Материал: МРБ 1105.(1987).[doc]

При следующей положительной полуволне входного переменного напряжения на выходе триггера сформируется второй импульс положительной полярности (моменты t3 и 14).

Повторите этот опыт несколько раз и по показаниям вольтметров, подключенных ко входу и выходу триггера, постройте графики, характеризующие его работу. Они должны получиться такими же, как и те, что на графиках рис. 23. Два разных по уровню порога срабатывания элементов-наиболее характерная особенность триггера Шмитта.

Принципиальная схема предлагаемого для повторения частотомера приведена на рис. 24. Логические, элементы DD1.1, DD1.2 и резисторы Rl-R3 образуют триггер Шмитта, а два других элемента той же микросхемы- формирователь его выходных импульсов, от частоты следования которых зависят показания микроамперметра РА1. Без формирователя прибор не даст достоверных результатов измерения, потому что длительность импульсов на выходе триггера зависит от частоты входного измеряемого переменного напряжения.

Конденсатор С1-разделительный. Пропуская широкую полосу колебаний звуковой частоты, он преграждает путь постоянной составляющей источника сигнала. Диод VD2 замыкает на общий провод цепи питания отрицательные полуволны напряжения (в принципе этого диода может и не быть, поскольку его функцию способны выполнять внутренние диоды на входе элемента DD1.1), диод VD1 ограничивает амплитуду положительных полуволн, поступивших на входы первого элемента, на уровне напряжения источника питания.

Рис. 24. Принципиальная схема простейшего частотомера

С выхода триггера (вывод 6 элемента DD1.2) импульсы положительной полярности поступают на вход формирователя. Работает формирователь так. Элемент DD1.3 включен инвертором, а DD1.4 используется по своему прямому назначению-как логический элемент 2И-НЕ. Как только на входе формирователя (выводы 9, 10 элемента DD1.3) появляется напряжение низкого уровня, элемент DD1.3 переключается в единичное состояние и через него и резистор R4 заряжается один из конденсаторов С2- С4. По мере зарядки конденсатора положительное напряжение на выводе 13 элемента DD1.4 повышается до высокого уровня. Но этот элемент остается в единичном состоянии, так как на втором его входном выводе 12, как и на выходе триггера Шмитта, низкий уровень напряжения. В таком режиме через микроамперметр протекает незначительный ток. Как только на выходе триггера Шмитта появляется напряжение высокого уровня, элемент DD1.4 переключается в нулевое состояние и через микроампер-метр начинает протекать значительный ток. Одновременно элемент DD1.3 переключается в нулевое состояние, и конденсатор формирователя начинает разряжаться. Когда напряжение на нем снизится до порогового, элемент DD1.4 вновь переключится в единичное состояние. Таким образом, на выходе формирователя появляется импульс отрицательной полярности (см. рис. 23,г), в течение которого через микроамперметр протекает ток, значительно больший, чем начальный. Угол отклонения стрелки, микроамперметра пропорционален частоте следования импульсов: чем она больше, тем на больший угол отклоняется стрелка.

Длительность импульсов на выходе формирователя определяется продолжительностью разрядки включенного вре-мязадающего конденсатора (С2, СЗ или С4) до напряжения срабатывания элемента DD1.4. Чем меньше его емкость, тем короче импульс, тем большую частоту входного сигнала можно измерить. Так, с времязадающнм конденсатором С2 емкостью 0,2 мкФ прибор способен измерять частоту колебаний ориентировочно от 20 до 200 Гц, с конденсатором СЗ емкостью 0,02 мкФ-от 200 до 2000 Гц, с конденсатором С4 емкостью 2000 пФ - от 2 до 20 кГц. Подстроенными резисторами R5 - R7 стрелку микроамперметра устанавливают на конечную отметку шкалы, соответствующую наибольшей измеряемой частоте соответствующего поддиапазона. Минимальный уровень переменного напряжения, частоту которого можно, измерить, около 1,5В.

Еще раз проанализируйте графики на рис. 23, чтобы закрепить в памяти принцип работы частотомера, а затем дополните опытный триггер Шмитта деталями входной цепи и формирователя и испытайте устройство в действии на макетной панели. На это время переключатель поддиапазонов не нужен- времязадающий конденсатор, например С2, можно подключить непосредственно1 к выводу 13 элемента DD1.4, а в цепь микроамперметра включить один из под-строечных резисторов или постоянный резистор сопротивлением 2,2...3,3 кОм. Микроамперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 100 мкА такой же, как в сетевом блоке питания.

Налаживание. Закончив монтаж, включите источник питания и подайте на входные выводы 1, 2 первого элемента триггера Шмитта импульсы положительной полярности. Их источником может быть описанный выше генератор испытательных импульсов или другой аналогнчный генератор. Частоту следования импульсов установите минимальную. При этом стрелка микроамперметра должна резко отклоняться на некоторый угол и возвращаться к нулевой отметке шкалы, что будет свидетельствовать о работоспособности частотомера. Если же микроамперметр не реагирует на входные импульсы, придется подобрать точнее резистор R2: его сопротивление может быть от 1,8 до 5,1 кОм.

