8.8. Przerzutniki monostabilne

Przerzutniki monostabilne wytwarzają impulsy prostokątne o

określonym czasie trwania. Używane są do wprowadzania

uzależnień czasowych w układach cyfrowych.

1. Przerzutnik monostabilny 74121

Przerzutnik 74121

wytwarza

na wyjściu Q

pojedynczy

impuls prostokątny po otrzymaniu sygnału wyzwalającego

.

Następny impuls generowany jest po doprowadzeniu

kolejnego takiego sygnału.

1

ETR 8.8

Opracował dr inż. Grzegorz Stępień

Generację impulsu inicjuje:

• ujemny skok napięcia

(z 1 na 0)

na wejściu A

1

lub A

2

przy wejściu B utrzymywanym w stanie 1; skok napięcia
musi być szybki (minimum 1 V/ s);

• zmiana napięcia ze stanu 0 do stanu 1 na wejściu B

przy

utrzymywaniu wejścia A

1

lub A

2

w stanie 0; zmiana

napięcia może być wolna (do 1 V/s), generacja impulsu
jest inicjowana po przekroczeniu określonego poziomu
napięcia (U

p

).

Na wyjściu Q wytwarzany jest komplementarny impuls

wyjściowy o odwróconej polaryzacji.

2

ETR 8.8

W czasie trwania

i przez pewien czas po zakończeniu

impulsu

układ nie reaguje

na sygnały wyzwalające.

~ ~ ~

Wejścia A

1

i A

2

przy wejściu B w stanie 0 lub wejście B przy

wejściach A

1

i A

2

w stanie 1 nie powodują generacji

impulsu. Umożliwia to

blokowanie

(bramkowanie)

sygnałów

wyzwalających

, doprowadzanych do wybranego wejścia

przez zmianę stanu innego wejścia.

3

ETR 8.8

Czas trwania impulsu

wyjściowego ma wartość:

t =

RC·ln2

• C składa się z sumy pojemności wewnętrznej układu

między końcówkami R

x

i C

x

(ok. 20 pF) i

pojemności

zewnętrznej C

T

;

wartość C

T

może wynosić od 0 do 1000 F;

• R jest określone przez

zewnętrzny rezystor R

T

, jeśli R

T

włączony jest między końcówkę R

x

a napięcie zasilające

+5V;

• Jako R można wykorzystać

wewnętrzny

(scalony)

rezysto

r R

int

2 k

, umieszczony między końcówkami R

i

i R

x

, łącząc końcówkę R

i

z napięciem +5V i pomijając R

T

lub sumę R

T

+ R

int

, jeśli R

T

jest włączony między

końcówkę R

i

a napięcie +5V;

• Wartość R może wynosić od 1,4 do 40 k .

4

ETR 8.8

Wytwarzać można impulsy wyjściowe o czasie trwania od

ok. 20 ns do ok. 20 s

. Impuls o czasie trwania 1 ms

uzyskuje się np. przy R = 14 k i C = 0,1 F. Przy

wykorzystaniu tylko zewnętrznej rezystancji R

T

czas

trwania impulsu mało zależy od zmian temperatury układu

scalonego i zmian wartości napięcia zasilającego.

Współczynnik temperaturowy czasu t ma wartość rzędu

+0,0056 %/

o

C

. Przy zmianach napięcia zasilającego +5V w

granicach

0,25V czas t zmienia się o ok. 0,2%

(

0,04%/%). Pozwala to na formowanie impulsów o dużej

dokładności czasu trwania przy użyciu zewnętrznych

elementów R

T

i C

T

o dobrej jakości (dokładności i stałości).

Maksymalne możliwe do uzyskania wypełnienie okresu

powtarzania impulsów wynosi 2/3 przy R = 2 k i wzrasta

do 0,9 przy R = 40k .

5

ETR 8.8

2. Przerzutniki monostabilne z podtrzymywanym

wyzwalaniem (74123)

Układ scalony 74123 (74LS123) zawiera dwa przerzutniki

monostabilne o właściwościach nieco odmiennych od

przerzutnika 74121.

Przy

R = 1 zainicjować można wytworzenie

komplementarnych impulsów prostokątnych na wyjściach

Q i

Q.

Przerzutnik 123 wyposażony

jest w

dwa wejścia

wyzwalające

A i B oraz

wejście zerujące

R.

Stan 0 na wejściu R wymusza

stan 0 na wyjściu Q i stan 1 na

wyjściu Q.

6

ETR 8.8

Generację impulsu inicjuje:

• ujemny skok napięcia

(z 1 na 0)

na wejściu A

przy

wejściu B utrzymywanym w stanie 1;

• dodatni skok napięcia

(z 0 na 1)

na wejściu B

przy

wejściu A w stanie 0.

Jeżeli przed zakończeniem generowanego impulsu na

wejściu A lub B wystąpi nowy impuls wyzwalający,

czas

trwania impulsu wyjściowego zostaje wydłużony

tak, aby od

ostatniego impulsu wyzwalającego do zakończenia impulsu

wyjściowego upłynął czas t.

Impuls jest podtrzymywany

.

Czas trwania impulsu t określony

jest przez zewnętrzne elementy

R

T

i C

T

; przy C

T

>1000 pF:

t 0,28R

T

C

T

(1+0,7/R

T

)

R

T

: 5..50 k

Ω; C

T

: dowolne

7

ETR 8.8

Podtrzymywanie wyzwalania

impulsu umożliwia utrzymanie

przez dowolnie długi czas stanu Q = 1 i Q = 0 po

doprowadzeniu do wejścia wyzwalającego ciągu impulsów

o czasie powtarzania t

p

< t.

Impuls wyjściowy można w każdej chwili zakończyć

(

skrócić

) przez podanie zera na wejście R. Zmiana stanu

na wejściu R z 0 na 1 przy A = 0 i B = 1 inicjuje generację

nowego impulsu wyjściowego:

8

ETR 8.8

Pojedynczy przerzutnik monostabilny o podobnych

właściwościach jak przerzutnik z układu 74123, z dwiema

parami wejść wyzwalających (A

1

, A

2

, B

1

, B

2

) i wewnętrznym

rezystorem R

int

2 k

zawiera układ scalony 74122

(74LS122).

3.

Generatory impulsów prostokątnych

Generatory impulsów prostokątnych wytwarzają

ciąg

impulsów prostokątnych

o określonej częstotliwości

(okresie) powtarzania i określonym współczynniku

wypełnienia. Przy współczynniku wypełnienia zbliżonym do

0,5 (50%) układy takie nazywa się generatorami fali

prostokątnej.

Generatory impulsów prostokątnych stosowane są do

wytwarzania przebiegów taktujących pracę układów

cyfrowych.

9

ETR 8.8

Generator impulsów prostokątnych zbudować można z

dwóch przerzutników monostabilnych 74121, 74122

(74LS122) lub 74123 (74LS123):

Po włączeniu napięcia

zasilającego +5V kondensator

C utrzymuje na wejściu B

pierwszego przerzutnika (U

1

)

niskie napięcie, wzrastające

powoli do +5V ze stałą

czasową RC. Po osiągnięciu

wartości odpowiadającej

stanowi logicznemu '1'

inicjowana jest generacja

dodatniego impulsu na wyjściu

Q tego przerzutnika

10

ETR 8.8

Ujemny skok napięcia wynikający z

zakończenia pierwszego impulsu U

1

,

doprowadzony do wejścia A drugiego

przerzutnika (U

2

), inicjuje wytworzenie

dodatniego impulsu na wyjściu Q przerzutnika U

2

. Ujemny

skok napięcia wynikający z zakończenia tego impulsu,

doprowadzony do wejścia A przerzutnika U

1

wyzwala

generację kolejnego impulsu przez przerzutnik U

1

. Po

zakończeniu tego impulsu generowany jest impuls przez

przerzutnik U

2

, następnie znów przez U

1

itd.

Układ

wytwarza ciąg impulsów prostokątnych

o okresie T,

równym sumie czasów trwania impulsów generowanych

przez obydwa przerzutniki (t

1

+ t

2

). Dla umożliwienia

generacji, wejścia R i B przerzutników utrzymywane są w

stanie 1 przez połączenie do napięcia zasilającego +5V.

11

ETR 8.8

Przy dobrej jakości elementów R

T

i C

T

w omawianym

układzie generatora uzyskuje się dużą stałość

częstotliwości impulsów, zwłaszcza przy użyciu

przerzutników 121 lub 122.

Generatory impulsów prostokątnych buduje się także przy

użyciu prostych bramek.

Dwa szeregowo połączone inwertery U

1

i U

2

tworzą układ

dwukrotnie odwracający fazę sygnału o 180

o

, o

właściwościach podobnych do dwustopniowego

wzmacniacza analogowego. Rezystor R linearyzuje

charakterystyki układu U

1

.

12

ETR 8.8

Kondensator C, łączący wyjście U

2

z wejściem U

1

wprowadza silne dodatnie sprzężenie zwrotne, powodujące

generację fali prostokątnej podobnie jak w układzie

analogowego multiwibratora astabilnego. Bramka U

3

poprawia i standaryzuje kształt napięcia wyjściowego. Na

wyjściu Wy otrzymuje się impulsy prostokątne o

współczynniku wypełnienia ok. 50% i okresie T w

przybliżeniu równym 3RC. Stałość okresu nie jest zbyt

duża (ok. 2% zmian przy zmianie napięcia zasilającego w

granicach 4,5

5,5 V), gorsza niż w układzie z

przerzutnikami 74121 lub 74123.

13

ETR 8.8

Gdy wymagana jest duża dokładność i stałość okresu

powtarzania (i częstotliwości) generowanych impulsów,

używa się

generatora z rezonatorem kwarcowym

. Jeden z

wielu możliwych to układ z dwiema linearyzowanymi

bramkami U1 i U2, tworzącymi układ o właściwościach

podobnych do dwustopniowego wzmacniacza

analogowego:

Dodatnie sprzężenie zwrotne realizowane jest przez

rezonator kwarcowy Q. Układ U

3

stanowi bufor wyjściowy.

Częstotliwość i stałość częstotliwości określone są przez

właściwości rezonatora.

14

ETR 8.8

W rodzinie układów scalonych TTL znajdują się także

układy 74S124, 74LS624 i 74LS629, zawierające

generatory fali prostokątnej o bardzo dobrych

właściwościach. Częstotliwość generowanego przebiegu

określa zewnętrzny kondensator lub rezonator kwarcowy w

zakresie 50 kHz

85 MHz oraz napięcie, doprowadzane do

specjalnego wejścia regulacyjnego.

15

ETR 8.8