UKŁADY UZALEŻNIEŃ CZASOWYCH

Yo5h1yuk1

Układy uzależnień czasowych stanowią ważną grupę układów występującą praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym, zwłaszcza w jego części sterującej.

Podstawowymi elementami układów uzależnień czasowych są: przerzutniki monostabilne (zwane uniwibratorami), układy całkujące i różniczkujące, generatory, scalone układy czasowe, liczniki, rejestry i inne.

Elementy te służą do budowy układów opóźniających, selektorów impulsów, rozdzielaczy, programowanych generatorów różnych wzorów zero-jedynkowych.

Powszechnie stosowanym przedstawieniem funkcji przełączających, spełnianych przez układ cyfrowy, jest schemat logiczny. Potrzebny nam w tym celu będzie zestaw symboli graficznych funktorów. Zestaw taki składać się będzie z symboli: bramek, przerzutników, podstawowych zespołów funkcjonalnych oraz układów realizujących uzależnienia czasowe.

Układy uzależnień czasowych

Przerzutnik monostabilny 121 - składa się z czterech zasadniczych podzespołów:

• Wejściowych układów logicznych

• Wejściowego układu Schmitta

• Układów ładowania i rozładowania kondensatora C oraz detektora napięcia progowego

• Układów wyjściowych

Poniżej na rysunku 1 został przedstawiony schemat logiczny przerzutnika monostabilnego 121 wraz z jego tablicą stanów ( rys. 2).

Przerzutnik monostabilny 123

Układ 123 zawiera dwa niezależne, identyczne przerzutniki monostabilne. Na rys.4 widać symbol graficzny , natomiast na rys.5 tablicę opisującą działanie przerzutnika.

Układ składa się z następujących podzespołów:

• Układów wejściowych,

• Układu różniczkującego,

• Układu rozładowania kondensatora zewnętrznego C,

• Dyskryminatora napięć,

• Układu zerującego

• Układów wyjściowych

Przerzutnik ten posiada dwie bardzo ważne funkcje:

• możliwość regeneracji impulsu wyjściowego,

• 
  możliwość zakończenia generacji impulsu wyjściowego w dowolnej chwili poprzez podanie impulsu zerującego.

Układ 555

Do budowy układów czasowych czy prostych generatorów funkcyjnych można stosować układy scalone. Na początku lat siedemdziesiątych stworzono grupę monolitycznych układów scalonych, a mianowicie elementy, które potrafią generować przebiegi czasowe jednorazowe lub periodyczne uzależnione od zewnętrznie dołączonych elementów R i C.

Jeśli generacja wyzwalana jest sygnałem zewnętrznym to jest to generator monostabilny, jeśli następuje samoczynnie jest to generator astabilny.

W trybie monostabilnym układ 555 funkcjonuje jako wyzwalany generator pojedynczego impulsu.

Poniżej przykładowe zastosowania tego trybu:

• Układy czasowe;

• Układy pomiaru pojemności;

• Dzielniki częstotliwości;

• Przełączniki dotykowe;

• Wykrywacze brakującego impulsu;

• Likwidacja odbić styków przełączników.

Generatory fali prostokątnej

Przy porojektowaniu takiego generatora musimy uwzględnić:

• Stałość częstotliwości drgań;

• Zakres zmian częstotliwości i współczynnika wypełnienia przebiegu wyjściowego;

• Możliwośc startu z określoną fazą;

• Pewność wzbudzenia drgań.

Częstotliwość generowanych impulsów można określi w przybliżeniu - dla zakresu

100Hz - 10MHz - korzystając ze wzoru:

Bramka BS zapewnia wzbudzenie drgań generatora.

Osobną grupą generatorów fal prostokątnych są te zbudowane w oparciu o bramki zlinearyzowane za pomocą rezystorowego sprzężenia zwrotnego. Bramka TTL ( w tym wypadku NAND) ze sprzężeniem rezystorowym (rys.9) jest wzmacniaczem liniowym.

Jeżeli dwie bramki ze sprzężeniem rezystorowym zostaną połączone szeregowo, wówczas taki stanowią układ wzmacniacza liniowego o przesunięciu fazowym 360º. Aby taki wzmacniacz przekształcić w układ astabilny, należy go zamknąć w pętlę. Możemy zrobić to na dwa sposoby: poprzez rezonator kwarcowy lub poprzez kondensator (Rys.10).

Maksymalna częstotliwość generowanych impulsów w układzie przedstawionym na rys.10

wynosi 10MHz. Zmianę częstotliwości drgań można uzyskać przez zmianę pojemności lub rezystancji w pętlach sprzężenia zwrotnego.

Generatory fali prostokątnej z rezonatorami kwarcowymi są stosowane w przypadkach gdy wymagana jest duża stałość częstotliwości generowanej fali impulsów prostokątnych. Do budowy generatorów z rezonatorami kwarcowymi najczęściej stosowane są bramki zlinearyzowane.

Generatory tego typu stosowane są np. w częstościomierzach, programowanych generatorach impulsów, układach precyzyjnego odmierzania czasu.

Bibliografia:

1. „Układy scalone TTL w systemach cyfrowych” - Jan Pieńkoś , Janusz Turczyński. Warszawa 1980.

2. „Pracownia Elektroniczna, Układy elektroniczne” - Leszek Grabowski Warszawa 1997.

3, http://pl.wikipedia.org/wiki/Timer_555

Rys.1 Schemat logiczny przerzutnika monostabilnego 121

Rys. 3 Tablica z parametrami technicznymi przerzutnika monostabilnego 121.

Rys.2 Tablica stanów przerzutnika monostabilnego 121

Rys. 4 Schemat logiczny przerzutnika monostabilnego 123

Rys.5 Tablica stanów przerzutnika monostabilnego 123

Rys.6 Tablica z parametrami technicznymi przerzutnika monostabilnego 123

Rys.7 Schemat logiczny układu czasowego 555 spełniającego funkcję przerzutnika monostabilnego.

Rys.8 Schemat logiczny generatora fali prostokątnej zbudowanego z bramek NAND

Rys.9 Schemat zlinearyzowanej bramki (NAND)

Rys.10 Schemat ideowy generatora fali prostokątnej

Rys.11 Schemat generatora fali prostokątnej z rezonatorem kwarcowym

(z bramkami NAND)

---