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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Espansori di impulsi. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante Nei sistemi di trasmissione delle informazioni, per indebolire l'influenza delle fluttuazioni casuali, nonché per il controllo nei dispositivi di automazione, è spesso necessario ottenere impulsi più ampi di una certa durata da impulsi brevi. Questa attività può essere facilmente implementata utilizzando un multivibratore di standby (one-shot). Un monostabile è un circuito di trigger che genera un singolo impulso sotto l'influenza di un segnale di controllo esterno. Ciò implica che l'impulso generato supera la durata di quello innescante. In genere, viene utilizzato uno dei due metodi di generazione degli impulsi: analogico o digitale. Il più semplice è analogico: viene utilizzato il processo di ricarica del condensatore.
Riso. 1.9 Formatore di impulsi ampio che utilizza un trigger Schmitt Un esempio di tale circuito è mostrato in Fig. 1.9. Per il corretto funzionamento di questo monovibratore è necessario che la durata dell'impulso di trigger in ingresso sia sufficientemente lunga da dare al condensatore il tempo di scaricarsi completamente. Dopo la fine dell'impulso di trigger, il condensatore viene caricato tramite un resistore alla tensione di alimentazione. In questo caso, non appena la tensione raggiunge Uthr, l'elemento D2.1 commuterà. In questo caso, la durata dell'impulso di uscita (ti) dipende dai valori della capacità e del resistore installati nel circuito di temporizzazione. Una formula semplificata consente di calcolare approssimativamente la durata dell'impulso:
Riso. 1.10. Aree di livelli di segnale accettabili all'ingresso dei microcircuiti MOS Tenendo conto della diffusione dei valori della tensione di soglia di commutazione (Uthr), la durata dell'impulso può assumere valori da tmin=0,4RC a tmax=1,11RC. Tipicamente, i monovibratori utilizzano LE da un corpo (cristallo). In questo caso lo spread di Unop risulta essere insignificante e possiamo assumere ti=0,69RC. Questa relazione viene utilizzata per determinare la durata dell'impulso nella maggior parte dei circuiti, Fig. 1.11...1.18. I diagrammi di tensione spiegano i processi di formazione dell'impulso di uscita. I circuiti rappresentati nella stessa figura sono simili nella logica di funzionamento e presentano lo stesso schema di tensione nei punti di controllo.
Riso. 1.11. Singolo vibratore con un circuito di temporizzazione
Riso. 1.12. One-shot basato sul flip-flop RS
Riso. 1.13. One-shot sul bordo del segnale di ingresso
Riso. 1.14. Un colpo
Riso. 1.15. Generatori di impulsi dopo la fine del segnale di trigger
Fig 1.16 Formatori di impulsi
Fig 1.17 Formatori di impulsi
Riso. 1.18 Monostole con due circuiti di cronometraggio A differenza della versione più semplice (Fig. 1.9), i diagrammi mostrati in Fig. 1.11...1.14 non sono sensibili alla durata dell'impulso di ingresso, motivo per cui sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature. Schemi, fig. 1.9, 1.15...1.17, la proprietà di riavvio è intrinseca, cioè se durante la formazione dell'impulso di uscita appare un altro trigger, il conto alla rovescia della durata dell'impulso generato ricomincerà dal momento in cui termina l'ultimo trigger. I diodi utilizzati nei circuiti accelerano il processo di ricarica del condensatore, riducendo la possibilità di rumore impulsivo all'uscita del LE. Per garantire che la resistenza di uscita del LE non influisca sulla precisione del calcolo e non sovraccarichi l'uscita, il resistore R1 deve essere valutato almeno 10...20 kOhm. Per trascurare nei calcoli la capacità di installazione, la capacità minima C1 può essere 200...600 pF. Per ottenere la stabilità dell'intervallo di tempo alle alte temperature, il valore nominale di R1 dovrebbe essere < 200 kOhm e il condensatore non dovrebbe essere superiore a 1 μF. L'uso di condensatori elettrolitici aumenta l'instabilità dell'intervallo di tempo. Per ridurre l'influenza della diffusione dei valori Unop sulla durata dell'impulso generato, è possibile utilizzare circuiti con due circuiti di temporizzazione (Fig. 1). Se le costanti di tempo di entrambi i circuiti di temporizzazione sono le stesse, con una diffusione massima dei valori Unop da 18Upit a 0Upit, la variazione della durata dell'impulso generato non supera il 33%. Esecuzione di monovibratori su flip-flop RS, Fig. 0,69. 9 e 1. 19, consente di avere due ingressi trigger separati (sul fronte ascendente dell'impulso), nonché di ricevere immediatamente un impulso diretto e un impulso con inversione sulle uscite. Un altro vantaggio dei flip-flop RS a scatto singolo è la capacità di attivarsi da una tensione di ingresso che varia lentamente.
Riso. 1.19. Multivibratori in attesa: a) su trigger D; b) su un trigger JK, c) con maggiore stabilità quando cambia l'alimentazione
Figura 1.20. Multivibratori in attesa con maggiore pendenza dell'impulso di uscita a) su un trigger D; b) su un trigger JK La durata degli impulsi di attivazione forniti all'ingresso S deve essere inferiore a quella generata (è vietata la modalità in cui è presente contemporaneamente un “1” logico sugli ingressi S e R). All'ingresso C la durata dell'impulso di trigger può essere qualsiasi. Il diodo VD1 accelera la scarica del condensatore attraverso l'uscita del trigger e consente di aumentare la frequenza degli impulsi di trigger (il suo utilizzo riduce il tempo di recupero del circuito). La durata degli impulsi generati è di circa t = 0,69R1C1. Il valore minimo della resistenza R1 è limitato dalla corrente di uscita massima consentita del trigger e può essere modificato entro 20 kOhm...10 MOhm, mentre la durata dell'impulso cambierà 500 volte. La modifica simultanea dei valori di R1 e C1 consente di regolare la durata dell'impulso entro quattro ordini di grandezza. Schema in Fig. 1.19 V fornisce impulsi più stabili quando la tensione di alimentazione cambia (un circuito simile può essere assemblato utilizzando i flip-flop JK). Per aumentare la pendenza degli impulsi di uscita, vengono utilizzati i circuiti mostrati in Fig.. 1.20, ma in essi i condensatori C1 devono essere non polari. In questo caso, la durata dell'impulso generato agli stessi valori del circuito RC dei circuiti di Fig. 1.18, risulta essere circa 2 volte più grande.
Figura 1.21. Multivibratore di riserva con maggiore stabilità Migliore stabilità al cambio della tensione di alimentazione rispetto a quelle mostrate in Fig. Le opzioni 1.19 sono fornite dal circuito one-shot su due flip-flop, Fig. 1. Inoltre, in questo caso, il collegamento del carico non influisce sulla durata degli impulsi generati. Il circuito è costituito da due monovibratori che hanno un ingresso trigger comune, ma producono impulsi di durata diversa su uscite indipendenti. Gli impulsi sull'uscita 21 saranno quasi indipendenti dalla tensione di alimentazione.
Riso. 1. 22 Circuiti modellatori di impulsi ritardati. Un monovibratore universale in attesa può essere implementato su un microcircuito appositamente progettato per questo scopo (Fig. 1a). In un pacchetto 22AG564 (1AG1561) sono presenti due monovibratori a colpo singolo che, a seconda della combinazione dei segnali di controllo all'ingresso, hanno la proprietà di attivazione convenzionale su un fronte di salita (ingresso S1) o su un fronte di discesa (S1), e può anche essere riavviato se necessario. L'ingresso R ha la priorità sugli altri ingressi e imposta il valore del segnale Q=2 (se l'ingresso R non viene utilizzato è collegato a +Upit). La durata del segnale generato (ti, Q=1) è impostata dal corrispondente circuito RC esterno: ti=0,5RC per C>0,01 μF. Il diagramma fornito nel libro di consultazione [L8] consente di determinare in modo più accurato.
Riso. 1. 23 Multivibratore di standby su un grilletto con possibilità di riavvio.
Riso. 1. 24 Multivibratore in standby con capacità di riavvio. Se è necessario avere un riavvio one-shot sul grilletto, nel caso in cui arrivi il successivo impulso di ingresso durante la formazione dell'intervallo, allora il circuito di Fig. 1.23 permette di aumentare la durata dell'impulso in uscita facendo partire il conteggio dal momento in cui termina il segnale di trigger. Un diagramma simile è mostrato in Fig. 1. 24. Quando l'input è logico. "0", il condensatore viene caricato al valore della tensione di alimentazione (log. "1"). Quando arriva un impulso di trigger con una durata sufficiente a scaricare il condensatore, il trigger si resetta e genera un impulso. La durata di questo impulso, dopo la fine del segnale di ingresso, è determinata dal tempo necessario per caricare il condensatore al livello logaritmico. "1".
