Схема одновібратора і принцип його роботи згідно з тимчасовим діаграмі.
У попередній частині статті ми розповіли про мультивібраторах, виконаних на логічної мікросхемі К155ЛА3. Ця розповідь була б неповною, якщо не згадати ще про один різновид мультивибратора, так званому одновібраторе.
Одновібратором називають генератор одиночних імпульсів. Логіка його роботи полягає в наступному: якщо на вхід одновібратора подати короткий імпульс, то на його виході формується імпульс, тривалість якого задана RC ланцюжком.
Після того, як цей імпульс закінчиться, одновібратор переходить в стан очікування наступного імпульсу, що запускає. В силу цього одновибратор часто називають чекають мультивібратором. Найпростіша схема одновібратора показана на малюнку 1. На практиці крім цієї схеми застосовується кілька десятків різновидів одновібраторов.
Малюнок 1. Найпростіший одновибратор.
На малюнку 1а показана схема одновібратора, а на малюнку 1б його тимчасові діаграми. Одновібратор містить два логічних елемента: перший з них використовується в якості елемента 2І-НЕ, в той час як другий включений по схемі інвертора.
Запуск одновібратора здійснюється за допомогою кнопки SB1, правда це тільки для навчальних цілей. Реально на цей вхід може бути поданий сигнал від інших мікросхем. Для індикації стану до виходу також підключений світлодіодний індикатор, також показаний на схемі. Звичайно ж він не є деталлю одновібратора, тому його можна і не ставити.
Конденсатор С1 обраний великої місткості. Це зроблено для того, щоб імпульс мав тривалість достатню для індикації за допомогою стрілочного приладу, що має велику інерцію. Мінімальна ємність конденсатора при якій ще можна виявити імпульс стрілочним приладом 50 мкФ, опір резистора R1 в межах 1 ... 1,5 кОм.
З метою спрощення схеми можна було б обійтися без кнопки SB1, замикаючи висновок 1 мікросхеми на загальний провід. Але при такому рішенні іноді будуть виникати збої в роботі одновібратора, обумовлені дребезгом контактів. Детальний розгляд цього явища і методи боротьби з ним ми розберемо трохи пізніше при описі лічильників і частотоміра.
Після того, як одновібратор зібраний, і харчування подано, виміряємо напругу на входах і виходах обох елементів. На виведення 2 елементи DD1.1 і виході 8 елемента DD1.2 повинен бути високий рівень, а на виході елемента DD1.1 - низький. Тому можна сказати, що в режимі очікування другий елемент, вихідний, знаходиться в одиничному стані, а перший в нульовому.
Тепер підключимо вольтметр на вихід елемента DD1.2 - вольтметр покаже високий рівень. Після чого, спостерігаючи за стрілкою приладу, короткочасно натиснемо на кнопку SB1. стрілка швидко відхилиться майже до нуля.
Приблизно секунди через 2 також різко повернеться в початкове положення. Це говорить про те, що стрілочний прилад показав імпульс низького рівня. При цьому через вихід елемента DD1.2 також запалиться світлодіод. Якщо повторити цей досвід кілька разів, то результати повинні бути однаковими.
Якщо до конденсатору підключити паралельно ще один - ємністю 1000 мкФ тривалість імпульсу на виході збільшиться втричі.
Якщо резистор R1 замінити змінним номіналом близько 2 Ком, то його обертанням можна в деяких межах змінювати тривалість вихідного імпульсу. Якщо ж викриття резистор настільки, що його опір стане менше 100 Ом, то одновібратор просто перестає генерувати імпульси.
З проведених дослідів можна зробити такі висновки: чим більше опір резистора і ємність конденсатора, тим більше час генерується одновібратором імпульсу. В даному випадку резистор R1 і конденсатор C1 є времязадающей RC ланцюжком, від якої залежить тривалість генерованого імпульсу.
Якщо ємність конденсатора і опір резистора значно зменшити, наприклад, поставити конденсатор ємністю 0,01 мкФ, то індикаторами у вигляді вольтметра і навіть світлодіода виявити імпульси просто не вдасться, оскільки вони вийдуть дуже короткими.
На малюнку 1б показані тимчасові діаграми роботи одновібратора. Вони допоможуть розібратися в його роботі.
У вихідному, що чекає, стані вхід 1 елемента DD1.1 нікуди не підключений, так як контакти кнопки поки розімкнуті. Такий стан, як було написано в попередніх частинах нашої статті, є не що інше, як одиниця. Найчастіше такий вхід не залишають «висіти» в повітрі, а через резистор опором 1 КОм підключають до ланцюга харчування +5 В. Таке підключення послаблює вплив вхідних перешкод.
На вході елемента DD1.2 рівень напруги низький, що обумовлено підключеним до нього резистором R1. тому на виході елемента DD1.2 буде відповідно високий рівень, який надходить на верхній за схемою вхід елемента DD1.1. Тому на обох входах DD1.1 високий рівень, який дає на його виході низький рівень, і конденсатор С1 майже повністю розряджений.
При натисканні кнопки, на вхід 1 елемента DD1.1 подається імпульс запуску низького рівня, показаний на верхньому графіку. Тому елемент DD1.1 переходить в одиничний стан. У цей момент на його виході з'являється позитивний фронт, який через конденсатор С1 передається на вхід елемента DD1.2, чому останній переходить з одиниці в нуль. Цей же нуль присутній і на вході 2 елементи DD1.1, тому він залишиться в одиничному ж стані після розмикання кнопки SB1, тобто навіть при закінченні імпульсу, що запускає.
Позитивний перепад напруги на виході елемента DD1.1 через резистор R1 заряджає конденсатор С1, чому напруга на резисторі R1 зменшується. При зниженні цієї напруги до порогового, відбувається перехід елемента DD1.2 в стан одиниці, а DD1.1 перемикається в нуль.
При такому стані логічних елементів конденсатор буде розряджений через вхід елемента DD1.2 і вихід DD1.1. Таким чином одновибратор повернеться в режим очікуванні наступного імпульсу, що запускає або просто в режим очікування.
Однак, при проведенні дослідів з одновібратором не слід забувати, що тривалість імпульсу, що запускає повинна бути обов'язково менше вихідного. Якщо кнопку просто утримувати в натиснутому стані, то ніяких імпульсів на виході дочекатися буде неможливо.
Продовження статті: Логічні мікросхеми. частина 6