Układy cyfrowe
U
k
Å‚
a
d
y
c
y
f
r
o
w
e
Umiesz już dowolnie opóz
niać oraz
skracać impulsy.
Nieprzypadkowo zachęcałem cię do
P i e r w s z e k r o k i
zaprzyjaz
nienia siÄ™ z  kostkami Schmit-
ta . Przy czasach opóz
nienia większych
niż kilka mikrosekund, koniecznie trzeba
stosować takie właśnie bramki. Stosując
te bramki i kondensatory elektrolityczne
w cyfrówce
możesz uzyskać bardzo długie czasy, na-
wet rzędu minut. W układach z rysun-
ków 45...47 możesz stosować konden-
satory elektrolityczne o dowolnie dużej
część 8
c
z
Ä™
Å›
ć
8
pojemności, bylebyś tylko zachował ich
właściwą biegunowość. Ale tu czeka na
ciebie pewna pułapka: jeśli w twoim
r
y
s
u
n
e
k
układzie aluminiowe kondensatory elek- bez napięcia. Oczywiście wtedy, gdy  rysunek 50a lub dodatnim  rysunek
trolityczne cały czas będą pozostawać alarm wreszcie powinien zadziałać, nie 50b. Czasem potrzebne jest wyzwalanie
bez napięcia, to na pewno rozformują zadziała właśnie przez takie elektrolity. zboczem  wtedy wystarczy na wejściu
się, wzrośnie ich prąd upływu i w kon- Pamiętaj o tym, to bardzo ważne! zastosować (tzw. różniczkujący) obwód
sekwencji układ na pewno nie będzie Jeśli obawiasz się zastosowania alumi- RC o małej stałej czasowej, rzędu mikro-
pracował. Nie znaczy to, że zwykłe elek- niowych elektrolitów, zastosuj kondensa- sekund czy milisekund. Z kolei jeśli po za-
trolity się nie nadają do układów czaso- tory tantalowe; mają one zdecydowanie kończeniu cyklu potrzebne jest szybkie
wych  nadają się. Jeśli jednak chcesz mniejszy prąd upływu i się nie rozformo- rozładowanie kondensatora (by przygoto-
zastosować aluminiowe elektrolity, to wują. Innym rozwiązaniem będzie wyko- wać układ do nowego cyklu), wtedy rów-
musisz włączyć je tak, aby w stanie spo- rzystanie kondensatora stałego (foliowe- nolegle do rezystora trzeba włączyć dio-
r
y
s
u
n
czynku byÅ‚y pod napiÄ™ciem  na rysun- go MKT, MKSE) o pojemnoÅ›ci 1...2,2µF dÄ™. Warto zauważyć, że wÅ‚Ä…czenie diody
ku 48 zobaczysz różne możliwości. Wer- i tranzystora. Dwa przykładowe układy skutecznie rozwiązuje problemy z rozła-
k
u
4
8
r
y
s
u
n
k
u
4
9
sje 48a i b, oraz 48c i d a także 48e i f są znajdziesz na rysunku 49. Czas opóz
nie- dowaniem kondensatora i przepływem
równoważne  o tym którą z nich wybrać nia lub czas impulsu zwiększy się mniej prądów wejściowych bramki, zasygnali-
zadecydują stany, jakie w stanie spo- więcej tyle razy, ile wynosi wzmocnienie
czynku (lub też przez większość czasu) prądowe tranzystora, czyli kilkadziesiąt a)
występują na wyjściu pierwszej bramki. do kilkuset razy. Dioda służy do rozłado-
Ze względu na wzrost prądu upływu wania kondensatora po przyjściu drugie-
aluminiowych elektrolitów, przechowy- go, nieaktywnego zbocza przebiegu. Ale
wanych bez napięcia, NIGDY nie stosuj i tu tkwi pewna pułapka: Długi czas uzys-
ich w układach, które będą włączane tyl- kuje się kosztem radykalnego zmniejsze-
ko dorywczo. To częsty błąd popełniany nia prądu ładowania niewielkiego kon- b)
nie tylko przez początkujących. Wi- densatora. Prąd ten jest rzędu nanoam-
działem już kilka układów alarmowych, perów. Takiego rzędu prądy upływu mogą
montowanych przez  profesjonalistów , też płynąć po powierzchni brudnej płytki,
gdzie zwykłe elektrolity w obwodach cza- która kilka lat będzie pracować w zakurzo-
sowych wręcz latami były pozostawione nym i zawilgoconym otoczeniu. Dlatego
stosując sposób z rysunku 49 koniecznie
Rys. 49. Układy opóz
niajÄ…ce
trzeba polakierować płytkę dobrym lakie-
a) b)
z tranzystorem
rem izolacyjnym.
