7. GENERÁTORY PRAVOÚHLÝCH KMITŮ A PULSŮ
4V
G
A
& 1
Generátory pravoúhlých kmitů s logickými členy
1
3
B
A
1
2
3
22
C2
1
C1
20
4V
T
B
1
2
0
3
R2
C2
100 µs
80
3
1
B
60
t
2
2 C1
R1
40
-1
A
&
1
0
R2
3
74ALS04
G
R1
R = 470 Ω C = 10 nF
4V
1
R = 1k5 C = 20 nF
74ALS00
2
4
8 µs
6
1
t
4V
0 20
3
40
60
T ≈ RC
100 µs
80
t
B
T1 = R2C2 ln (uA0/Ur) = R2C2 ln (4,5/1,5) = R2C2 ln 3 ≈1,1 R2C2
2 1 0 2
4
T2 ≈ 1,1 R1C1
8 µs
6
T = T1 + T2 ≈ 1,1.(R1C1 + R2C2)
t
4V
uA
G
R = 4,7 kΩ C = 10 nF
3
74ALS00 1
1
C1
2 +
A
3
&
&
B
1
V
2
R 470
C
C R 470
1 6
0 2
10 µs
8
4
t
C2
T ≈ 2 RC
74ALS00
G
1
1
1
R2 <5K
1
2 1
2
74HCT02
74ALS04
1
4V
R1 <5K
uB
T
3 2
4V
1
3
uA
0 2
4
6
4V
R = 470Ω C = 20 nF 3
uV
uB 2
2
1
1
3 2
10 µs
8
t
0 5
10
15
0 5
t
-1
1
0
20 µs
10
15
20 µs
5
t
10
15
20 µs
t
T
1
4049
Generátory pravoúhlých kmitů se střídou 1:1
1/2 4001
1
OUT
1
1
G
1
4013 R2 1M
R1 47k
C 10n
R2
4049 (4001, 4011)
R1
1
uC R1
T 1 ≈ CR1 ⋅ ln
uB
T 2 ≈ CR1 ⋅ ln
2UDD − UR = k 2 ⋅ CR1 UDD − UR
UDD
0
t
f =
R2
TE
Q
Q
C
_ Q
R S
C
UDD + UR = k 1 ⋅ CR1 UR
uA
uC
D
1
• multivibrátor s dvojnásobně větším kmitočtem 2f • přesná dělička kmitočtu číslem 2
1 1 ≈ T CR1 ⋅ (k 1 + k 2 )
Jednoduchý AM vysílač
Řízení kmitočtu a nastavení střídy kmitů
UDD
A _ Q
4011 &
&
B
R1 100k
4001
R1
C
T1
T2
D1
R2
D2
AM nosný kmitocet 1.700MHz
450Hz 1
1
1
1
2
R2 270k
R3 100k
1
3
Q
A R 10k ... 5M
2 x 1N4148
C1 10n
4
R4 10k
C12 82p
R5 3k3
B
Zdroj pomocného napětí UDD + 0,7V T 1 ≈ CR ⋅ ln = k 1 ⋅ CR UR
4049
4049
UDD + 0,7V T 2 ≈ CR ⋅ ln = k 2 ⋅ CR UDD − UR
UDD (6 ... 15V) 10V D1
1
1
1 1
C2
1 R1 100k
C1 407p
10µ
Uvýst ~ 2UDD
+ D2
+
C3 10µ
1 2 x 1N4148
2
Spouštěný generátor pravoúhlých kmitů
Měřič kapacity 200 pF až 2 µF
107 Hz
74ALS03 &
&
ST
STOP
1 2 1
4001
1 3
5 6 2
1
C2 470p 4
R3 1M R1 270k
R2 100k
R4 10M
C1 3n3
8 9 3
12
1 10
CX
R5 27k
1 11
13 4
R6 470k
P
R7 47k
A
&
ST
105
B
f
104
R
+ µA
uC
+ C3 200µ
100µA
f(C)
103
C (100k)
R = 330Ω
106
74ALS132
102 10 1
STOP
STOP
100p
STOP
L
t
x1
x0.01
x0.1
VYP
x0.001
UDD = 10V
START
H
uC
2
UN
1
UD
A
10n
START
100n
1µ
10µ
C
100µ
t A tBHL
2
UN
1
UD
0
L
t
H L
t
t B
H L
H L
t
Generátory pravoúhlých kmitů a pulsů s monostabilními KO
STOP & A1
S
Q1
Q
B
H
S
Q
B C1
+5V
& A1
R
C
R3 1
Nastavení kmitočtu
+5V
R
hodnotu korekčního činitele k a odporu RT, lze pro konkrétní návrh zjistit z katalogového listu:
Nastavení střídy
STOP
~ 20ns
t
RT = 260kΩ 160kΩ
100 µF
1 µF
H
80kΩ 40kΩ 20kΩ 10kΩ 5kΩ
L
CR
Q2 R2
H
T1
t
10 µs
0.1
tW
C
L +5V
+5V
T ≈ TMKO1 ≈ kR1C1
Q1
C 2
R1
START
L
__ Q2 C2
R4
CR
Q2
t
Generátory pravoúhlých kmitů a pulsů s MKO ..123
74ALS123 STOP
1mF
STOP
t
H
B
1n
L
uC
0
Us = UDD.Ti/Tp = UDD.Ti.fp ≈ UDD. CX.0,7.Rp.fp = kp.CX
H
T2
Ti ≈ TMKO2 ≈ kR2C2 musí platit Ti < T
t
0.01
1 µs
0.001
100 ns
0.0001 0.20
10 ns 0.30
0.40
1
0.50 K
10
100
1000 pF
C
• korekční činitel například k = 0,32 pro C1 = 1 µs až k = 0,5 pro C1 = 100 pF • signál STOP umožňuje zastavit (STOP = H) nebo rozběhnout (STOP = L) proces generování kmitů
3
Generátory pravoúhlých kmitů a pulsů s časovačem 555
Generátory pravoúhlých kmitů a pulsů s MKO ..121
uC
+UB R1
74LS121
Q1
START
H
START
Q 10µ
B
S Q
Q2
B C3 + C1
1
CR
C2
Q2
C
Nastavení šířky mezery
R1 +5V
R3 7k
t
un(t)
5
RF
2
I1
4
R
1
ST
3
>
U1
uv(t)
0
t
Q
Q
7
H
L
H
C
uC
T1
t
T1
H
uC
5V 4 3
L
CR
2
+5V
Nastavení šířky impulsu (T1)
C3
I2
L
R3
C
STOP
L
Q1
6
100n
STOP & A1 A2
S
R3 → ∞
2
NE 555
R2
& A1 A2
R1 = 2 R2
4 3
74LS121
OUT
5V
t
T2
R2
U1 ≈ UB/3 a U2 ≈ 2.UB/3
t
T2
R1 = R2 R3 = 7kΩ U2
2 1
+5V
0
Q
U1
t
H
L T1
t
T2
Generátory pravoúhlých kmitů a pulsů řízené napětím nebo proudem LF 156 R1 5k6
74LS123
R1 10k
BC 556 R5 1k
R2 4k7 R4 1k
2 x 1N4148
C2 10n
+
T1
& A1
R3 2k7
R5
+5V S
& A1
Q
B
+5V
NE 555
+12V
+5V
R3 2k7
uř 0 až 6V
S
D2
C1 R
C
pro C1 = C2 = 100 nF
CR
uř
D1 +5V
C2 R
R4 5k6
Q
B
1
f(uř)
R2 2k7
10k
6
I2
5
RF
2
I1
4
R
ST
>
3
7 uvýst
-12V C1 22n
uC
C CR
a uř = 0 až 6 V je téměř lineární: f = 6 až 1 kHz
• uř → iř pro nabíjení integračního kapacitoru C1 • lineární změna uC(uř) • f ≈ 4200.uř
4
Generátor řízený napětím s obvodem 74S124 generátor pravoúhlých kmitů řízený napětím: lze využít i převodníky napětí na kmitočet, které jsou součástí monolitických obvodů pro vytváření smyček fázového závěsu (PPL) - CMOS 4046
1.2 1.1
1 MHz
1/2 74S124
UF = 1 ... 5V UFC U/F URNG = 1 ... 5V URN
Y
fOUT = 1Hz ... 85Hz
CX1 C OV CX2
UCC2
OG LV
EN
LG
UF = URNG = 2 V
UCC1
speciální monolitické generátory pravoúhlých kmitů, jejichž kmitočet je řízen napětím, jako je např. integrovaný obvod 74S124, obsahující v jednom pouzdru dvojici takových generátorů
1.0 URNG = 2 V
fOUT/fB
fB
0.9 3V 0.8
1 kHz
3.5 V 0.7 4V 0.6
1 Hz
4.5 V
0.5
