilnej

(MODE=L), przy zaprogramowaniu naj−

wyższego stopnia podziału (A=B=H),

czas impulsu lub opóźnienia wyniesie:

Ttot = (2,3×RT×C)×2 15

16384=37700×RT×C

Zauważ, że uzyskiwany współczynnik

podziału licznika dwójkowego wynosi 15,

a nie 16, jak było w układzie generatora

astabilnego.

RT C

W praktyce raczej oblicza się po pros−

tu czas cyklu, czyli okres:

T = 2,3×RT×C

Częstotliwość generatora RC jest

dzielona w programowanym liczniku.

Stopień podziału licznika możesz wybrać

z wartości: 256, 1024, 8192, 65536, usta−

wiając odpowiednio stany logiczne na je−

go wejściach programujących A i B (nóż−

ki 12 i 13). Pomoże ci tabelka:

Rys. 73. Wyzwalanie układu 4541

narastającym zboczem przebiegu

Tabela

Choć na pierwszy rzut oka wykorzysta−

nie kostki 4541 może ci się wydać trudne,

w rzeczywistości tak nie jest. Wystarczy

dołączyć elementy RT C i RS, wejścia AR,

MODE, PH, A i B połączyć do masy lub

plusa zasilania, i ewentualnie wykorzystać

wejście MR do sterowania – naprawdę

nic trudnego.

Spróbuj sam i od tej pory, jeśli masz

wykonać generator albo układ czasowy

o długim czasie trwania impulsu, nie

kombinuj z elektrolitami o dużej pojem−

ności, tylko wykorzystaj kostkę 4541. To

naprawdę jest bardzo proste!

Piiotr Góreckii

A B stopiień

lliiczniik dziiellii przez::

podziiałłu

00 3

czyli 8192

01 0

czyli 1024

10 8

czyli 256

11 6

czyli 65536

W praktyce prawie zawsze wykorzys−

tuje się najwyższy stopień podziału, czyli

po prostu zwiera się nóżki 12 i 13 do plu−

sa zasilania.

Zauważ, że po zastosowaniu elemen−

tów RT C o wartościach np. 2,2M

, 1µF

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/97

= (2,3×RT×C)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: