Триггер шмитта. подробное описание нессиметричного триггера

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

t=1,1*R*C.

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

• подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
• пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R₁, R₂ и конденсатор С₁. Время импульса (t₁), время паузы(t₂), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам:

₁

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С₁ разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С₁ начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 U_ПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t₁), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 U_ПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 U_ПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

Триггер Шмитта на логических элементах

Триггер Шмитта — это специфический вид триггера, имеющего один вход и один выход. Такой триггер Еще называют нессиметричным. В триггере Шмитта переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется при определенных уровнях входного напряжения, называемых пороговыми уровнями. Триггер Шмитта изображен ниже.

Если на вход триггера Шмидта подавать нарастающее напряжение (нижний график), то при некотором уровне U_п1 в момент t₁ напряжение на выходе скачком переходит из состояния 0 в состояние 1. Если уменьшать напряжение на входе до некоторого напряжения U_п2 в момент t₂ напряжение на выходе скачком переходит из состояния 1 в состояние 0. Явление несовпадения уровней U_п1 и U_п2 называется гистерезисом. Соответственно, передаточная характеристика триггера Шмитта обладает гистерезисным характером. Триггер Шмитта, в отличие от других триггеров, не обладает памятью и используется для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы.

Примечание: основной материал взят с сайта naf-st.ru

Логические вентили(логические элементы).

Процессы, необходимые для функционирования любых технологических устройств ( в т. ч. и ПК)
можно реализовать с помощью ограниченного набора логических элементов.

Буфер.

Буфер, представляет из себя усилитель тока, служащий для согласования различных логических
вентилей, в особенности имеющих в своей основе разную элементную базу (ттл или КМОП).

Элемент, служащий для инвертирования поступающих сигналов — логическая еденица превращается
в ноль, и наоборот.

Логическая схема И.

И — элемент логического умножения. Еденица (высокий уровень напряжения) на выходе, появляется
только в случае присутствия едениц, на обоих входах, одновременно.

Пример применения элемента И в реальном техническом устройстве: По тех. заданию, механический пресс должен срабатывать, только при одновременном нажатии
двух кнопок, разнесенных на некоторое расстояние. Смысл тех. задания заключается в том, что бы обе
руки оператора были заняты на момент хода пресса, что исключило бы возможность случайного
травмирования конечности.
Это может быть реализовано как раз, с помощью логического элемента И.

Логическая схема И — НЕ.

И-НЕ — наиболее часто используемый элемент. Он состоит из логических вентилей И и НЕ, подключенных
последовательно.

Логическая схема ИЛИ.

ИЛИ — схема логического сложения. Логическая еденица на выходе, появляется в случае присутствия
высокого уровня(еденицы) на любом из входов.

Логическая схема ИЛИ — НЕ.

ИЛИ — НЕ состоит из логических элементов ИЛИ и НЕ, подключеных последовательно.
Соответственно, НЕ инвертирует значения на выходе ИЛИ.

Логическая схема исключающее ИЛИ.

Этот вентиль выдает на выходе логическую еденицу, если на одном из входов
— еденица, а на другом, ноль.
Если на входах присутствуют одинаковые значения — на выходе ноль.

Триггер Шмитта(Шмидта).

Триггер Шмитта выдает импульс правильной формы, при сигнале произвольной формы на входе.
Применяется для преобразования медленно меняющихся сигналов в импульсы, с четко очерчеными
краями.

Принцип работы триггера Шмитта

В идеальном случае передаточная характеристика триггера Шмитта имеет вид изображённый на рисунке выше. В случае если входное напряжение триггера не превышает напряжение срабатывания U₁ (U_ВХ < U₁), то триггер находится в одном из устойчивых состояний, а напряжение на выходе находится на уровне Е (U_ВЫХ = Е). Когда же напряжение на входе превысит порог срабатывания (U_BX > U₁), то триггер моментально перейдёт в другое устойчивое состояние и напряжение на выходе станет равным рабочему напряжению триггера Е₁ (U_ВЫХ = Е₁). После этого напряжение на входе может изменяться в некоторых пределах, но на выходе останется постоянным и равным рабочему напряжению Е₁.

