Рассмотрим процесс генерации, начиная с момента начала зарядки конденсатора С1. В этот момент транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе близко к нулю. На другом входе элемента DD1.1 напряжение высокого уровня, на выходе элемента DD1.2-низкого. Конденсатор С1 заряжается выходным током элемента DD1.1 через резистор R1 и параллельно соединенные входное сопротивление транзистора VT1 и резисторы R2, R3. По мере зарядки конденсатора С1 напряжение на нем экспоненциально возрастает, а ток через него уменьшается по такому же закону. Коллекторный ток транзистора VTI при этом также уменьшается, и, когда он станет равным входному току переключения элемента DD1.1, на выходе этого элемента будет напряжение низкого уровня, которое переключит элемент DD1.2. Отрицательный перепад напряжения в точке а, закрывающий в этот момент транзистор, образуется за счет прохождения фронта импульса с выхода элемента DD1.1 через конденсатор С1.

Затем конденсатор разряжается через резисторы R1-R3 выходным током логических элементов. Когда напряжение в точке а станет достаточным для открывания транзистора и он откроется, изменится состояние элемента DD1.1, начнется заряд конденсатора С1 н цикл повторится.

Время зарядки и время разрядки конденсатора С1, определяющие период и длительность выходных импульсов при статическом коэффициенте передачи тока транзистора около 100, определяют по приближенным формулам t, 3,5 10-С1, tp 6-10-(R2 + R3)Cl (емкость выражена в пикофарадах, сопротивление в омах, время в микросекундах).

При использовании элементов, указанных на схеме, и суммарном сопротивлении резисторов R2 и R3 20 кОм время зарядки составляет около 5,7 мкс, а время разрядки - около 18 мкс. Резистор R1 позволяет улучшить форму фронта импульсов.

Мультивибратор способен генерировать импульсы как с малой (меньше 2), так и с большой (больше 100) скважностью. При изменении емкости конденсатора С1 от 20 пФ до 10 мкФ частота выходных колебаний изменяется от 3 МГц до долей герца.

Частоту генератора, собранного по схеме на рис. 8.44, можно изменять в 50.000 раз. Это достигнуто применением полевого транзистора. При относительно небольших емкостях конденсатора можно получить ультранизкие частоты.

Например, при максимальных значениях, указанных на схеме элементов, частота выходных импульсов генератора равна 0,5 Гц.

В моменты, когда на выходе элемента DD1.3 будет напряжение высокого уровня, отрицательный перепад напряжения с выхода элемента DDI.2 проходит через конденсатор С1 и в точке а образуется отрицательное напряжение. Затем конденсатор начинает перезаряжаться через резистор R1 выходным током элементов DDI.2 и DD1.3 (входным током полевого транзистора можно пренебречь). Изменение напряжения на затворе приводит к соответствующему изменению напряжения в точке б. Когда это напряжение достигает порога переключения элемента DD1.2, он изменяет свое состояние и тем самым переключает остальные логические элементы генератора.

Когда на выходе устройства напряжение низкого уровня, конденсатор С1 будет разряжаться до момента, пока напряжение в точке б уменьшится до порога переключения элемента DD1.1, что вызывает последовательное переключение логических элементов (возврат их в исходное состояние).

Длительность выходных импульсов регулируют резистором R2. Резистор кЗ служит для ограничения тока через транзистор. Частота следования выходных импульсов f = 2R1C1). В частности, если емкость конденсатора С1 =0,01 мкФ и сопротивление резистора R1 = 1 МОм, частота импульсов равна 50 Гц; при емкости 150 пФ и сопротивлении 120 кОм-22,5 кГц. Верхняя граница частоты генератора-около 10 МГц.

Ждущий мультивибратор с эмиттериой связью импульсов. В устройствах автоматики часто возникает необходимость иметь одиночные прямоугольные импульсы заданной длительности. Эти

Функции выполняют формирователи импульсов, дним ю таких формирователей является жду-пщй мультивибратор с эмиттерной связью.

