Генератори імпульсів на логіці

Генератори імпульсів використовують у багатьох радіотехнічних пристроях (електронних лічильниках, реле часу), застосовують при налаштуванні цифрової техніки. Діапазон частот таких генераторів може бути від одиниць герц до багатьох мегагерц. Тут наведені прості схеми генераторів, зокрема на елементах цифрової «логіки», які широко використовуються в більш складних схемах як частотозадаючі вузли, перемикачі, джерела зразкових сигналів і звуків.

На рис. 1 наведена схема генератора, який формує одиничні імпульси прямокутної форми при натисканні кнопки S1 (тобто він не є автогенератором, схеми яких наведені далі). На логічних елементах DD1.1 і DD1.2 зібрано RS-тригер, що запобігає проникненню імпульсів дребезгу контактів кнопки на підрахунковий пристрій. У положенні контактів кнопки S1, показаному на схемі, на виході 1 буде напруга високого рівня, на виході 2 - напруга низького рівня; при натиснутій кнопці - навпаки. Цей генератор зручно використовувати при перевірці працездатності різних лічильників.

На рис. 2 показана схема простішого генератора імпульсів на електромагнітному реле. При подачі живлення конденсатор C1 заряджається через резистор R1, і реле спрацьовує, відключаючи джерело живлення контактами К 1.1. Але реле відпускає не відразу, оскільки деякий час через його обмотку буде протікати струм за рахунок енергії, накопленої конденсатором C1. Коли контакти К 1.1 знову замкнуться, знову почне заряджатися конденсатор - цикл повторюється.

Частота переключення електромагнітного реле залежить від його параметрів, а також номіналів конденсатора C1 і резистора R1. При використанні реле РЕС-15 (паспорт РС4.591.004) переключення відбувається приблизно один раз на секунду. Такий генератор можна використовувати, наприклад, для комутації гірлянд на новорічній ялинці, для отримання інших світлових ефектів. Його недолік - необхідність використання конденсатора значної ємності.

На рис. 3 наведена схема ще одного генератора на електромагнітному реле, принцип роботи якого аналогічний попередньому генератору, але забезпечує частоту імпульсів 1 Гц при ємності конденсатора в 10 разів меншій. При подачі живлення конденсатор C1 заряджається через резистор R1. Спочатку відкриється стабілітрон VD1 і спрацює реле К1. Конденсатор почне розряджатися через резистор R2 і вхідний опір складного транзистора VT1VT2. Незабаром реле відпустить і почнеться новий цикл роботи генератора. Увімкнення транзисторів VT1 і VT2 за схемою складного транзистора підвищує вхідний опір каскаду. Реле К 1 може бути таким же, як і в попередньому пристрої. Але можна використовувати РЕС-9 (паспорт РС4.524.201) або будь-яке інше реле, що спрацьовує при напрузі 15...17 В і струмі 20...50 мА.

В генераторі імпульсів, схема якого наведена на рис. 4, використано логічні елементи мікросхеми DD1 і польовий транзистор VT1. При зміні номіналів конденсатора C1 і резисторів R2 і R3 генеруються імпульси частотою від 0,1 Гц до 1 МГц. Такий широкий діапазон отримано завдяки використанню польового транзистора, що дозволило застосувати резистори R2 і R3 зі спротивленням в кілька мегаом. За допомогою цих резисторів можна змінювати скважність імпульсів: резистор R2 задає тривалість напруги високого рівня на виході генератора, а резистор R3 - тривалість напруги низького рівня. Максимальна ємність конденсатора C1 залежить від його власного струму витоку. У даному випадку вона становить 1...2 мкФ. Спротивлення резисторів R2, R3 - 10...15 МОм. Транзистор VT1 може бути будь-яким з серій КП302, КП303. Мікросхема - К155ЛА3, її живлення становить 5В стабілізованого напруги. Можна використовувати КМОП мікросхеми серій К561, К564, К176, живлення яких лежить в межах 3 … 12 В, цоколевка таких мікросхем інша і показана в кінці статті.