Чтобы вернуть триггер Шмитта в исходное состояние, необходимо, чтобы напряжение на входе уменьшилось до некоторого уровня, называемого порогом отпускания триггера. Как только напряжение на входе уменьшится до некоторого уровня напряжения U₂ (U_ВХ < U₂), то триггер скачкообразно перейдёт в исходное состояние, при котором напряжение на выходе будет равным Е (U_ВЫХ = Е).

Величины напряжений пороговых уровней срабатывания и отпускания триггера полностью определяются элементами электронной схемы данного типа триггера.

Как правило, в настоящее время триггеры Шмитта изготавливаются в интегральном исполнении, параметры которого удовлетворяют в большинстве случаев. Но в некоторых случаях имеет место изготовление данного типа триггеров и в дискретном исполнении, например, в экспериментальной или высоковольтной отраслях. Давайте рассмотрим схему триггера Шмитта в дискретном исполнении на транзисторах.

Цветорегулятор

Несложный цветорегулятор можно собрать используя генератор импульсов управляемой скважности (рис. 2)

Изменяя соотношение пауза/импульс с помощью потенциометра R2 можно управлять средней силой тока, протекающего через светодиоды HL1 и HL2.

Рис. 2. Схема цветорегулятора.

Если эти светодиоды отличаются по цвету свечения, объединив их под общим светособирающим экраном, можно добиться плавного изменения цвета суммарного свечения. В качестве нагрузки можно включить лампы накаливания, получив таким образом регулятор света. Для этого придется выполнить выходные каскады на более мощных транзисторах.

Как это работает

Блок-схема генератора представлена на Рисунке 1. Генератор собран по классической схеме с использованием одного из элементов микросхемы CD4093BE, представляющей собой сборку из четырех двухвходовых элементов «И-НЕ». Отличие данной микросхемы от аналогичной по логическому функционалу микросхемы CD4011BE заключается в том, что каждый вход является триггером Шмитта, позволяющим работать с медленно изменяющимся входным сигналом.

Рисунок 1.	Блок-схема генератора с оптической ОС.

Оптическая обратная связь осуществляется с выхода генератора (точка «b») через светодиод VD2 и цифровой фотоприемник DD2, выполненный на микросхеме ТSOP4838, выход которого подсоединен к свободному входу элемента DD1. При разорванной оптической связи, например, при наличии непрозрачного препятствия между VD2 и DD2, в точке «с» присутствует логическая «1», что позволяет генератору на DD1 формировать импульсную последовательность, частота которой определяется резистором R2, а длительность положительного импульса – резистором R1.

Это состояние иллюстрируется Рисунком 2.1.

Рисунок 2.	Оптическая обратная связь: 2.1 – разомкнута, 2.2 – замкнута.

При возникновении оптической обратной связи напряжение в точке «с» уменьшается до нуля, что принудительно поддерживает высокий потенциал в точке «b». Такое состояние продолжается до тех пор, пока внутренние временные ограничения микросхемы DD2 вновь не установят на выходе логическую единицу.

Конденсатор С1 за время принудительной остановки генератора заряжается до напряжения питания и разряжается до нижнего порога триггера Шмитта существенно дольше, что объективно снижает частоту генератора. Это отражено на Рисунке 2.2.

В граничных условиях при недостаточной освещенности фотоприемника TSOP сигнал на его выходе носит случайный характер по частоте возникновения, длительности импульса и его задержке относительно фронта возбуждающего светового импульса. При приеме цифровых сигналов это приводит к ошибке принятого кода; при приеме управляющего импульса в устройствах охранной автоматики – к ошибкам срабатывания сигнализации. Эти недостатки присутствуют и в рассматриваемом генераторе. На Рисунке 3.1 представлен случай недостаточной освещенности фотоприёмника DD2. Выходной импульс в точке «с» короче возбуждающего импульса и сдвинут относительно его фронта на случайную величину.

Рисунок 3.	Выходной сигнал фотоприемника DD2: 3.1 – при недостаточной освещенности, 3.2 – при достаточной освещенности.

На Рисунке 3.2 показана осциллограмма стационарного процесса, когда освещенность фотоприемника DD2 достаточна и фронт выходного импульса сдвинут относительно фронта возбуждающего импульса на фиксированную величину, равную примерно 380 мкс. Этот факт дает возможность построения импульсного дискриминатора для фиксации факта корректной работы фотоприемника. Справедливости ради нужно отметить, что для случая, показанного на Рисунке 3.2, в эти 380 мкс входит еще время включения генератора несущей частоты, составляющее в самом худшем случае половину периода несущей частоты 38 кГц, то есть примерно 13 мкс.

