Generatory impulsowe przerzutniki

Transkrypt

1 Generatory impulsowe przerzutniki Wrocław 009 przerzutnik bistabilny: charakteryzuje się dwoma stanami stabilnymi, w których może pozostawać nieskończenie długo. Przejście pomiędzy stanami następuje pod wpływem impulsu zewnętrznego. przerzutnik monostabilny (uniwibrator): charakteryzuje się jednym stanem stabilnym. Drugi stan trwa tylko przez określony czas, zależny od wartości elementów układu. Po upływie tego stanu samoczynnie wraca do stanu stabilnego. Przejście układu do stanu quasi-stabilnego inicjowane sygnałem zewnętrznym. przerzutnik astabilny (multiwibrator): nie ma stanu stabilnego lecz dwa stany quasi-stabilne. Stale zmienia swój stan pod wpływem pobudzenia zewnętrznego. Okresowe samoczynne przechodzenie z jednego stanu w drugi wyznaczają czasy przeładowania elementów reaktancyjnych.

2 Każdy z można zrealizować w podstawowej strukturze dobierając odpowiednie człony sprzęgające (rezystory lub kondensatory) Przerzutnik Człon S Człon S Bistabilny (przerzutnik Schmitta) R R Monostabilny (uniwibrator) R C Astabilny (multiwibrator) C C Przerzutnik bistabilny - symetryczny Na S podajemy dodatnie napięcie: T przewodzi, maleje U C, maleje I B, U C rośnie, wzrasta I B płynący przez R. Stan ustalony, gdy U C spadnie do wartości U CEsat (T zatkany a T przez płynący I B utrzymany w stanie przewodzenia). Odłączenie napięcia z S niczego nie zmienia (stan ustalony). Stan poprzedni przez podanie napięcia na R Gdy R = S = H oba tranzystory nasycone, po zaniku napięcia jeden przewodzi, drugi zatkany ale nie wiadomo który. Stan logicznie zabroniony!!

3 Przerzutnik bistabilny Schmitta Inicjacja przeskoku poprzez zmianę określonej wartości U WE. Przerzutnik bistabilny Schmitta Przetwornik sinusa na prostokąt Gdy U WE przekroczy U PH (górny próg przełączania) to U WY skacze do U WYmax (górna granica wysterowania). Gdy U WE spada poniżej U PL (dolny próg przełączania) o U WY powraca do U WYmin (dolna granica). Szerokość pętli histerezy jest to różnica napięć pomiędzy poziomem wł. a wył. Histereza tym mniejsza im mniejsza różnica pomiędzy U WYmax a U WYmin lub im większe tłumienie wprowadzane przez dzielnik R, R. Zmniejszając histerezę osłabiamy +SZ co prowadzi do tego, że układ przestaje być bistabilny (dla Zwykły wzmacniacz dwustopniowy). R 3

4 Przerzutnik monostabilny W stanie ustalonym T przewodzi a T zatkany. Dodatni impuls U WE powoduje przejście T do stanu przewodzenia. Wskutek tego U C skokowo od wartości U CC zmienia się do 0. Skok ten przeniesiony zostaje przez RC na bazę T. U B zmienia się od 0,6V do U CC + 0,6V U CC i T zostaje zatkany. R w SZ podtrzymuje przewodzenie T nawet po powrocie U WE do 0. C ładuje się przez R T jest zatkany, aż U B wzrośnie do 0,6V. Nastąpi to po czasie Po tym czasie T znowu zaczyna przewodzić (stan stabilny).. U B ( t) U CC e RC t T RC ln 0, 7RC Przerzutnik monostabilny Układ wraca do stanu stabilnego nawet, gdy czas trwania impulsu U WE jest dłuższy od T (T przewodzi do chwili zaniku U WE i +SZ nie działa. Po procesie przełączania C musi naładować się przez R C. Jeśli nie zdąży całkowicie się naładować do chwili nowego impulsu U WE, czas trwania następnego impulsu ulega skróceniu. Jeżeli efekt ten ma być mniejszy niż %, T musi być zatkany co najmniej przez T = 5R C C 4

5 Przerzutnik astabilny t = R ln t = RC ln C W czasie t zablokowany jest tranzystor T a w t T. Stan układu zmienia się zawsze, gdy zaczyna przewodzić dotychczas zatkany tranzystor. Układ trudny w realizacji (warunki na odpowiedni dobór R, problemy ze wzbudzaniem układu) nie stosuje się w praktyce. 5

6 Przerzutnik astabilny Multiwibrator tego typu znajduje bardzo szerokie zastosowanie w praktyce. Stosowany jest głównie w układach z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego (PLL). Jako układ generacyjny przestrajany w dużym zakresie wolnozmiennym napięciem sterującym (generatory VCO voltage controlled oscilator). z bramkami logicznymi Bistabilny RS (NAND) 6