pro UCC1 = UCC2 = 5 V a UF = URNG = 2 V bude výstupní kmitočet fOUT ≈ 5.10-4/C
1 pF
1 µF
1 nF
1 mF
0
1
2
3
4
5V
UF
C
0,12 Hz až do 85 MHz
Další generátory řízené napětím nebo proudem
Oscilátory řízené krystalem • vyšší nároky na přesnost a zejména na stabilitu kmitočtu pravoúhlých (i harmonických) kmitů, • prvkem, který zlepšuje přesnost a stabilitu kmitočtu, je piezoelektrický rezonanční prvek s křemenným výbrusem, • generátory řízené krystalovým rezonátorem můžeme pro účely digitální techniky konstruovat buď s použitím digitálních integrovaných obvodů (zejména pro kmitočtovou oblast f > 1 MHz) nebo i s použitím tranzistorů (obvykle pro f < 1 MHz) 74HCT04
74ALS04
1
1
1 R1 470R - 1k
f ≥ 1 MHz
1
2 C1 10n
3
1
L 10 mH
470R - 1k
C3
680p pro 1 MHz 330p 2 MHz 120p 5 MHz
f < 1 MHz
1
2 C1
R2
C2 33p
1
1
100n
C2 33p
3 R2 1k
C3
680p pro 1 MHz 1.2n 500 kHz 3.3n 200 kHz
5
1
1
2
R1
____ OSC
fC
3
U/F
URN
Y
CX2
+5V
C 33p
OG
EN
0.1...1 MHz
1 C2
4 MHz C3 100p
C1 5...50p
F'
12 10
CR =
např. 4011
&
R2 2k2
15
5
1
1M
F
LG
R1 10M
4011
7
2 TK2 14 XT1
K
LV
R1
C4 25p
1/2 74LS320 1 TK1 OSC
CX1 OV
1k2
L
fOUT C
CP
R2
1k2
10 MHz
+5V UFC
1
1
Oscilátor řízený krystalem s obvodem 74LS320
1/2 74S124
74HCT04
&
OUT
XT2
FFD
FFQ
9 4
1
L ⋅ (2π ⋅ fK )
2
bude-li krystal používán na vyšších harmonických, vypočítá se rezonanční indukčnost ze vztahu L = 65/fK
2 START
22...56p
Příklad – nápojový automat
V nápojovém automatu jsou umístěny 3 nádoby, obsahující vodu, malinový sirup a citrónový sirup. 3 tlačítka, označená v, m a c ovládají elektromagnety V, M a C a umožňují tak, aby si zákazník vybral čistou vodu, malinovou limonádu nebo citrónovou limonádu. Vodu je možno z reklamních důvodů získat zadarmo, limonádu vydá automat po vhození mince p. Stiskem kteréhokoliv z tlačítek v, m nebo c nebo vhozením mince p se zahájí časově omezený rozhodovací proces. Jestliže tento proces je ukončen dříve, než zákazník učinil platnou volbu, vhozená mince vypadne zpět (funkce P – návrat mince) Mince se vrátí též v případě nesprávné obsluhy. a) Napište logické výrazy pro řízení elektromagnetických ventilů V, M a C a funkci P návratu mince v závislosti na nezávisle proměnných v, m, c a p. Neberte při této analýze v úvahu zpoždění rozhodovacího procesu. b) Zjednodušte logické funkce. c) Nakreslete schéma obvodu, který tyto funkce realizuje.
6