Принцип работы RS-триггера

Триггер – это электронное устройство, которое предназначается для записи и хранения информации. Обычно он имеет два выхода: прямой и инверсный; и некоторое количество входов, в зависимости от выполняемой задачи. Под действием входных сигналов, изменяется состояние выходов. Напряжение на выходах изменяется резко – скачкообразно. Для изготовления триггеров обычно используютсябиполярные,униполярные транзисторы (полупроводниковые приборы).

Информация может записываться в триггеры свободно (непрерывно), то есть при подаче сигналов на вход, состояние выхода меняется в реальном времени. Такие триггеры называются асинхронными. А может информация записываться, только когда активен синхронизирующий сигнал. При отсутствии положительного уровня напряжении на нем, информация на выходах измениться не может – синхронные (тактируемые) триггеры.

RS-триггер именуется так из-за названия его входов:

		R – reset (сбросить);
		S– set (установить).

Он оснащен двумя входами, как говорилось, и двумя выходами:

		Q – прямой выход;
		– инверсный.

АсинхронныйRS-триггерможно реализовать на логических элементах двумя схемами:

		— 2 «ИЛИ-НЕ»;
		— 2 «И-НЕ».

*Синий провод – «0», красный – «1»

Рисунок 1 – Схема асинхронногоRS-триггера на логических «2ИЛИ-НЕ» элементах

Первая схема реализована на двух логических ИЛИ-НЕ, по рисунку 1 рассмотрим принцип работы приведенногоRS-триггера. В нулевой момент времени, когда ни на один вход (R и S) не подана логическая единица, прямой выходQ=0, соответственно, инверсный=1. Если на входSподать напряжение, уровень которого будет соответствовать единице, то выходQскачкообразно изменит свое значение на 1, ана 0. Это произойдет запись информации. Если убрать единицу с “Set”, тогда выходы не изменят свое состояние, останутся такими, какими были – проявление свойства памяти. При подаче положительного сигнала на вход сброса, то естьR=1, инверсный выход резко станет равен 1, а прямойQ– 0. В работеRS-триггера есть недостаток: существует запрещенная комбинация. Нельзя одновременно подавать единичные сигналы на оба входа, нормальная работа триггера в этом случае невозможна.

Рисунок 2 — Схема асинхронногоRS-триггера на логических «2И-НЕ» элементах

Вторая схема собрана с помощью двух логических элементов И-НЕ. Разница между ними заключается в том, что управление в прошлой схеме осуществлялось положительным сигналом (единицей), а в текущей активный уровень – ноль. Работают обе схемы идентично, поэтому описание принципа действия здесь не требуется.

Работу выше описанных устройств иллюстрирует временная диаграмма:

Рисунок 3 – Временная диаграмма RS-триггера

По вышеприведенному описанию работы триггера составим таблицу истинности («*» — невозможное состояние):

На схемах RS-триггер показывается как отдельное устройство, а не совокупность логических элементов, и имеет свое условное обозначение:

Рисунок 4 – Графическое обозначение асинхронногоRS-триггера

СинхронныйRS-триггер запоминает значения поданные на SилиRвход, только при наличии единицы на С (Clock) сигнале – синхронизирующий или тактовый. Он позволяет избежать переходных процессов в схемах, а если быть точнее, переходных состязаний, когда один сигнал на вход может поступить раньше другого, и схема будет работать неправильно. Именно для этого предусмотрен синхронизирующий сигнал, который позволяет «включать» триггер в нужный нам момент времени.

Принцип действия синхронного RS-триггера легко понять по размещенному выше рисунку. Пока на вход С не подана единица, из-за наличия логических блоков ИЛИ, записываться сигналы с S или R входов не будут. При наличии 1 на входе С, работа синхронного триггера от асинхронного ничем не отличается. Составим таблицу истинности, где «крестиком» показывается невозможность записи сигнала, а «*» — запрещенная комбинация:

Графическое представление синхронногоRS-триггера:

Недостаточно прав для комментирования

Триггер RS типа

Одной из простейших в цифровой электронике является схема RS-триггера на транзисторах. Внешним воздействием на вход прибора можно установить его выход в нужное устойчивое состояние. Схема устройства представляет собой каскады, выполненные на транзисторах. Вход каждого из них подключается к выходу противоположного. Два состояния определяются присутствием на выходе напряжения, а переход между ними происходит с помощью управляющих сигналов.

