Материал: МРБ 1105.(1987).[doc]

Рис. 11. Мультивибратор на трех элементах 2И-НЕ и опыты с ним

Так формируются электрические импульсы на выходе нашего мультивибратора-выводе 8 элемента DD1.3. Впрочем, генерируемые импульсы можно снимать и с вывода 6-выхода элемента DD1.2 мультивибратора.

Теперь, разобравшись в работе трехэлементного мультивибратора, исключите из него элемент DD1.3 и переключите правый (по схеме) вывод резистора на выход первого элемента, как показано на рис. 12. Мультивибратор стал двухэлементным. Подключив к его выходу световой индикатор, вы убедитесь, что частота генерируемых импульсов осталась прежней-1 Гц. Как и в предыдущих опытных мультивибраторах, она будет изменяться при установке деталей других номиналов.

Как работает такой вариант генератора импульсов? Принципиально так же, как трехэлементный. Когда, к примеру, элемент DD1.1 находится в единичном состоянии, а элемент DDL2 в нулевом, конденсатор \С1 заряжается через резистор R1, выход первого элемента и выход второго. Как только напряжение на входе первого элемента достигнет порогового, оба элемента переключаются в противоположные состояния и конденсатор начнет разряжаться через выходную цепь второго элемента, резистор и выходную цепь первого элемента. Когда напряжение на. входе первого элемента снизится до порогового, элементы вновь переключатся в противоположное состояние.

Рис. 12. Вариант мультивибратора на двух элементах 2И-НЕ

Надо сказать, что среди микросхем К155ЛАЗ попадаются такие, логические элементы которых недостаточно устойчиво работают в двухэлементном мультивибраторе. В таких случаях приходится между входом первого элемента и общим проводником источника питания включать резистор сопротивлением 1,2...2 кОм (на"рис. 12 показан штриховыми линиями R2). Он создает на входе элемента постоянное напряжение, близкое к пороговому, что облегчает запуск и условия работы мультивибратора в целом.

Такие варианты мультивибратора широко используют в цифровой технике для генерирования импульсов различной частоты и длительности. Они будут и в конструируемых вами устройствах на логических элементах 2И-НЕ.

А сейчас-еще об одном варианте генератора из "семейства" мультивибраторов.

ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР

Так называют генератор одиночных импульсов. При кратковременном сигнале на входе он формирует электрический импульс прямоугольной формы вполне определенной длительности (она не зависит от длительности входного, т. е. запускающего, импульса), после чего Переходит в ждущий режим и не работает до прихода следующего запускающего сигнала.

Схему простейшего ждущего мультивибратора вы видите на рис. 13, а. В нем также два логических элемента-, но первый из них используется по своему прямому назначению - как элемент 2И-НЕ, а второй как инвертор. Кнопочный выключатель SB1 выполняет функцию датчика запускающих сигналов. Чтобы генерируемые импульсы можно было индицировать вольтметром постоянного тока, светодиодом или иным подобным сравнительно инерционным прибором, емкость конденсатора С1 должна быть не менее 500 мкФ, а сопротивление резистора R1 -1...1,5 кОм. Можно обойтись без выключателя SB1, имитируя сигнал датчика замыканием отрезком монтажного провода вывода 1 первого элемента на общую шину питания микросхемы.

Рис. 13. Опытный ждущий мультивибратор (а) и временные диаграммы (в), иллюстрирующие его работу

Смонтировав мультивибратор и включив питание, сразу же измерьте напряжения на входах и выходах элементов. На входном выводе 2 первого элемента и выходе второго элемента оно должно соответствовать высокому уровню напряжения, а на выходе первого элемента и входах второго - низкому уровню. Следовательно, в ждущем режиме первый элемент находится в нулевом состоянии, а второй - в единичном.

