background image

U

Uk

kłła

ad

dy

y c

cy

yffr

ro

ow

we

e

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97

32

Umiesz  już  dowolnie  opóźniać  oraz

skracać impulsy.

Nieprzypadkowo  zachęcałem  cię  do

zaprzyjaźnienia  się  z „kostkami  Schmit−
ta”.  Przy  czasach  opóźnienia  większych
niż  kilka  mikrosekund,  koniecznie  trzeba
stosować takie właśnie bramki. Stosując
te  bramki  i kondensatory  elektrolityczne
możesz uzyskać bardzo długie czasy, na−
wet  rzędu  minut.  W układach  z rysun−
ków  45...47  możesz  stosować  konden−
satory  elektrolityczne  o dowolnie  dużej
pojemności,  bylebyś  tylko  zachował  ich
właściwą  biegunowość.  Ale  tu  czeka  na
ciebie  pewna  pułapka:  jeśli  w twoim
układzie  aluminiowe  kondensatory  elek−
trolityczne  cały  czas  będą  pozostawać
bez  napięcia,  to  na  pewno  rozformują
się,  wzrośnie  ich  prąd  upływu  i w kon−
sekwencji  układ  na  pewno  nie  będzie
pracował. Nie znaczy to, że zwykłe elek−
trolity  się  nie  nadają  do  układów  czaso−
wych  –  nadają  się.  Jeśli  jednak  chcesz
zastosować  aluminiowe  elektrolity,  to
musisz włączyć je tak, aby w stanie spo−
czynku  były  pod  napięciem  –  na  rry

ys

su

un

n−

k

ku

u 4

48

8 zobaczysz różne możliwości. Wer−

sje 48a i b, oraz 48c i d a także 48e i f są
równoważne – o tym którą z nich wybrać
zadecydują  stany,  jakie  w stanie  spo−
czynku  (lub  też  przez  większość  czasu)
występują na wyjściu pierwszej bramki.

Ze  względu  na  wzrost  prądu  upływu

aluminiowych  elektrolitów,  przechowy−
wanych  bez  napięcia,  NIGDY  nie  stosuj
ich w układach, które będą włączane tyl−
ko  dorywczo.  To  częsty  błąd  popełniany
nie  tylko  przez  początkujących.  Wi−
działem  już  kilka  układów  alarmowych,
montowanych  przez  „profesjonalistów”,
gdzie zwykłe elektrolity w obwodach cza−
sowych  wręcz  latami  były  pozostawione

bez  napięcia.  Oczywiście  wtedy,  gdy
alarm  wreszcie  powinien  zadziałać,  nie
zadziała właśnie przez takie elektrolity.

Pamiętaj o tym, to bardzo ważne!
Jeśli obawiasz się zastosowania alumi−

niowych elektrolitów, zastosuj kondensa−
tory  tantalowe;  mają  one  zdecydowanie
mniejszy prąd upływu i się nie rozformo−
wują. Innym rozwiązaniem będzie wyko−
rzystanie  kondensatora  stałego  (foliowe−
go  MKT,  MKSE)  o pojemności  1...2,2µF
i tranzystora.  Dwa  przykładowe  układy
znajdziesz  na  rry

ys

su

un

nk

ku

u  4

49

9.  Czas  opóźnie−

nia  lub  czas  impulsu  zwiększy  się  mniej
więcej tyle razy, ile wynosi wzmocnienie
prądowe  tranzystora,  czyli  kilkadziesiąt
do  kilkuset  razy.  Dioda  służy  do  rozłado−
wania  kondensatora  po  przyjściu  drugie−
go,  nieaktywnego  zbocza  przebiegu.  Ale
i tu tkwi pewna pułapka: Długi czas uzys−
kuje się kosztem radykalnego zmniejsze−
nia  prądu  ładowania  niewielkiego  kon−
densatora.  Prąd  ten  jest  rzędu  nanoam−
perów. Takiego rzędu prądy upływu mogą
też płynąć po powierzchni brudnej płytki,
która kilka lat będzie pracować w zakurzo−
nym  i zawilgoconym  otoczeniu.  Dlatego
stosując sposób z rysunku 49 koniecznie
trzeba polakierować płytkę dobrym lakie−
rem izolacyjnym.

Szczerze  mówiąc,  dla  układów,  które

mają  długo  i niezawodnie  pracować,  ra−
dzę ci raczej właściwe wykorzystać elek−
trolity  (rys.  48),  najlepiej  tantalowe,  niż
układy  z tranzystorem  (rys  49).  Dobrym
sposobem jest też użycie kostek zawiera−
jących 

liczniki 

(np. 

CMOS4060,

CMOS4541) – takie metody przedstawię
ci w jednym z następnych artykułów.

Do  tej  pory  mówiliśmy  o opóźnianiu

i skracaniu  impulsów.  Bardzo  często  po−
trzebne są układy, które pobudzone – ge−
nerują impuls o określonej długości.

Wykorzystaj  do  tego  jeden  z układów

pokazanych na rry

ys

su

un

nk

ku

u 5

50

0. Ponieważ wy−

stępuje  tu  silne  dodatnie  sprzężenie
zwrotne,  nie  musisz  stosować  bramek
„ze  szmitem”,  nawet  przy  długich  cza−
sach i wykorzystaniu (tantalowego) elek−
trolita w roli C1. W zasadzie są to układy
wyzwalane  krótkim  impulsem:  ujemnym

–  rry

ys

su

un

ne

ek

k  50a  lub  dodatnim  –  rysunek

50b.  Czasem  potrzebne  jest  wyzwalanie
zboczem  –  wtedy  wystarczy  na  wejściu
zastosować  (tzw.  różniczkujący)  obwód
RC o małej stałej czasowej, rzędu mikro−
sekund czy milisekund. Z kolei jeśli po za−
kończeniu  cyklu  potrzebne  jest  szybkie
rozładowanie kondensatora (by przygoto−
wać układ do nowego cyklu), wtedy rów−
nolegle  do  rezystora  trzeba  włączyć  dio−
dę. Warto zauważyć, że włączenie diody
skutecznie  rozwiązuje  problemy  z rozła−
dowaniem  kondensatora  i przepływem
prądów  wejściowych  bramki,  zasygnali−

P i e r w s z e   k r o k i

w cyfrówce

cczzęęśśćć 88

e)

f)

c)

d)

a)

b)

Rys. 48. Różne sposoby włączania
kondensatorów

b)

a)

Rys. 49. Układy opóźniające 
z tranzystorem

c)

a)

b)

Rys. 50. Układy przerzutników mono−
stabilnych – uniwibratorów

background image

U

Uk

kłła

ad

dy

y c

cy

yffr

ro

ow

we

e

33

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97

zowane  przy  omawianiu  rysunku  47
i w żadnych  okolicznościach  nie  trzeba
stosować pokazanego tam szeregowego
rezystora  ograniczającego.  Tak  zmodyfi−
kowany  przerzutnik  monostabilny  poka−
zany jest na rysunku 50c.

Układy  z rysunku  50  są  użyteczne

w praktyce, mają też pewną cechę, która
niekiedy  jest  zaletą,  a niekiedy  wadą.
Mianowicie pierwszy nadchodzący krótki
impuls powoduje uruchomienie naszego
przerzutnika  monostabilnego  (zwanego
też  przerzutnikiem  jednostabilnym,  uni−
wibratorem lub monowibratorem) i prze−
rzucenie go do tak zwanego stanu wzbu−
dzenia  na  czas  wyznaczony  wartością
elementów R1, C1. Jeśli w trakcie trwa−
nia  tego  wzbudzenia,  na  wejściu  pojawi
się  nastepny  krótki  im−
puls,  to  zostanie  on  zig−
norowany  –  nie  będzie
miał żadnego wpływu na
czas trwania impulsu wy−
jściowego.  W praktyce
często potrzebne nam są
układy 

monostabilne,

w których  każdy  kolejny
nadchodzący  krótki  im−
puls  wejściowy  będzie
przedłużał  czas  trwania
impulsu na wyjściu – an−
gielskiej  literaturze  spo−
tyka się określenie retrig−
ger  (powtarzane  wyzwa−
lanie), które wskazuje na
możliwość 

takiego

przedłużania 

impulsu.

W licznych  książkach  do
wszelkich obwodów uza−

leżnień  czasowych  proponuje  się  wyko−
rzystanie specjalizowanych układów sca−
lonych.  Kiedyś  dawno  rzeczywiście  sto−
sowano  powszechnie  kostkę  74121,  ale
nie  miała  ona  możliwości  przedłużania
impulsu.  Stosowano  też  kostki  74123,
a także podwójne wersje obu kostek.

Ja osobiście nie polecam ci tych staro−

ci.  Układy  uzależnień  czasowych  wyko−
nasz w prosty sposób, bez specjalizowa−
nych  kostek,  stosując  kilka  negatorów
czy bramek NAND „ze szmitem” i ewen−
tualnie diodę lub tranzystor. Na poprzed−
nich rysunkach pokazałem ci sporą kolek−
cję  odpowiednich  schematów.  Pora  na
następne.  Właściwie  samą  ideę  już  ci  je
podałem  na  rysunku  46.  Na  rry

ys

su

un

nk

ku

u  5

51

1

zobaczysz  kilka  przykładów  przerzutni−
ków  monostabilnych,  uniwibratorów
z możliwością  przedłużania  impulsu  wy−
jściowego. Te proste układy są naprawdę
przydatne  i znakomicie  sprawdzają  się
w większości  zastosowań.  Musisz  tylko
zwrócić uwagę na dwie sprawy. 

Po pierwsze, jak widzisz na rysunkach

51a i c możesz tu uzyskać dowolnie dłu−
gie czasy stosując kondensatory elektro−
lityczne i rezystory rzędu 1M

. Przy sto−

sowaniu  zwykłych  elektrolitów  zapewne
zechcesz,  by  w spoczynku  były  pod  na−
pięciem  –  właśnie  układy  z rysunków
a i c spełniają  ten  warunek.  Musisz  jed−
nak wziąć pod uwagę, że przy włączaniu
zasilania kondensatory te zaczną się łado−
wać  przez  rezystory,  co  spowoduje  wy−
generowanie impulsu po każdym włącze−
niu zasilania. Inaczej jest w układach z ry−
sunków b oraz d. Tu przy włączaniu zasi−
lania nic się nie będzie działo, ale konden−
satory w spoczynku pozostają bez napię−
cia  –  dlatego  narysowałem  tam  konden−
satory stałe.

Teraz druga sprawa.
Specjalizowane układy scalone są wy−

zwalane  zboczem,  to  znaczy,  że  cykl  za−

czyna się po pojawieniu się odpowiednie−
go  zbocza.  Wtedy  długość  impulsu  wy−
zwalającego nie odgrywa żadnej (lub pra−
wie  żadnej)  roli.  W prostych  układach
z rysunku  51  czas  trwania  impulsu  wy−
zwalającego  ma  znaczenie.  Jeśli  impuls
wejściowy będzie za krótki, to kondensa−
tor nie zdąży się w pełni naładować (roz−
ładować) przez diodę D1. Minimalny czas
impulsu  wyzwalającego  możesz  oszaco−
wać obliczając stałą czasową RoC1, gdzie
C to  dołączona  pojemność  , a Ro  to  re−
zystancja  wyjściowa  współpracującej
bramki (wcześniej, przy okazji omawiania
rysunku  35  podałem  ci  przybliżone  war−
tości). Przykładowo, jeśli chcesz uzyskać
długi  czas  impulsu  wyjściowego,  zasto−
suj kondensator elektrolityczny i zewnę−
trzny  rezystor  o wartości  1...3,3M

(re−

zystorów  o większej  wartości  nie  pole−
cam ci ze względu na wspomniane prądy
upływu zakurzonej i wilgotnej płytki). Przy
pojemności  100µF  uzyskasz  czas  impul−
su wyjściowego ponad minutę. Policz po−
trzebny  minimalny  czas  trwania  impulsu
wyzwalającego.  Jeśli  twój  układ  zawiera
negatory 40106 lub bramki 4093 i pracu−
je  przy  napięciu  zasilania  równym  5V
przyjmij, że rezystancja wyjściowa bram−
ki wyniesie 1k

. Stała czasowa Ro x C1

wynosi  100µFx1k

= 100ms.  Przy  wy−

ższych napięciach czas ten będzie odpo−
wiednio krótszy.

Jeśli przewidywane impulsy wyzwala−

jące miałyby być krótsze, zastosuj na we−
jściu równie prosty układ wydłużania im−
pulsu.  W zależności  od  potrzeb  możesz
jeszcze dodać na wejściu obwód różnicz−
kujący RC.

Przykładowe rozwiązania pokazane są

na rry

ys

su

un

nk

ku

u 5

52

2.

Na rysunku 52a znajdziesz układ, który

daje  na  wyjściu  stan  niski,  jeśli  na  we−
jściu pojawiają się nawet krótkie impulsy
dodatnie.  Zauważ,  że  stan  aktywny  na

d)

b)

a)

c)

Rys. 51. Przerzutniki monostabilne
z możliwością przedłużania impulsu
wyjściowego

a)

b)

Rys. 52. Układy przerzutników o bardzo długich czasach z obwodami wydłużania impulsów

background image

wyjściu  (niski)  będzie  też  panował  cały
czas  trwania  stanu  dodatniego  na  we−
jściu i jeszcze przez czas opóźnienia, wy−
znaczony głównie przez R1C1.

Nieco  inaczej  działa  układ  z rysunku

52b.  Tu  dodatkowo  zastosowałem  na
wejściu obwód różniczkujący C3R3. Jeśli
na  wejściu  A będą  regularnie  pojawiać
się  impulsy  (albo  przebieg  prostokątny),
to  wyjście  układu,  czyli  punkt  D,  będzie
stale  w stanie  niskim.  Jeśli  przebieg  na
wejściu  zaniknie,  na  wyjściu  pojawi  się
stan  wysoki.  Masz  oto  dyskryminator
częstotliwości – jeśli częstotliwość prze−
biegu podawanego na wejście będzie od−
powiednio duża – na wyjściu D będzie się
utrzymywał stan niski; jeśli częstotliwość

będzie zbyt mała – na wyjściu pojawią się
impulsy dodatnie.

Na  zakończenie  kolekcji  układów  cza−

sowych jeszcze układy z rry

ys

su

un

nk

ku

u 5

53

3. Za−

uważ, w jaki beznadziejnie prosty sposób
z użyciem kilku inwerterów „ze szmitem”
możesz  uzyskać  efekt  biegnącego  zera
lub  biegnącej  jedynki.  Bardzo  często  taki
sposób jest tańszy i lepszy niż wykorzys−
tanie  rejestru  przesuwnego  albo  licznika
z dekoderem. Dodatkową zaletą jest fakt,
że poszczególne czasy mogą być dobiera−
ne  w bardzo  szerokich  granicach,  nieza−
leżnie jeden od drugiego (pokazałem ci to
na  rysunku).  Przy  dobieraniu  czasów  nie
możesz  jednak  przesadzić.  Przy  drugim,
nieaktywnym  zboczu  kondensator  musi

się  zdążyć  rozładować.  Dlatego  jeśli  któ−
ryś z czasów byłby wyjątkowo krótki, po−
winieneś  zastosować  diodę  równolegle
do rezystora, jak na rysunku 50c.

Podany  sposób  opóźnienia  można  za−

stosować  choćby  w prostych  układach
sterujących wyświetlaczem licznika−częs−
tościomierza.  Przykładowo  w układzie
z rysunku  53a  impuls  wejściowy  swym
stanem  wysokim  umożliwia  pracę  liczni−
ka.  Po  krótkim  czasie  opóźnienia  (R1C1)
dodatni  impuls  z wyjścia  G wpisuje  za−
wartość  licznika  do  pamięci  (zatrzasku,
latcha),  a ujemny  impuls  z następnego
wyjścia F zeruje licznik przygotowując go
do następnego cyklu pracy.

P

Piio

ottrr G

órre

ec

ck

kii

U

Uk

kłła

ad

dy

y c

cy

yffr

ro

ow

we

e

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97

34

a)

b)

Rys. 53. Układy do wytwarzania „biegnącego zera” lub „biegnącej jedynki”