Работает схема следующим образом. Если в начальный момент времени VT2 будет закрыт, тогда через сопротивление R3 и коллектор будет течь ток, поддерживающий VT1 в режиме насыщения. Одновременно первый транзистор начнёт шунтировать базу VT2 и резистор R4. Режим отсечки VT2 соответствует значению логической единицы на выходе Q = 1, открытое состояние VT1 нулю, Q = 0. Амплитуда сигнала на коллекторе закрытого ключа определяется выражением: Uз = U * R3 / (R2+R3).

Для инверсии сигнала необходимо на вход R или S подать импульс. При этом если S = 1, то и Q = 1, а если R=1, то на выходе будет ноль. При значениях R1 = R2 и R3 = R4 триггер называется симметричным. Особенностью работы устройства является способность удерживать установленное состояние между импульсами R и S, что и используется для создания на нём элементов памяти.

На схемах RS-триггер обозначается в виде прямоугольника с подписанными входами S и R, а также возможными состояниями выхода. Прямой подписывается символом Q, а инверсный – Q. Информация может поступать на входы непрерывным потоком или только при появлении синхроимпульса. В первом случае устройство называют асинхронным, а во втором – синхронным (трактируемым).

Работа устройства наглядно описывается с помощью таблицы истинности.

Она наглядно показывает всевозможные комбинации, которые могут возникнуть на выходе прибора. Такая таблица составляется отдельно для триггера с прямыми входами и инверсными. В первом случае действующий сигнал равен единице, а во втором — нулю.

Реле времени

Реле времени (рис. описано в книге П. Величкова и В. Христова (Болгария). Кратковременное нажатие на кнопку SA1 разряжает времязадающий конденсатор С1 и устройство начинает «отсчет времени».

Рис. 8. Принципиальная схема реле времени на транзисторах.

В процессе заряда конденсатора напряжение на его обкладках плавно увеличивается. В итоге, через некоторое время реле сработает, и включится исполнительное устройство.

Скорость заряда конденсатора, а, следовательно, и время выдержки (время экспозиции) можно изменять потенциометром R1. Реле обеспечивает максимальное время экспозиции до 10 сек при указанных на схеме параметрах элементов. Это время может быть увеличено за счет увеличения емкости конденсатора С1, либо сопротивления потенциометра R1.

Стоит отметить, что для столь простых схем «аналоговых» таймеров стабильность временного интервала невелика. Кроме того, нельзя до бесконечности наращивать емкость времязадаю-щего конденсатора, поскольку заметно возрастает его ток утечки.

Такой конденсатор неприемлем в схемах «аналоговых» таймеров. Существенно увеличить время экспозиции за счет сопротивления потенциометра R1 также нельзя, поскольку входное сопротивление последующих каскадов, если только они не выполнены на полевых транзисторах, невелико.

Аналоговые таймеры (реле времени) широко используют при фотопечати, для задания времени выполнения каких-либо процедур. Эти устройства используются, например, для получения воды, ионизированной серебром.

RS-триггеры

Логические устройства вычислительной техники

Что же такое RS-триггеры? В моем понимании — это устройства, которые могут принимать одно из двух состояний. На основании этого можно сделать вывод, что этот логический элемент может хранить один бит информации (грубо говоря, ноль или единицу). Существуют некоторые типы данного вида RS-триггеров. Давайте рассмотрим один из них:

Асинхронный RS-триггер

Имеет два входа “R» и «S” и два выхода, как правило это “Q” и “не Q” (т.е. инверсный) . Лично я запомнил, какой элемент для чего, после того, когда узнал, что R – это “RESET” (что означает “сброс”) и “S” – это “SET” (что означает установка)

Принимая во внимание изложенную информацию можно указать, что при подаче сигнала (единица) на “S” на выходе “Q” устанавливается единица, а при подаче единицы на “R” приводит к сбросу единицы на выходе “Q” и установки на нем нуля. Рассмотрим работу на базе элементов “2ИЛИ-НЕ” и “2И-НЕ”

Для этого используем графическое изображение этих элементов.