Затем подключите вольтметр к выходу второго элемента и, наблюдая за стрелкой индикатора, кратковременно замкните контакты выключателя SB1. Как на это реагирует измерительный прибор? Его стрелка резко отклоняется влево почти до нулевой отметки шкалы, а примерно через 2 с так же резко возвращается в исходное положение. Прибор фиксирует появление импульса отрицательной полярности. А светодиод? Он светится во время импульса. Повторите опыт несколько раз - эффект будет тот же.

Подключите параллельно конденсатору еще один - емкостью 1000 мкФ - и повторите опыт. Длительность импульса увеличится почти втрое. Замените резисторы переменным сопротивлением около 2 кОм (но не более 2,2 кОм). Теперь, пользуясь только этим резистором, вы сможете в некоторых пределах изменять длительность генерируемых импульсов. Но при его сопротивлении менее 100 Ом мультивибратор перестанет работать.

Вывод напрашивается сам: длительность одиночных импульсов ждущего мультивибратора будет тем больше, чем больше емкость времязадающего конденсатора С1 и сопротивление резистора R1. При небольшой емкости конденсатора и малом сопротивлении резистора импульсы становятся столь короткими, что индикаторы, которыми вы пользуетесь, оказываются неспособными на них реагировать.

Разобраться в сущности действия ждущего мультивибратора помогут временные диаграммы, приведенные на рис. 13, б. Поскольку в ждущем режиме входной вывод 1 первого элемента ни с чем не соединен (контакты кнопочного выключателя разомкнуты), это эквивалентно подаче на его вход высокого уровня напряжения. Но на выходе первого элемента низкий уровень напряжения. На входе второго элемента также низкий уровень напряжения, так как падение напряжения на резисторе, создаваемое входным током элемента, удерживает входной транзистор элемента в закрытом состоянии. Высокий же уровень напряжения на выходе этого элемента поддерживает первый элемент в нулевом состоянии.

Поданный на входной вывод 1 запускающий импульс отрицательной полярности (т зап на верхнем графике) переключает первый элемент в единичное состояние. Создающийся в этот момент (t i) скачок положительного напряжения на его выходе передается через конденсатор на входы второго элемента и переключает его из единичного состояния в нулевое. Такое состояние элементов сохраняется и после окончания действия запускающего импульса.

С момента появления положительного импульса на выходе первого элемента начинает заряжаться конденсатор - через выходной каскад первого элемента и резистор. По мере зарядки конденсатора напряжение на резисторе падает. Как только оно снизится до порогового, второй элемент переключится в единичное состояние, а первый - в нулевое. Теперь конденсатор быстро разрядится через выходной каскад первого элемента и входное сопротивление второго элемента, и устройство окажется в ждущем режиме.

При проведении опытов и экспериментов с ждущим мультивибратором учитывайте, что для нормальной его работы длительность запускающего импульса должна быть меньше длительности формируемого импульса.

Какие практические применения может найти мультивибратор на логических элементах микросхемы К155ЛАЗ?

О ПРАКТИЧЕСКОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Начнем с автоколебательного мультивибратора. Являясь устройством универсальным, он может найти разнообразное применение. Возьмем, к примеру, мультивибратор на трех логических элементах. Будучи смонтированным вместе с транзисторным индикатором по схеме на рис. 11, он становится генератором световых импульсов, который можно использовать для модели маяка. Если транзистор будет средней или большой мощности, например КТ801, в его коллекторную цепь можно включить несколько соединенных параллельно миниатюрных ламп накаливания - они украсят небольшую новогоднюю елку.

Если емкость конденсатора мультивибратора будет 1 мкф, а постоянный резистор R1 - переменным, сопротивлением 1,5 или 2,2 кОм, то получится генератор колебаний звуковой частоты, пригодный для проверки работоспособности трактов радиовещательных приемников, усилителей звуковой частоты.

К выходу такого устройства можно подключить телефонный капсюль ДЭМ-4м или транзисторный индикатор, но с динамической головкой в коллекторной цепи. Получится звуковой генератор, который можно использовать в качестве квартирного звонка или применить для изучения приема на слух телеграфной азбуки. В первом варианте питание генератора можно подавать через звонковую кнопку, во втором-через контакты телеграфного ключа. Частоту генерируемых импульсов в пределах 800...1000 Гц, соответствующую звуку средней тональности, устанавливают переменным резистором или подбором заменяющего его постоянного резистора.