Riso. 1.25 Multivibratore di attesa con maggiore pendenza degli impulsi di uscita. Il circuito (Fig. 1.25), a differenza di quanto sopra, consente di ottenere fronti più ripidi del segnale alle uscite del trigger.Il secondo vantaggio di questo circuito è che alla fine dell'impulso generato, il condensatore è scaricato rapidamente attraverso il diodo dal livello Uthr invece di ricaricarsi al livello di alimentazione (E ) Per questo motivo, l'impulso di trigger successivo può essere notevolmente più breve, pur mantenendo il tempo di recupero pari a zero Il secondo metodo l'ottenimento di un impulso della durata richiesta è associato all'uso di contatori - monostabili digitali. Vengono utilizzati quando l'intervallo di tempo deve essere molto ampio o ci sono elevate esigenze di stabilità dell'intervallo generato. In questo caso, la durata minima ottenuta è limitata solo dalla velocità degli elementi utilizzati, e la durata massima può essere qualsiasi (a differenza dei circuiti che utilizzano circuiti RC).
Riso. 1. 26 One-shot digitale su contatore programmabile. Il principio di funzionamento di un monostabile digitale si basa sull'attivazione del trigger tramite un segnale di ingresso e sullo spegnimento dopo un intervallo di tempo determinato dal fattore di conversione del misuratore. L'uso di contatori con coefficiente di divisione commutabile in un dispositivo one-shot, Fig. 1.26, permette di ottenere un impulso di qualsiasi durata. Il chip 564IE 15 è costituito da cinque contatori sottrattivi, i cui moduli di ricalcolo sono programmati mediante caricamento parallelo di dati in codice binario. Sono necessari tre cicli di clock per caricare i numeri nei contatori, quindi è possibile impostare il fattore di divisione N>3 [L2].
Nella tabella sono riportati i coefficienti di divisione massimi possibili in funzione del valore di M. Per valori di M=0 il conteggio è vietato. Il segnale all'ingresso S controlla le modalità di conteggio periodico (0) e singolo (1). Il codice binario per i diversi valori del modulo M è tratto dalla Tabella 1.3 (# - divieto di conteggio, x - qualsiasi stato, "0" o "1" logico). Il fattore di divisione complessivo del microcircuito è determinato dalla formula: N=M(1000P1+100P2+10P3+P4)+P5 . Quando un monostabile digitale funziona con una frequenza di clock auto-oscillante al quarzo, viene garantita una maggiore stabilità della durata dell'impulso in uscita, che ne consente l'utilizzo negli strumenti di misura.
Riso. 1.27. Monostabile digitale con maggiore stabilità dell'intervallo di tempo
Riso. 1.28. Monostabile digitale Nella fig. La Figura 1.27 mostra un esempio del circuito più semplice per ricevere un impulso utilizzando un contatore. Il funzionamento dei monovibratori è spiegato dagli schemi riportati nelle figure. Uno svantaggio comune dei circuiti mostrati nelle Figure 1.27 e 1.28 è l'errore casuale associato alla fase arbitraria dell'oscillatore principale al momento del lancio. L'errore può arrivare fino ad un periodo della frequenza dell'orologio e diminuisce con l'aumentare della frequenza del generatore e del fattore di conversione del contatore. Questo inconveniente può essere eliminato mediante lo schema di Fig. 1.28 (il generatore si accende quando appare un impulso di trigger). Nello stato iniziale all'uscita del contatore D2/3 (4) è presente una tensione logaritmica. "1", che vieta il funzionamento dell'autogeneratore su D1.1, D1.2. L'impulso di trigger ripristina il contatore D2 e la sua uscita D2/3 verrà registrata. "0" finché non fa il conto alla rovescia per apparire sul registro D2/3. "1". Poiché la formazione dell'impulso in uscita parte sempre dallo stesso stato dell'oscillatore master, è escluso un errore casuale nella durata dell'impulso, ma questo circuito presenta un altro inconveniente: all'accensione genera un impulso di durata indefinita a l'output (entro un dato intervallo). Il circuito ha la proprietà di riavviarsi se, durante la formazione dell'impulso di uscita, appare un altro trigger (il conto alla rovescia della durata dell'impulso generato ricomincia).
Figura 1.29. Singolo vibratore con sincronizzazione della durata dell'impulso in uscita con la frequenza del generatore di clock Il circuito mostrato in Fig. 1.29 nel momento in cui l'impulso di trigger arriva all'ingresso fornisce un segnale di uscita la cui durata è pari al periodo della frequenza di clock (T = 1/ft). Con la stabilizzazione al quarzo della frequenza del generatore (ft), il circuito può essere utilizzato come monovibratore altamente stabile. Pubblicazione: irls.narod.ru
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, dove E è la tensione di alimentazione del circuito; Upor - il livello della soglia utilizzata (Fig. 1.10) per cambiare l'elemento.
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