Итак, разберем принцип работы RS-триггера на базе элементов “2ИЛИ-НЕ”. В начальном положении, когда на R и S отсутствуют сигналы (логический “0”), на выходе “Q” присутствует также “0” или “1” – это исходное состояние. Выглядит это так:

Далее подадим на “S” логическуюединицу и получим на выходе “Q” также единицу. Будет выглядеть это так.

Следующим шагом подадим логическую единицу на “R” и уже на “Q” получим “0”. Изобразим это на рисунке.

Более наглядную работу RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ можно продемонстрировать, изобразив таблицу истинности. Вот так она выглядит.

Сейчас рассмотрим работу на элементах 2И-НЕ. Выглядит она аналогично, как и на элементах 2ИЛИ-НЕ с той лишь разницей, что активным уровнем является не “1”как в предыдущем случае, а “0”. Убедимся в этом, используя рисунок и таблицу истинности.

Асинхронным триггерам свойственно такое явление как присутствие “гонок”, что это? Это не одновременное или даже не согласованное по времени поступление информации на входы. Это приводит к наложению одного сигнала на другой. Чем это вызвано? А вызвано это разным временем быстродействия элементов, через которые проходит сигнал, прежде чем попасть на входы триггера, в данном случае на “R” или “S”. Покажем это явление на диаграмме.

Чтобы избавиться от этого явления, был придуман вариант подачи синхросигнала и асинхронный триггер превратился в синхронный.

Синхронные RS–триггеры

Этот вид логического устройства отличается от рассмотренного выше тем, что у него помимо входов “R” и “S” присутствует и третий “C”, на который подаются синхроимпульсы. Без этих импульсов информация на “R” и ”S” восприниматься не будет. Схему синхронного RS–триггера и диаграмму работы изобразим графически.

Из диаграммы видно, что в данном случае срабатывание происходит по переднему фронту (но бывает и по спаду) синхроимпульса.

Передний фронт синхроимпульса – это участок прямоугольного импульса, где происходит его возрастание.

Спад синхроимпульса – это участок спада синхроимпульса.

Именно здесь сделаем небольшое отступление и укажем, что бывают триггеры динамические и статические и соответственно со статическим и динамическим управлением. Чем они отличаются? Объясним максимально просто.

Динамические триггеры – на выходах, которых присутствуют либо непрерывная последовательность импульсов определенной частоты, либо ее отсутствие. (Напоминает управляемый генератор).

Статические триггеры– на выходах которых присутствуют неизменный уровень напряжения, либо его отсутствие.

Со статическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходит только при подаче на “С” логической единицы (логического нуля).

С динамическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходят в моменты перепада сигнала на “С”(Передний фронт синхроимпульса или спад синхроимпульса).

Если логические функции входов зависят от его выходов, то целесообразно использовать более рациональную конструкцию элементов.

Явление метастабильности.

До сих пор мы предполагали, что сигнал на входе триггера может принимать только два состояния: логический ноль и логическая
единица. Однако синхроимпульс может прийти в любой момент времени, в том числе и в момент смены состояния сигнала на входе
триггера.

Если синхросигнал попадёт точно на момент перехода входным сигналом порогового уровня, то триггер на некоторое время может
попасть в неустойчивое метастабильное состояние, при котором напряжение на его выходе будет находиться между уровнем
логического нуля и логической единицы. Это может привести к нарушению правильной работы цифрового устройства.

Состояние метастабильности триггера подобно неустойчивому состоянию шарика, находящегося на вершине конического холма.
Такая ситуация иллюстрируется рисунком 1. Обычно триггер не может долго находиться в состоянии метастабильности и быстро
возвращается в одно из стабильных состояний. Время нахождения в метастабильном состоянии зависит от уровня
шумов схемы и использованной технологии изготовления микросхем.

Временные параметры триггера в момент возникновения состояния метастабильности и выхода из этого состояния приведены на
рисунке 2. Время t_SU (register setup time or t_SU) на этом рисунке это минимальное время
перед синхроимпульсом, в течение которого логический уровень сигнала должен оставаться стабильным для того, чтобы избежать
метастабильности выхода триггера. Время t_H (register hold time or t_H) это минимально необходимое время
удержания стабильного сигнала на входе триггера для того, чтобы избежать метастабильности его выхода. Время состояния
метатастабильности случайно и зависит от многих параметров. На рисунке 2 оно обозначено t_MET.