Следующий пример использования мультивибратора-генератор прерывистого звукового сигнала (рис. 14). Он состоит из двух взаимосвязанных мультивибраторов, выполненных на логических элементах одной микросхемы К155ЛАЗ. Мультивибратор на элементах DD1.3 и DDL4 генерирует колебания частотой около 1000 Гц, которые преобразуются капсюлем ДЭМ-4м (BF1) в звук. Но звук прерывистый, потому что работой этого мультивибратора управляет другой - на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Он генерирует тактовые импульсы с частотой следования около 1 Гц. Телефон звучит лишь в те промежутки времени, когда на выходе тактового генератора появляется высокий уровень напряжения. Длительность звуковых сигналов можно изменять подбором конденсатора С1 и резистора R1, а высоту звука - подбором конденсатора С2 и резистора R2.

Рис. 14. Схема генератора прерывистого звукового сигнала

Ждущий мультивибратор, дополненный световым сигнализатором (рис. 15), может стать основой игрового автомата или аттракциона. Например, аттракциона под условным названием "Погаси свечу". Сам аттракцион -это макет горящей свечи на подставке. Если сильно подуть на свечу, то замаскированная в ее "фитиле" лампа накаливания HL1 должна погаснуть, а спустя некоторое время-вновь загореться.

"Секрет" аттракциона в том, что стенка подставки за свечой - легкая непрозрачная ткань, на обратной стороне которой напротив "фитиля" свечи укреплена небольшая жестяная пластинка. Это контакт датчика-выключателя SA1. На расстоянии 3.J.5 мм от нее расположен конец отрезка толстого провода-второй контакт выключателя. Сильная струя воздуха прогибает тканевую стенку коробки, и контакты выключателя замыкаются. На выходе ждущего мультивибратора появляется импульс отрицательной полярности, который закрывает транзистор и гасит Лампу.

Другой пример возможного использования такого автомата-тир для "стрельбы" теннисным мячом. "Яблочком" мишени служит металлическая пластинка диаметром 80... 100 мм, находящаяся на небольшом расстоянии от второго контакта. При точном попадании в "яблочко" контакты кратковременно замыкаются и сигнальная лампа гаснет. Йо можно сделать так, чтобы лампа индикатора, наоборот, при точном попадании в цель зажигалась. В этом случае надо лишь для индикатора использовать транзистор структуры р-п-р, например серии П213, и изменить полярность подключения выводов его эмиттера и коллектора, как показано на рис. 15, 6, При этом резистора в базовой цепи транзистора может не быть.

Чтобы проверить полупроводниковый диод, к его выводам подключают щупы пробника, сначала в одной полярности, а затем, поменяв местами, в другой. При одном подключении, когда диор относительно источника питания оказывается включенным в прямом направлении, световой и звуковой сигналы должны быть, а при обратном-нет. Появление сигналов при любой полярности подключения пробника укажет на тепловой пробой р-п перехода диода.

Аналогично проверяют исправность коллекторных и эмиттерных р-п переходов транзисторов, а также их участки эмиттер-коллектор.

Рис. 16. Измерительный пробник

Исправность конденсаторов проверяют на пробой (замыкание обкладок) по отсутствию светового (или звукового) сигнала при касании их выводов щупами пробника. При проверке электролитического конденсатора в момент подключения к его выводам щупов пробника могут появляться кратковременный звуковой сигнал и вспышка светодиода, которые вызывает ток зарядки конденсатора. Эти сигналы тем значительнее, чем больше емкость проверяемого электролитического конденсатора.

Источником питания такого измерительного пробника может служить батарея 3336Л или три гальванических элемента 316, 332, соединенные последовательно.

На логических элементах 2И-НЕ можно построить простой генератор колебаний звуковой частоты (34) и радиочастоты (РЧ) для проверки трактов радиовещательных приемников. Примером может служить прибор, схема которого показана на рис. 17. Его генератором колебаний звуковой частоты (около 1 кГц) служит мультивибратор на элементах DD1.3 и DD1.4. Генерируемые им колебания через инвертор DD2.2, конденсатор С5 и гнездо XS2 "34" с помощью щупа, вставляемого в это гнездо, подается на вход проверяемого усилителя звуковой частоты.

Генератор колебаний радиочастоты образуют логические элементы DD1.1, DD1.2, катушка L1 и конденсаторы С1, С2. Частота его колебаний определяется в основном индуктивностью катушки L1 и в небольших пределах может изменяться конденсатором переменной емкости С1.

Элемент DD2.1 выполняет функцию смесительного каскада прибора. На его входной вывод 1 поступают колебания радиочастоты, а на вход 2-колебания звуковой частоты. В результате на выходе элемента формируется импульсный сигнал радиочастоты, модулированный колебаниями звуковой частоты. Через конденсатор С4 и гнездо XS1 "РЧ" его подают на вход радиочастотного тракта (или одного из его каскадов) проверяемого приемника.

Катушку L1 контура генератора радиочастоты можно намотать на каркасе диаметром 8...9 мм с отрезком феррнто-вого стержня марки М600НМ внутри. Чтобы пробник работал в диапазоне 3...7 МГц, на такой каркас надо намотать 50-55 витков провода ПЭВ-2 0,2...0,3. В качестве конденсатора переменной емкости (С1) можно использовать подстроенный конденсатор типа КПК-1.

Конструкция такого измерительного генератора-пробника-произвольная. Для его питания желательно использовать источник стабильного напряжения 5 В, но можно и батарею ЗЗЗбЛ.

И еще один пример практического использования логических элементов цифровых микросхем - игра "Переправа". В основу содержания этой игры положена старинная логическая задача о волке, козе и капусте, которых перевозчик должен без потерь переправить на противоположный берег реки. Но лодка так мала, что кроме самого перевозчика она может вместить одного волка, или козу, или капусту. Оставлять же на берегу волка с козой или козу с капустой нельзя-обязательно будут потери.

Рис. 15. Схема игрового автомата

Ждущий мультивибратор представляет интерес и как генератор одиночных импульсов для проверки работоспособности приборов и устройств цифровой техники, о чем мы поговорим чуть позже. Сейчас же приведем еще несколько примеров практического применения автоколебательного мультивибратора в радиолюбительских конструкциях.

На рис. 16 показана схема простейшего измерительного прибора-пробника, с помощью которого можно проверить качество электрических контактов монтажа, выключателя, целость катушки колебательного контура, исправность диода, качество конденсатора, р-п перехода транзистора. Его основа - симметричный мультивибратор на элементах DD1.1 и DD1.2, генерирующий импульсы с частотой следования около 1 кГц. Индикатором пробника служат светодиод HL1 или высокоомные головные телефоны типа ТОН-1, ТОН-2 или ТЭГ-1, подключении к двухгнездной розетке XS1. Щупы ХА11 ХА2 выполняют роль контактов своеоб разного выключателя, через который н; микросхему подается отрицательное на пряжение источника питания GB1. Пока щупы не замкнуты между собой, цепь питания разорвана и мультивибратор не работает. Если щупами коснуться концов проводника или выводов катушки индуктивности, через них цепь питания микро схемы окажется замкнутой и мультивибратор начнет генерировать электрические колебания звуковой частоты. При высоком уровне напряжения на выходном выводе 6 мультивибратора светодиод будет зажигаться, а при низком - гаснуть. А так как частота генерируемых импульсов достаточно высокая, глаз не замечает миганий светодиода - он светится как бы непрерывно. Если, однако, в проверяемом проводнике или в катушке обрыв то ни свечения светодиода, ни звука в телефонах не будет.