7 z bramkami logicznymi Bistabilny Schmitta (NAND) Wartości napięć przełączania zależą od wartości R i R z bramkami logicznymi Monostabilny (NAND) W stanie stabilnym B jest wyłączona (niski poziom dzięki R ok Ω) a B włączona. Podanie stanu niskiego na WE przełącza układ w stan niestabilny, który jest podtrzymywany przez SZ tak długo dopóki napięcie na C jest wyższe niż napięcie progowe bramki (,4V dla TTL) t p RC 7

8 z bramkami logicznymi Astabilny (NAND) f = t + t = R C + R C zalecane R = R kω Zmianę f oraz współczynnika wypełnienia uzyskuje się przez zmianę C, C z WO Bistabilny Schmitta U I U O min R = R + R U I U Omax R = R + R 8

9 z WO Astabilny R, R 3 stanowią +SZ o współczynniku sprzężenia, który ustala na WE- napięcie βu 0 : R3 β = R R + R3, C tworzą integrator +SZ. Działanie układu polega na okresowej zmianie stanu nasycenia wzmacniacza (od U sat do +U sat ) T = R C ln + β β Jeżeli R 3 0,9 R czyli β 0,47 to: f = R C z WO Monostabilny D ogranicza od góry U C do 0,7V dzięki czemu otrzymujemy stan stabilny U 0 =+U sat a U + =βu sat. Jeśli na U I damy ujemny impuls o ampl. βu sat to U + =-βu sat i ukł. przejdzie w stan niestabilny (U 0 =-U sat ). Czas trwania stanu zależy od naładowania C do -βu sat (powrót do stab.stanu). t p = R C ln β Jeżeli R 3,7 R czyli β 0,63 to: t p = R C 9

10 z WO Monostabilny Gdy odwrócimy D D otrzymamy odwrotną polaryzuję. C, R 4, D tworzą obwód kształtujący impuls wyzwalający. z układem Uniwersalny i szeroko stosowany układ regeneracyjnego formowania impulsów układ scalony 555. Układ opracowany przez firmę Signetics produkowany w kilku odmianach przez wiele firm. Układ 555 charakteryzuje się: małą wrażliwością na zmiany napięcia zasilającego, dużą stałością temperaturową, generowania impulsów o czasie trwania od mikrosekund do kilku minut, możliwością regulowania wypełnienia impulsów przy pracy astabilnej, małym poborem prądu, duża obciążalnością (do 00mA), dużą odpornością na zakłócenia. Stosując układ 555 można zrealizować: przerzutnik monostabilny, przerzutnik astabilny, dyskryminator szerokości impulsów, analogowy dzielnik częstotliwości, modulator szerokości impulsów, przetwornik napięcie częstotliwość. 0

11 z układem budowa przerzutnik RS, dzielnik napięciowy, dwa komparatory, tranzystor rozładowujący, bramka separująca wyjście z układem 555 Monostabilny W stanie stabilnym C jest rozładowany przez tranzystor T w układzie 555. Po podaniu krótkiego, ujemnego impulsu wyzwalającego, przerzutnik RS zmienia stan, na WY pojawia się wysoki poziom napięcia (H) i tranzystor T zostaje odcięty. C zaczyna się ładować ze stałą czasową RC. Gdy napięcie na C przekroczy /3U CC na wyj z K pojawia się stan wysoki napięcia (H) i przerzutnik RS zostaje wyzerowany. Czas trwania impulsu WY: T =, R C T nasyca się, C rozładowuje, układ powraca do stanu stabilnego.

12 z układem 555 Astabilny WE wyzwalania i progowe połączone ze sobą. C ładuje się prądem z R A i R B, rozładowuje przez prąd z R B i tranzystor T z układu 555. Samoczynnie układ przełącza się w chwili przekroczenia przez napięcie u C poziomu /3 U CC przy ładowaniu C i /3 U CC przy rozładowaniu C Częstotliwość drgań: f = = T 0,693( R + R )C A B Współczynnik wypełnienia impulsów WY: D t RB = T R + R = A B Modulacja Przekształcenie sygnału informacyjnego do postaci dogodnej do transmisji w kanale telekomunikacyjnym Polega na zmianie, któregoś z parametrów fali nośnej (amplitudy, częstotliwości, fazy.) W odbiorniku zmiany te są odtwarzane w celu odzyskania informacji.

13 Modulacja Modulacja Modulacja amplitudy AM (Amplitude Modulation) wielkość amplitudy przebiegu fali nośnej ulga zmianom zgodnie ze zmianami wartości amplitudy sygnału wejściowego. Modulacja częstotliwości FM (Frequency Modulation) wartość częstotliwości ulga zmianom zgodnie ze zmianami wartości amplitudy sygnału wejściowego. Modulacja fazy PM (Phase Modulation) - polega na zmianie fazy sygnału nośnego zgodnie ze zmianami wartości amplitudy sygnału wejściowego np. sygnału cyfrowego. 3

14 Modulacja Modulacja 4

15 Modulacja 5