Вероятность того, что время метастабильности превысит заданную величину, экспоненциально уменьшается с
ростом времени, в течение которого выход триггера находится в метастабильном состояние.

где t — это коэффициент обратно пропорциональный коэффициенту усиления и полосе пропускания элементов,
входящих в состав триггера.

Склонность триггеров к метастабильности обычно оценивается величиной, обратной скорости отказов. Это значение выражается
как интервал времени между отказами. Его можно определить по формуле:

где t = tSU − tHfс — тактовая частота
    fd — частота с которой меняются входные данные

Для того чтобы можно было оценить эту величину, приведём таблицу для двух микросхем. Последняя строчка этой таблицы
эквивалентна времени метастабильности t_MET = 5 нс.

Таблица 3КМОП

Условия измерения	SN74ACT	SN74ABT
fc = 33МГц, fd = 8МГц	8400 лет	8.1×109 лет
fc = 40МГц, fd = 10МГц	92 дня	1400 лет
fc = 50МГц, fd = 12МГц	—	2 часа

Метастабильное состояние не всегда приводит к неправильной работе цифрового устройства. Если время ожидания устройства
после прихода импульса синхронизации достаточно велико, то триггер может успеть перейти в устойчивое состояние, и мы даже
ничего не заметим. То есть если мы будем учитывать время метастабильности tmet то метастабильность никак не скажется на
работе остальной цифровой схемы.

Если же это время будет неприемлемым для работы схемы, то можно поставить два триггера последовательно, как это показано
на рисунке 3. Это снизит вероятность возникновения метастабильного состояния.

Для сравнения приведем MBTF для новой схемы. Сравнение производится тех же самых микросхем, что и в предыдущем примере.
Время метастабильности t_MET = 5 нс для 50 МГц, t_MET = 5 нс
для 67 МГц, t_MET = 5 нс для 80 МГц.

Таблица 4.

Ждущий мультивибратор (одновибратор)

Ждущий мультивибратор в отличие от автоколебательного на выходе формирует одиночный импульс под действием входного сигнала, причём длительность выходного импульса зависит от номиналов элементов обвязки операционного усилителя. Схема ждущего мультивибратора показана ниже

Схема ждущего мультивибратора (одновибратора) на операционном усилителе.

Ждущий мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, цепи ПОС на резисторах R4R5, цепи ООС VD1C2R3 и цепи запуска C1R1VD2.

Цикл работы ждущего мультивибратора можно условно разделить на три части: ждущий режим, переход из ждущего режима в состояние выдержки и непосредственно состояние выдержки. Рассмотрим цикл работы мультивибратора подробнее.

Ждущий режим является основной и наиболее устойчивой частью цикла работы данного типа мультивибратора, так как самопроизвольно он не может перейти в следующие части цикла работы ждущего мультивибратора. В данном состоянии на выходе мультивибратора присутствует положительное напряжение насыщения ОУ (U_НАС+), которое через цепь ПОС R4R5 частично поступает на неинвертирующий вход ОУ, тем самым задавая пороговое напряжение переключения мультивибратора (U_ПП), которое определяется следующим выражением

На инвертирующем входе ОУ присутствует напряжение, которое задаётся диодом VD1 (в случае кремневого диода напряжение примерно равно 0,6 – 0,7 В), то есть меньше порога переключения мультивибратора. При данных условиях ждущий мультивибратор может находиться неограниченно долгое время (до тех пор, пока не поступит запускающий импульс).

Переход из ждущего режима в состояние выдержки, является следующей частью цикла работы ждущего мультивибратора и начинается после того, как на вход поступит импульс отрицательной полярности, амплитуда которого превысит двухкратное значение напряжения переключения ждущего мультивибратора. То есть минимальная амплитуда входного напряжения (U_{ВХ min}) должна быть равна

В этом случае напряжение порога переключения ждущего мультивибратора понизится и станет меньше, чем напряжение падения на диоде VD1. Далее произойдёт лавинообразный процесс переключения выходного напряжения и на выходе установится напряжение отрицательного насыщение ОУ (U_НАС-) и ждущий мультивибратор перейдёт в состояние выдержки. При выборе номиналов элементов входной цепи C1 и R1 надо исходить из того, что конденсатор С1 должен полностью разрядиться за время действия входного импульса, то есть постоянная времени цепи C1R1 должна быть на порядок (в десять раз) меньше длительности входного импульса.

Заключительная часть цикла работы ждущего мультивибратора является состояние выдержки. В данном состоянии на неинвертирующий вход поступает часть напряжения с выхода мультивибратора, тем самым задавая пороговое напряжение перехода мультивибратора в ждущий режим. В тоже время выходное напряжение через цепь ООС C1R1 поступает на инвертирующий вход и открывает диод VD1, через который начинает разряжаться конденсатор С1. После разряда конденсатора С1 до 0 В происходит его зарядка через резистор R1 до напряжения перехода мультивибратора в ждущий режим. После чего схема переходит в исходное состояние и на выходе устанавливается напряжение положительного насыщения ОУ (U_НАС+). Длительность состояния выдержки и непосредственно формируемого выходного импульса определяется временем зарядка конденсатора С1 через резистор R1 и в общем случае определяется следующим выражением

Так как ждущий мультивибратор имеет только одно устойчивое состояние, то за ним закрепилось название одновибратора.

Для того чтобы одновибратор вырабатывал положительные импульсы при положительных управляющих входных сигналах необходимо изменить полярность включения диодов VD1 и VD2.

Применение

Невероятно низкая цена, доступность и простота реализации функционально сложных и в тоже время тривиальных электронных схем на ее основе, без глубоких познаний в области электроники, сделали её самой любимой игрушкой большинства начинающих радиолюбителей. Она является сердцем самых разнообразных и очень популярных конструкций, в том числе сделанных своими руками.

По инструкции в непродолжительном видео Вы можете собрать некоторые из схем на NE555: простого и более совершенного металлоискателя пират, ШИМ-регулятора, повышающего DC-преобразователя и измерителя индуктивности и емкости на триггере Шмитта.

Триггер на логических элементах

Собсна гря про триггеры (в том числе и триггеры на транзисторах) уже вкратце было рассказано в отдельной статье, здесь-же немного по-подробнее и о том как сделать триггер из «подручных» базовых элементов.

Итак:

Триггер — это устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия. Триггер еще можно назвать устройством с обратными связями. На рисунке изображена схема триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ.

Такая схема называется асинхронным RS-триггером. Первый (сверху) выход называется прямым, второй — инверсным. Если на оба входа (R и S) подать лог. нули, то состояние выходов определить невозможно. Триггер установится как ему заблагорассудится, т. е. в произвольное состояние. Допустим, на выходе Q присутствует лог. 1, тогда на выходе не Q (Q с инверсией) обязательно будет лог. 0. И наоборот. Чтобы установить триггер в нулевое состояние (когда на прямом выходе лог. 0, на инверсном — лог. 1) достаточно на вход R подать напряжение высокого уровня. Если высокий уровень подать на вход S, то это переведет его в состояние 1, или как говорят, в единичное состояние (на прямом выходе лог. 1, на инверсном — лог. 0). И в том, и в другом случаях напряжение соответствующего уровня может быть очень коротким импульсом — на грани физического быстродействия микросхемы. То есть, триггер обладает двумя устойчивыми состояниями, причем эти состояния зависят от ранее воздействующих сигналов, что позволяет сделать следующий вывод -триггер является простейшим элементом памяти. Буквы R и S по-буржуйски set — установка, reset — сброс (предустановка). На рис. 2 RS-триггер показан в «микросхемном исполнении».

RS-триггер можно соорудить и на элементах И-НЕ, как показано на рисунке 3. Такая конструкция встречается тоже довольно часто:

Принцип работы такой же, как у триггера на элементах ИЛИ-НЕ, за исключением инверсии управляющих сигналов, т. е. установка и сброс триггера производится не лог. 1, а лог. 0. Другими словами, входы такого триггера инверсные. В описанных триггерах изменение состояния происходит сразу после изменения состояния на входах R и S. Поэтому такие триггеры называются асинхронными.

Если схему асинхронного триггера немного дополнить, то получим вот такое:

В таком триггере вводится дополнительный вход С, называемый тактовым или синхронизирующим. Изменение состояний триггера происходит при подаче сигналов лог. 1 на входы R и S и последующим воздействием на вход С тактового (синхронизирующего) импульса. Если на тактовый вход импульс не воздействует, то состояние триггера не изменится. Другими словами, изменение состояния триггера происходит под действием синхроимпульса, поэтому такие триггеры называются синхронными.

Расположение и назначение выводов

1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.