Pierwsze kroki w cyfrówce cz7.pdf

Układy cyfrowe

Umawiamy się, że odtąd, jeśli tylko nie bę−

dzie przeciwwskazań, zamiast „zwykłych in−

werterów” będziesz stosował wersję „ze szmi−

tem”. Gwarantuję ci, że w wielu wypadkach

znakomicie uprości ci to konstrukcję układów.

Dobrze ci radzę: zaprzyjaźnij się z kostkami

4093 i 40106 – spośród wszystkich bramek,

właśnie one są najbardziej pożyteczne dla kon−

struktora. W dalszej części artykułu przeko−

nasz się, jak te układy umożliwią ci zrealizowa−

nie w najprostszy sposób generatorów, ukła−

dów opóźnienia itp.

Wykorzystanie bramek z wejściem Schmit−

ta pozwala „wyostrzać” nawet bardzo wolno

rosnące zbocza sygnałów. Radykalnie i nieza−

wodnie zlikwiduje to problem drgań styków

w każdej sytuacji. Najprostszy praktyczny

układ znajdziesz na rysunku 41. Zastosowane

wartości elementów nie są krytyczne, możesz

śmiało zwiększać rezystancje i pojemność (ale

nie zmniejszaj stałej czasowej RC poniżej

10ms). Dla zlikwidowania drgań zestyków,

w literaturze spotyka się również propozycję

wykorzystania przerzutnika RS, na przykład ta−

kiego, jak pokazano na rysunku 42. Jest to ty−

powy „książkowy” układ – działa, ale nie war−

to go stosować, bo wymaga użycia styku prze−

łącznego i dwóch bramek. Zdecydowanie cię

namawiam do wykorzystywania bramek „ze

szmitem” według rysunku 41. Natomiast uży−

cie przerzutnika jest uzasadnione, ale tylko

w przypadku współpracy z dwoma przyciskami

w układzie załącz/wyłącz. Dwa przykłady zoba−

czysz na rysunku 43. Zwłaszcza nietypowa

wersja z rysunku 43b przydaje się w praktyce,

gdy stosujemy tylko inwertery. Obie wersje

mogą być stosowane do przełączania dotyko−

wego, przez dotknięcie palcem – w takim wy−

padku trzeba zwiększyć rezystancje do

10...22M Ω i dla zmniejszenia czułości na zakłó−

cenia, równolegle do kontaktów dotykowych

włączyć kondensatory (10...47nF).

Innymi przykładami współpracy styków

z przerzutnikami zajmiemy się za jakiś czas. Za

miesiąc układy opóźniające i generatory.

w cyfrówce

część 7

dziesiąt do ponad stu nanosekund, zależnie od

napięcia zasilającego i obciążenia wyjścia. Dla

bramek 74HC(T) i 74LS czas propagacji jest

rzędu kilkunastu nanosekund. W niektórych

wypadkach tak małe opóźnienie (rzędu miliar−

dowych części sekundy) też ma znaczenie

praktyczne.

Jednak zazwyczaj potrzebne są znacznie

dłuższe czasy opóźnienia. Należy wtedy zasto−

sować układ z rysunku 45 . Jeśli stała czasowa

nie jest większa niż 1...5µs, można zastoso−

wać zwykłe bramki (rys 45a). Jeśli czas opóź−

nienia miałby być dłuższy, koniecznie należy

wykorzystać bramki Schmitta, na przykład

4093, 4016, czy 74HC14 (rys. 45b). Zastoso−

wanie bramek Schmitta pozwala stosować do−

wolne czasy opóźnienia, nawet rzędu sekund

i minut (przy użyciu kondensatorów elektroli−

tycznych). Jak pokazuje rysunek 44, bramka (a

także prosty układ RC z rysunku 45) opóźnia

jednakowo, lub prawie jednakowo, zarówno

zbocze rosnące, jak i malejące. Bardzo często

trzeba zróżnicować czasy opóźnienia obu zbo−

czy. W takim przypadku należy zastosować

diodę lub dwie diody, jak pokazano to na rysun−

ku 46. Zauważ, że niektóre rezystory mogą

mieć wartość 0, a wtedy czas opóźnienia bę−

dzie mały, wyznaczony przez rezystancję wy−

jściową bramki i pojemność C1 (porównaj ry−

sunek 35).

Przeanalizuj dokładnie rysunek 46a. Co bę−

dzie się działo, jeśli czas impulsu na wejściu

A będzie mniejszy niż czas opóźnienia wyzna−

czony przez stałą czasową R2C1? Na wyjściu

D nic się nie będzie działo! Uzyskałeś więc

w prosty sposób detektor długości impulsu.

Impulsy krótsze, niż czas wyznaczony przez

elementy R2, C1 nie będą mieć żadnego wpły−

wu na działanie układu. Natomiast impulsy

o czasie dłuższym niż wyzna−

czone minimum przejdą do

dalszych części układu.