При наявності мікросхеми КМОП (серія К176, К561) можна зібрати широкосмуговий генератор імпульсів без застосування польового транзистора. Схема наведена на рис. 5. Для зручності установки частоти ємність конденсатора часу задаючої ланцюга змінюють перемикачем S1. Діапазон частот, що формуються генератором, становить 1...10 000 Гц. Мікросхема - К561ЛН2.

Якщо потрібна висока стабільність генерованої частоти, то такий генератор можна зробити «кварцованим» - включити кварцовий резонатор на потрібну частоту. Нижче показаний приклад кварцованого генератора на частоту 4,3 МГц:

На рис. 6 представлена схема генератора імпульсів з регульованою скважністю.

Скважність – відношення періоду слідування імпульсів (T) до їх тривалості (t):

Скважність імпульсів високого рівня на виході логічного елемента DD1.3, резистором R1 може змінюватися від 1 до кількох тисяч. При цьому частота імпульсів також незначно змінюється. Транзистор VT1, що працює в ключовому режимі, підсилює імпульси за потужністю.

Генератор, схема якого наведена на малюнку нижче, генерує імпульси як прямокутної, так і пилоподібної форми. Задаючий генератор виконаний на логічних елементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторі C2 і резисторі R2 зібрана диференціююча ланцюг, завдяки якій на виході логічного елемента DD1.5 формуються короткі позитивні імпульси (тривалістю близько 1 мкс). На польовому транзисторі VT2 і змінному резисторі R4 виконано регульований стабілізатор струму. Цей струм заряджає конденсатор C3, і напруга на ньому лінійно зростає. У момент надходження на базу транзистора VT1 короткого позитивного імпульсу транзистор VT1 відкривається, розряджаючи конденсатор С3. На його обкладках таким чином формується пилоподібне напруження. Резистором R4 регулюють струм зарядки конденсатора і, відповідно, крутизну наростання пилоподібного напруги та його амплітуду. Конденсатори C1 і C3 підбирають виходячи з необхідної частоти імпульсів. Мікросхема - К561ЛН2.

Цифрові мікросхеми в генераторах взаємозамінні в більшості випадків і можна використовувати в одній і тій же схемі як мікросхеми з елементами «І-НЕ», так і «АБО-НЕ», або ж просто інвертори. Варіант таких замін показаний на прикладі малюнка 5, де була використана мікросхема з інверторами К561ЛН2. Точно таку схему із збереженням усіх параметрів можна зібрати і на К561ЛА7, і на К561ЛЕ5 (або серіях К176, К564, К164), як показано нижче. Потрібно тільки дотримуватися цоколевки мікросхем, яка в багатьох випадках навіть збігається.

Якщо потрібно підвищити навантажувальну здатність якогось вузла (щоб, наприклад, підключити динамік або іншу навантаження), можна застосувати на виході підсилювач на транзисторі, як у схемі на рис. 6, або ж включити кілька елементів мікросхеми паралельно, як показано на малюнку нижче:

Універсальна друкована макетна плата для двох мікросхем. На таких платах зручно збирати нескладні схеми з невеликою кількістю деталей, як, наприклад, наведені в цій статті. Деталі паяються до контактних майданчиків і при необхідності з'єднуються перемичками. Розміри плати 100 х 55 мм.

На малюнку нижче наведена цоколевка деяких широко застосовуваних цифрових логічних мікросхем КМОП - технології з елементами «І-НЕ», «АБО-НЕ» та інверторів. Мікросхеми серій К564, К176 мають аналогічну цоколевку, цоколевка ж мікросхем серії К155 відрізняється від зазначеної (але такі вже давно не застосовуються). Живлення вказаних мікросхем, як вже говорилося вище, може бути від 3 до 15 В (крім серії К176, яка більш критична до напруги живлення і нормально працює при 9В).