Ждущий мультивибратор (одновибратор) выполняется по схеме рис. 8.45, а и является ждущим генератором импульсов прямоугольной формы. При поступлении на его вход короткого запускающего импульса на выходе вырабатывается прямоугольный импульс, длительность которого определяется элементами цепи.

ЖдуццВ) мультивибратор характеризуется наличием одного устойчивого состояния (транзистор VT1 закрыт, VT2 открыт) и одного временно устойчивого (транзистор VT1 открыт, VT2 закрыт), вызванного подачей на вход отрицательного импульса. Длительность временно устойчи-

Ю 20 ti

С1 II 0,1 мк

т кг

НПЗОЗ 500

R3 250

*5Bl Пт.1 DD1.2 Ш1.3

Ш5ЛАЗ

Рис. 8.45

кг

-tOB

VBI дзпг VDi ДЗПГ VTt ПМ1ВГ ±VTi П30

Рис. 8.46

ВОГО состояния обычно много больше длительности входного импульса. Исходное устойчивое состояние достигается тажим выбором сопротивлений резисторов R1, R2, что напряжение UgB транзистора VT1 оказывается положительным.

При подаче короткого отрицательного импульса на вход (рис. 8.45,6) транзистор VT1 открывается и напряжение конденсатора оказывается приложенным положительным полюсом к базе транзистора VT2, что приводит к его закрыванию. Транзистор остается закрытым до тех пор, пока напряжение на его базе не уменьшится вследствие разряда конденсатора С по цепи RC до -иэБ-

Время восстановления цепи должно быть меньше интервала между импульсами, т.е. cc,<T = (4...5)C(R., + R3).

На рис. 8.46 приведена схема ждущего мультивибратора с коллекторно-базовыми связями, предназначенного для формирования прямоугольных импульсов длительностью от 10 до 2500 мкс. Запуск мультивибратора осуществляется отрицательным импульсом по входу 1, открывающим транзистор VT1, или положительным импульсом по входу 2, закрывающим транзистор VT2. Амплитуда входного импульса -1-3 или -2,5 В, длительность-не менее 0,3 мкс. Амплитуда выходных импульсов-не менее 7 В.

Длительность выходных импульсов и максимальная частота следования входных импульсов зависят от параметров элементов, которые приведены в табл. 8.4.

Таблица 8.4. Параметры элементов ждущего мультивибратора

Емкость конденсатора, пФ

Длитель- Максималь-

CI 1000

ПВ1 вттинг

Рис. 8.47

ВымВ 1

Выход г

% VD1 сг

ВВ1 КтЛА8

1 ПЛ7 П W п Л ли UlK \\39н из,

*5В -о

вп1.г

VT1 НТ315Г

VT2 КТ315Г

5,6н

mi3A 01 10 - Выход

Рис. 8.48

На рис. 8.47 приведена схема ждущего мультивибратора на микросхеме К1ТШ221Г. Запускается мультивибратор импульсами положительной полярности длительностью 1... 10 мкс и амплитудой 2... 7 В. При изменении емкости конденсатора С2 от 3000 пФ до 500 мкФ длительность выходного импульса изменяется от 10 мкс до 10 с. Переменный резистор R1 позволяет плавно регулировать длительность выходных импульсов. С выхода 1 снимают импульсы положительной полярности амплитудой 6 В, с выхода 2-отрицательной полярности амплитудой 8 В.

На рис. 8.48 приведена схема одновибратора на микросхеме серии 155.

Одновибратор состоит из запускающего каскада (инвертор DD1.1, резистор R1), формирующего каскада (транзистор VT2, резистор R4, времязадающая цепь R3, С1), помехозащитного каскада (транзистор VT1, диод VDl, резистор R2) и цепи обратной связи (инвертор DO 1.2).

Длительность выходного импульса определяется постоянной времени времязадающей цепи R3, С1, а время восстановления пропорционально сопротивлению резистора R2. При формировании среза выходного импульса диод VD1 закрывается, отключая от выхода одновибратора цепь зарядки конденсатора CI (резистор R2, переходы база-эмиттер транзисторов VT1 и VT2), что обеспечивает высокую крутизну спада.

Для указанных на схеме значений элементов устройство срабатывает от запускающего импульса длительностью 100 не, длительность выходного импульса 28 мс, стабильность длительности < 2% при изменении напряжения питания на ±10%.

На рис. 8.49 приведена схема формирователя прямоугольного импульса от перепада напряжения.

Формирователь импульсов состоит из инвер-

4= С2

0,015ffк

Рис. 8.49

тора DD1.1, RC интегратора R1, С2, элемента 2И~НЕ (см. далее), DDI.2 и цепи положительной обратной связи, содержащей последовательно соединенные резистор R2 и конденсатор С1.

При подаче на вход перепада напряжения положительной полярности на выходе элемента DD1.2 формируется отрицательный перепад напряжения. Конденсатор С2 через резистор R1 начинает заряжаться, и напряжение на входе инвертора DD1.1 плавно возрастать. При достижении порогового значения выходные напряжения инвертора DD1.1 и элемента DDI.2 начинают изменяться. Изменение напряжения на выходе элемента DDI.2 через цепь положительной обратной связи R2, С1 передается на вход инвертора DD1.1 и ускоряет процесс переключения инвертора DD].] и элемента DDI.2. Таким образом, процесс переключения происходит лавинообразно, резко увеличивая крутизну среза формируемого импульса.

При использовании микросхем серии К155 рекомендуемые значения сопротивления резисторов R1 -3,3 кОм, R2-100 Ом. При этом длительность выходного импульса [мкс] ориентировочно определяется из соотнощения

С2 (нФ).

Формирователь импульсов формирует импульсы с крутыми фронтами и срезами в широком диапазоне длительности выходных импульсов.

Схема простого формирователя импульсов на микросхеме серии 133 приведена на рис. 8.50. Устройство не предъявляет особых требований к длительности фронтов входного сигнала, так как содержит на входе дифференцирующие цепи.

В состав формирователя входит триггер на двух элементах И-НЕ DD1.1, DD1.2, интегрирую-

щая RC-цепь, инвертор DD1.3. Формирователь работает следующим образом. Пусть длительность входного сигнала меньше заданной длительности, тогда после переключения триггера в единичное состояние входным сигналом на выходе элемента DD1.1 появляется напряжение высокого уровня, а на выходе элемента DDI.2-напряжение низкого уровня. При этом начинается зарядка конденсатора С через резистор R.

При достижении на конденсаторе напряжения высокого уровня с выхода инвертора DD1.3 снимается напряжение низкого уровня, которое поступает на нулевой вход триггера, устанавливая его в нулевое состояние. С выхода элемента DDI.2 снимается импульс заданной длительности. Конденсатор после этого начинает разряжаться. По достижении на нем нулевого уровня для инвертора DD1.3 устройство возвращается в исходное состояние.

Длительность выходного сигнала определяется параметрами цепи RC и напряжением высокого уровня инвертора DD1.3. В таблице приведены емкости конденсаторов и соответствующие им длительности импульсов при R = 430 Ом.

Усилители постоянного тока. Усилители постоянного тока часто используются для усиления сигнала датчика до значения, необходимого для дальнейшего преобразования сигнала. На рис. 8.51 приведены схемы высокочувствительных усилителей на микросхемах К1УТ401А и К1УТ401Б, которые могут усиливать сигнал, например, от

Кк 5П

Вход К1 510

тоУПБ

г*Г1 i TJ кУк -г 200

СЗ гоо

+12,0В

Выход

КЗ ± сг

-tz.BB

ВВ1.1 зшз Вход Г7

*-1-CZh

Выход

К1 17 к

+6,3 В