Podobne układy zastosu−

jesz, jeśli po zmianie stanu lo−

gicznego chcesz wygenero−

wać stosunkowo krótki im−

puls – zobacz rysunkii 47a,

47b. Stosując kondensatory

elektrolityczne możesz uzys−

Rys. 44.

kać dowolnie długie czasy impulsu wyjściowe−

go, ale zawsze czasy te będą krótsze lub co

najwyżej równe impulsowi wejściowemu. Za−

uważ jeszcze, jak narysowałem przebieg na−

pięcia w punkcie B. Dlaczego część narysowa−

na jest czerwoną linią przerywaną? Dlaczego

na schemacie czerwoną linią narysowałem do−

datkowe rezystory? Jaki sens ma umieszcza−

nie rezystorów w obwodzie wejściowym

bramki, gdzie z założenia nie płyną żadne prą−

dy, a jedynie prąd przeładowania pojemności

wejściowej? Spróbuj odpowiedzieć na to pyta−

nie samodzielnie.

Nie wiesz?

Jeśli w układach 47a i b nie byłoby inwerte−

ra, a tylko obwód R1C1, wtedy przebiegi na−

pięcia w punkcie B wyglądałyby dokładnie tak,

jak pokazuje czerwona linia przerywana. Jeśli

jednak dołączysz bramkę (ale bez rezystora R2)

Układy opóźniające

W układach elektronicznych trzeba często

opóźnić sygnał. Najprostszym sposobem

opóźnienia jest włączenie w szereg kilku bra−

mek lub inwerterów. Wiadomo, że każda

bramka opóźnia sygnał o pewien krótki czas,

zwany czasem propagacji. Przebiegi zobaczysz

to na rysunku 44. Czas propagacji jednej bram−

ki (inwertera) dla układów CMOS wynosi kilka−

Rys. 41. Układy likwidujące drgania styków

Rys. 42.

Rys. 43. Przełącznik załącz/wyłącz

Rys. 45. Obwody opóźnienia

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97

Pierwsze kroki

Układy cyfrowe

Rys. 46. Obwody „niesymetrycznego” opóźnienia

to... przebieg będzie wyglądał tak, jak pokazu−

je linia ciągła. Dlaczego? Zapomniałeś kolego

o obwodach zabezpieczających. Zajrzyj do

EdW 5/97 na str. 66, 67 rysunki 30...34. Jeśli

chcesz być prawdziwym elektronikiem to nie

możesz zapominać o takich właśnie „drobiaz−

gach”. Tłumaczyłem ci, że w rzeczywistości

obwody te zawierają jeszcze bardziej złożone

struktury, które przy przepływie nadmiernego

prądu zachowują się jak tyrystor – raz włączo−

ne zwierają obie szyny zasilania i aby przywró−

cić normalny stan trzeba na chwilę odłączyć

zasilanie. Współczesne kostki reagują tak przy

prądach płynących przez końcówki wejściowe

rzędu 20...40mA. Jeśli więc punkt A będzie

sterowany ze źródła o dużej wydajności prądo−

wej to dla zabezpieczenia się przed takim zja−

wiskiem „tyrystorowym” trzeba włączyć re−

zystor R2, ograniczający taki prąd. Rezystor

ten może mieć wartość 1...10k Ω

takie rezystory stosuje się rzadko, zwłaszcza

przy kostkach CMOS rodziny 4000 przy zasila−

niu napięciem poniżej 10V. Wtedy rezystancja

wyjściowa poprzedniej bramki ogranicza prąd

do bezpiecznej wartości (porównaj rys. 35).

Przedstawiłem ci tu ważną sprawę prak−

tyczną. Kwestię przepływu prądu przez obwo−

dy zabezpieczające musisz dokładnie rozu−

mieć, bowiem ma to często duże znaczenie

praktyczne.

Zwróć jeszcze uwagę, że układy z rysunku

47a i 47b generują na wyjściu impuls tylko

przy jednym określonym zboczu. Czasem po−

trzebny jest układ, który generuje impulsy przy

obu zboczach. Proszę bardzo – taki układ poka−

zany jest na rysunku 47c. Przeanalizuj działanie

tego układu – musisz umieć wytłumaczyć dla−

czego impulsy pojawiają się przy obydwu zbo−

czach. Czy potrafisz odpowiedzieć, dlaczego

narysowałem takie wąskie szpilki? Czy mogą

one mieć dowolnie dłuższy czas trwania?

Pomyśl chwilę!

W układzie 47c czas ten nie powinien być

dłuższy niż 1...5µs, ponieważ bramka EX−OR

lub EX−NOR nie ma na wejściu układu Schmit−

ta z histerezą i przy dłuższych czasach narasta−

nia napięcia na kondensatorze mogłyby się po−

jawić dodatkowe drgania w przebiegu wyjścio−

wym. Jeślibyś chciał uzyskać dłuższe impulsy,

powinieneś zastosować dodatkową bramkę

z wejściem Schmitta, tak jak na rysunku 47d .

Jeśli już to zrozumiałeś, mam dla ciebie

przyjemną wiadomość: układ z rysunku 47c,

d... jest podwajaczem częstotliwości! Zapa−

miętaj to, bo zapewne kiedyś ci się przyda ten

prosty układ, na wyjściu którego częstotliwość

jest dwa razy większa niż częstotliwość na

wejściu.

. W praktyce

Piiotr Góreckii

Rys. 47. Układy do skracania impulsów

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: