Электроника:Цифровая электроника/Мультивибраторы/Моностабильные мультивибраторы

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Моностабильные мультивибраторы[1]

Мы уже рассмотрели один пример использования моностабильного мультивибратора: детектор импульсов, используемый в схемах триггеров, позволяющий частично активировать защёлку на короткое время, пока входной тактовый сигнал переходит либо от «низкого» к «высокому», либо от «высокого» к «низкому».

Детектор импульсов можно классифицировать как моностабильный мультивибратор, поскольку имеет только одно устойчивое состояние. Под «стабильным» я подразумеваю состояние выхода, в котором может зафиксироваться устройство и в дальнейшем удерживаться без внешних воздействий.

Защёлка или триггер, будучи бистабильными устройствами, могут находиться в состоянии «Установка» или «Сброс» в течение неопределённого периода времени. После установки/сброса устройство будет зафиксировано в этом состоянии, пока его не изменит внешний сигнал на входе.

С другой стороны, моностабильное устройство способно сколь угодно долго удерживать только одно конкретное состояние. Его другое состояние может удерживаться только на мгновение при срабатывании от входного сигнала извне.

Механическим аналогом моностабильного устройства является кнопочный переключатель с контактом немедленного действия, в котором пружина возвращается в своё нормальное (стабильное) положение, после того как кнопка переключателя больше не нажата.

Аналогично стандартный настенный (тумблерный) переключатель, используемый для включения/выключения света в доме, является бистабильным устройством. Его можно зафиксировать в одном из двух режимов: «Вкл.» или «Выкл.».

Все моностабильные мультивибраторы являются устройствами с синхронизацией. То есть их нестабильное выходное состояние будет сохраняется только в течение определённого минимального периода времени, после чего происходит возвращение в стабильное состояние.

В полупроводниковых моностабильных схемах эта временна́я операция возврата обычно выполняется за счёт использования резисторов и конденсаторов, использующих экспоненциальную скорость зарядки RC-цепей.

Компаратор часто используется для сравнения напряжения на заряжающемся (или разряжающемся) конденсаторе с постоянным опорным напряжением, а выходной сигнал включения/выключения компаратора используется для генерации логического сигнала.

В лестничной логике временны́е задержки достигаются с помощью реле с задержкой времени, которые могут быть построены с использованием полупроводниковых RC-цепей, подобных только что упомянутым, или механических устройств задержки, которые препятствуют непосредственному движению якоря реле.

Обратите внимание на конструкцию и работу схемы детектора импульсов в лестничной логике:

Рис. 1. Независимо от того, насколько долгим будет «высокий» входной сигнал, выходной сигнал будет «высоким» только 1 секунду.
Рис. 1. Независимо от того, насколько долгим будет «высокий» входной сигнал, выходной сигнал будет «высоким» только 1 секунду.

Независимо от того, как долго входной сигнал остаётся «высоким» (равным 1), выходной сигнал остаётся «высоким» только в течение 1 секунды, а затем возвращается в нормальное (стабильное) «низкое» состояние.

Для некоторых приложений необходимо иметь моностабильное устройство, которое выдаёт более продолжительный импульс, чем входной импульс запуска.

Рассмотрим такую схему релейной логики:

Рис. 2. Независимо от того, насколько кратким будет «высокий» входной сигнал, выходной сигнал будет «высоким» аж 10 секунд.
Рис. 2. Независимо от того, насколько кратким будет «высокий» входной сигнал, выходной сигнал будет «высоким» аж 10 секунд.

При замыкании входного контакта немедленно замыкается контакт TD1 и остаётся замкнутым в течение 10 секунд после размыкания входного контакта. Независимо от того, насколько кратковременным является входной импульс, выход остаётся «высоким» (1) в течение ровно 10 секунд после того, как вход снова станет «низким».

Такой моностабильный мультивибратор называется одновибратором (ещё в ходу название ждущий мультивибратор). В частности, однократный повторный запуск перезапускает отсчёт времени, который начинается после того, как очередной входной сигнал падает до «низкого» состояния. Сие означает, что несколько входных импульсов с интервалом 10 секунд будут поддерживать непрерывный «высокий» выходной сигнал:

Рис. 3. Однократный импульс перезапускает приложение.
Рис. 3. Однократный импульс перезапускает приложение.

Одним из применений перезапуска с каждой попытки является механическое контактное средство однократного подавления дребезга. Как видно из приведённой выше временно́й диаграммы, выходной сигнал останется «высоким», несмотря на «отскок» входного сигнала от механического переключателя.

Конечно, в реальной схеме устройства подавления дребезга контактов вы, вероятно, захотите использовать временну́ю задержку, которая будет гораздо короче, чем 10 секунд, так как вам нужно «устранить дребезг» только импульсов в миллисекундном диапазоне.

Рис. 4. Мгновенное срабатывание переключателя, перезапускаемого каждый раз.
Рис. 4. Мгновенное срабатывание переключателя, перезапускаемого каждый раз.

А что, если нам нужен только 10-секундный синхронизированный импульс на выходе из логической схемы реле, независимо от того, сколько входных импульсов мы получили или невзирая на то, насколько они могут быть долговременными? В этом случае нам пришлось бы объединить схему детектора импульсов с перезапускаемой схемой однократной временной задержки, например:

Рис. 5. Цепь детектора импульсов, лестничная логическая схема.
Рис. 5. Цепь детектора импульсов, лестничная логическая схема.

Реле задержки времени TD1 подаёт импульс «Вкл.» на катушку реле задержки времени TD2 на сколь угодно малый период времени (в данной схеме не менее 0,5 секунды при каждом срабатывании входного контакта). Как только на TD2 подаётся питание, последовательно с ним нормально замкнутый (по времени) контакт TD2 предотвращает повторное включение катушки TD2 до тех пор, пока не истечёт положенное время (в данном случае 10 секунд).

Это эффективно делает его невосприимчивым к дальнейшим срабатываниям входного переключателя в течение этого 10-секундного периода.

Только по истечении этого времени последовательно с ним нормально замкнутый (на определённое время) контакт TD2 позволяет снова подать питание на катушку TD2. Этот тип однократного действия называется однократным действием без перезапуска.

Одновибрационные мультивибраторы (как с перезапуском, так и без оного) находят широкое применение в промышленности. Благодаря им возможно срабатывание сигналов тревоги и управление машинными линиями, где импульсный входной сигнал создаёт выходной сигнал, длящийся строго заданное время.

Итог

  • Моностабильный мультивибратор имеет только одно стабильное выходное состояние. Другое состояние выхода может поддерживаться лишь некоторое время.
  • Моностабильные мультивибраторы, иногда называемые одновибраторами, бывают двух основных разновидностей: с перезапуском и без перезапуска.
  • Схемы «однократного запуска» с очень коротким временем настройки могут использоваться для устранения дребезга «грязных» сигналов, создаваемых контактами механического переключателя.

См.также

Внешние ссылки