Szczerze mówiąc, dla układów, które
mają długo i niezawodnie pracować, ra- a)
dzę ci raczej właściwe wykorzystać elek-
trolity (rys. 48), najlepiej tantalowe, niż
c) d)
układy z tranzystorem (rys 49). Dobrym
sposobem jest też użycie kostek zawiera-
jÄ…cych liczniki (np. CMOS4060,
CMOS4541)  takie metody przedstawiÄ™ b)
ci w jednym z następnych artykułów.
e)
Do tej pory mówiliśmy o opóz
nianiu
i skracaniu impulsów. Bardzo często po-
trzebne są układy, które pobudzone  ge-
nerują impuls o określonej długości.
Wykorzystaj do tego jeden z układów c)
f)
r
y
s
u
n
k
u
5
0
pokazanych na rysunku 50. Ponieważ wy-
stępuje tu silne dodatnie sprzężenie
zwrotne, nie musisz stosować bramek
 ze szmitem , nawet przy długich cza-
sach i wykorzystaniu (tantalowego) elek-
Rys. 48. Różne sposoby włączania Rys. 50. Układy przerzutników mono-
trolita w roli C1. W zasadzie są to układy
kondensatorów stabilnych  uniwibratorów
wyzwalane krótkim impulsem: ujemnym
32 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97
Układy cyfrowe
U
k
Å‚
a
d
y
c
y
f
r
o
w
e
leżnień czasowych proponuje się wyko- czyna się po pojawieniu się odpowiednie-
a)
rzystanie specjalizowanych układów sca- go zbocza. Wtedy długość impulsu wy-
lonych. Kiedyś dawno rzeczywiście sto- zwalającego nie odgrywa żadnej (lub pra-
sowano powszechnie kostkę 74121, ale wie żadnej) roli. W prostych układach
nie miała ona możliwości przedłużania z rysunku 51 czas trwania impulsu wy-
impulsu. Stosowano też kostki 74123, zwalającego ma znaczenie. Jeśli impuls
a także podwójne wersje obu kostek. wejściowy będzie za krótki, to kondensa-
b)
Ja osobiście nie polecam ci tych staro- tor nie zdąży się w pełni naładować (roz-
ci. Układy uzależnień czasowych wyko- ładować) przez diodę D1. Minimalny czas
nasz w prosty sposób, bez specjalizowa- impulsu wyzwalającego możesz oszaco-
nych kostek, stosując kilka negatorów wać obliczając stałą czasową RoC1, gdzie
czy bramek NAND  ze szmitem i ewen- C to dołączona pojemność , a Ro to re-
c)
tualnie diodę lub tranzystor. Na poprzed- zystancja wyjściowa współpracującej
nich rysunkach pokazałem ci sporą kolek- bramki (wcześniej, przy okazji omawiania
cję odpowiednich schematów. Pora na rysunku 35 podałem ci przybliżone war-
następne. Właściwie samą ideę już ci je tości). Przykładowo, jeśli chcesz uzyskać
r
y
s
u
n
k
u
5
1
podałem na rysunku 46. Na rysunku 51 długi czas impulsu wyjściowego, zasto-
d)
zobaczysz kilka przykładów przerzutni- suj kondensator elektrolityczny i zewnę-
ków monostabilnych, uniwibratorów trzny rezystor o wartości 1...3,3M&! (re-
z możliwością przedłużania impulsu wy- zystorów o większej wartości nie pole-
jściowego. Te proste układy są naprawdę cam ci ze względu na wspomniane prądy
przydatne i znakomicie sprawdzają się upływu zakurzonej i wilgotnej płytki). Przy
w wiÄ™kszoÅ›ci zastosowaÅ„. Musisz tylko pojemnoÅ›ci 100µF uzyskasz czas impul-
Rys. 51. Przerzutniki monostabilne
zwrócić uwagę na dwie sprawy. su wyjściowego ponad minutę. Policz po-
z możliwością przedłużania impulsu
Po pierwsze, jak widzisz na rysunkach trzebny minimalny czas trwania impulsu
wyjściowego
51a i c możesz tu uzyskać dowolnie dłu- wyzwalającego. Jeśli twój układ zawiera
gie czasy stosujÄ…c kondensatory elektro- negatory 40106 lub bramki 4093 i pracu-
zowane przy omawianiu rysunku 47 lityczne i rezystory rzędu 1M&!. Przy sto- je przy napięciu zasilania równym 5V
i w żadnych okolicznościach nie trzeba sowaniu zwykłych elektrolitów zapewne przyjmij, że rezystancja wyjściowa bram-
stosować pokazanego tam szeregowego zechcesz, by w spoczynku były pod na- ki wyniesie 1k&!. Stała czasowa Ro x C1
rezystora ograniczajÄ…cego. Tak zmodyfi- piÄ™ciem  wÅ‚aÅ›nie ukÅ‚ady z rysunków wynosi 100µFx1k&! = 100ms. Przy wy-
kowany przerzutnik monostabilny poka- a i c spełniają ten warunek. Musisz jed- ższych napięciach czas ten będzie odpo-
zany jest na rysunku 50c. nak wziąć pod uwagę, że przy włączaniu wiednio krótszy.
Układy z rysunku 50 są użyteczne zasilania kondensatory te zaczną się łado- Jeśli przewidywane impulsy wyzwala-
w praktyce, mają też pewną cechę, która wać przez rezystory, co spowoduje wy- jące miałyby być krótsze, zastosuj na we-
niekiedy jest zaletą, a niekiedy wadą. generowanie impulsu po każdym włącze- jściu równie prosty układ wydłużania im-
Mianowicie pierwszy nadchodzący krótki niu zasilania. Inaczej jest w układach z ry- pulsu. W zależności od potrzeb możesz
impuls powoduje uruchomienie naszego sunków b oraz d. Tu przy włączaniu zasi- jeszcze dodać na wejściu obwód różnicz-
przerzutnika monostabilnego (zwanego lania nic się nie będzie działo, ale konden- kujący RC.
też przerzutnikiem jednostabilnym, uni- satory w spoczynku pozostają bez napię- Przykładowe rozwiązania pokazane są
r
y
s
u
n
k
u
5
2
wibratorem lub monowibratorem) i prze- cia  dlatego narysowałem tam konden- na rysunku 52.
rzucenie go do tak zwanego stanu wzbu- satory stałe. Na rysunku 52a znajdziesz układ, który
dzenia na czas wyznaczony wartością Teraz druga sprawa. daje na wyjściu stan niski, jeśli na we-
elementów R1, C1. Jeśli w trakcie trwa- Specjalizowane układy scalone są wy- jściu pojawiają się nawet krótkie impulsy
nia tego wzbudzenia, na wejściu pojawi zwalane zboczem, to znaczy, że cykl za- dodatnie. Zauważ, że stan aktywny na
się nastepny krótki im-
puls, to zostanie on zig- a)
b)
norowany  nie będzie
miał żadnego wpływu na
czas trwania impulsu wy-
jściowego. W praktyce
często potrzebne nam są
układy monostabilne,
w których każdy kolejny
nadchodzący krótki im-
puls wejściowy będzie
przedłużał czas trwania
impulsu na wyjściu  an-
gielskiej literaturze spo-
tyka się określenie retrig-
ger (powtarzane wyzwa-
lanie), które wskazuje na
możliwość takiego
przedłużania impulsu.
W licznych książkach do
Rys. 52. Układy przerzutników o bardzo długich czasach z obwodami wydłużania impulsów
wszelkich obwodów uza-
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97 33
Układy cyfrowe
U
k
Å‚
a
d
y
c
y
f
r
o
w
e
a) b)
Rys. 53. Układy do wytwarzania  biegnącego zera lub  biegnącej jedynki
wyjściu (niski) będzie też panował cały będzie zbyt mała  na wyjściu pojawią się się zdążyć rozładować. Dlatego jeśli któ-
czas trwania stanu dodatniego na we- impulsy dodatnie. ryś z czasów byłby wyjątkowo krótki, po-
jściu i jeszcze przez czas opóz
nienia, wy- Na zakończenie kolekcji układów cza- winieneś zastosować diodę równolegle
r
y
s
u
n
k
u
5
3
znaczony głównie przez R1C1. sowych jeszcze układy z rysunku 53. Za- do rezystora, jak na rysunku 50c.
Nieco inaczej działa układ z rysunku uważ, w jaki beznadziejnie prosty sposób Podany sposób opóz
nienia można za-
52b. Tu dodatkowo zastosowałem na z użyciem kilku inwerterów  ze szmitem stosować choćby w prostych układach
wejściu obwód różniczkujący C3R3. Jeśli możesz uzyskać efekt biegnącego zera sterujących wyświetlaczem licznika-częs-
na wejściu A będą regularnie pojawiać lub biegnącej jedynki. Bardzo często taki tościomierza. Przykładowo w układzie
się impulsy (albo przebieg prostokątny), sposób jest tańszy i lepszy niż wykorzys- z rysunku 53a impuls wejściowy swym
to wyjście układu, czyli punkt D, będzie tanie rejestru przesuwnego albo licznika stanem wysokim umożliwia pracę liczni-
stale w stanie niskim. Jeśli przebieg na z dekoderem. Dodatkową zaletą jest fakt, ka. Po krótkim czasie opóz
nienia (R1C1)
wejściu zaniknie, na wyjściu pojawi się że poszczególne czasy mogą być dobiera- dodatni impuls z wyjścia G wpisuje za-
stan wysoki. Masz oto dyskryminator ne w bardzo szerokich granicach, nieza- wartość licznika do pamięci (zatrzasku,
częstotliwości  jeśli częstotliwość prze- leżnie jeden od drugiego (pokazałem ci to latcha), a ujemny impuls z następnego
biegu podawanego na wejście będzie od- na rysunku). Przy dobieraniu czasów nie wyjścia F zeruje licznik przygotowując go
powiednio duża  na wyjściu D będzie się możesz jednak przesadzić. Przy drugim, do następnego cyklu pracy.
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
utrzymywał stan niski; jeśli częstotliwość nieaktywnym zboczu kondensator musi Piotr Górecki
34 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97