Рие. 25. Монтаж деталей частотомера и возможный вариант его конструкции

Далее подайте на вход прибора (через конденсатор С1) переменное напряжение 3...5 В с понижающего сетевого трансформатора. Теперь стрелка микроамперметра должна отклониться на некоторый угол, соответствующий частоте 50 Гц. Подключите параллельно времязадающему конденсатору еще один такой же или большей емкости. Угол отклонения стрелки увеличится.

Точно так же можно испытать устройство на втором и третьем поддиапазонах измерения, но при входных сигналах соответствующих частот.

После этого детали частотомеру можно перенести с макетной панели на монтажную плату и укрепить на ней подстроечные резисторы R5-R7 (рис. 25), а плату укрепить в корпусе, конструкция которого может быть произвольная. Конденсаторы С2 и- СЗ составлены из двух конденсаторов каждый, а С4 из трех. На лицевой стенке корпуса разместите микроамперметр, переключатель поддиапазонов (например, галетный ЗПЗН или другой с двумя секциями на три положения), входные гнезда (XS1, XS2) или зажимы.

Впрочем, возможно и другое конструктивное решение: плату частотомера можно встроить в корпус блока питания и его же микроамперметр использовать при измерении частоты электрических колебаний.

Шкала частотомера - общая для всех поддиапазонов измерения и практически равномерная. Поэтому надо только определить начальную и конечную границы шкалы, применительно к одному из них - к поддиапазону "20...200 Гц", после чего подогнать под нее границы частот двух других поддиапазонов измерения. В дальнейшем при переключении прибора на поддиапазон "200...2000 Гц" результат измерений, считанный по шкале, будете умножать на 10, а при измерении в поддиапазоне "2...20 кГц" - на 100. Техника градуировки такова. Переключатель SA1 установите в положение измерения в поддиапазоне "20...200 Гц", движок подстроечного резистора R5 - в положение наибольшего сопротивления и подайте на вход частотомера от звукового генератора, например ГЗ-33, сигнал частотой 20 Гц напряжением 1,5...2 В.

Сделайте на шкале отметку, соответствующую углу отклонения стрелки микроамперметра. Затем звуковой генератор перестройте на частоту 200 Гц и подстро-ечным резистором R5 установите стрелку прибора на конечную отметку шкалы. После этого по сигналам звукового генератора сделайте на шкале отметки, соответствующие частотам 30, 40, 50 и т. д. до 190 Гц. Позже эти участки шкалы разделите еще на несколько частей, каждая из которых будет соответствовать численному значению частоты измеряемого сигнала.

Затем частотомер переключите на второй поддиапазон измерений, подайте на его вход сигнал частотой 2000 Гц и подстроечным резистором R6 установите стрелку микроамперметра на конечную отметку шкалы. После этого на вход прибора подайте от генератора сигнал частотой 200 Гц. При этом стрелка микроамперметра должна установиться против начальной отметки шкалы, соответствующей частоте 20 Гц первого поддиапазона. Точнее установить ее на эту исходную отметку шкалы можно заменой конденсатора СЗ или подключением параллельно ему второго конденсатора, несколько увеличивающего их общую емкость.

Аналогично подгоняйте под шкалу микроамперметра границы третьего поддиапазона измеряемых частот 2...20 кГц. Возможно, пределы измерения частоты на поддиапазонах получатся иные, или вы захотите изменить их. Делайте это подбором времязадающих конденсаторов С2-С4.

Улучшение чувствительности. А может быть вы пожелаете повысить чувствительность частотомера? В таком случае простейший частотомер придется дополнить усилителем входного сигнала, используя для этого, например, аналоговую микросхему КП8УП1Г (рис.26). Эта микросхема представляет собой трехкаскадный усилитель для видеоканалов телевизионных приемников, обладающий большим коэффициентом усиления. Ее корпус с 14 выводами такой же, как у микросхемы К155 Л A3, но положительное напряжение источника питания подают на вывод 7, а отрицательное-на вывод 14. С таким усилителем чувствительность частотомера увеличится до 30...50 мВ.

Рис. 26. Усилитель, повышающий чувствительность простейшего частотомера

Колебания измеряемой частоты могут быть синусоидальными, прямоугольными, пилообразными-любыми. Через конденсатор С1 они поступают на вход (вывод 3) микросхемы DA1, усиливаются и далее через выходной вывод 10 (соеди-

ТРИГГЕРЫ

Триггерами называют электронные устройства с двумя устойчивыми электрическими состояниями. Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит под воздействием входных импульсов. Каждому из двух состояний триггера соответствует свой фиксированный уровень выходного напряжения, что в вычислительной технике широко используется для хранения цифровой информации. В свою очередь триггеры являются основой счетчиков импульсов, делителей частоты, дешифраторов и многих других цифровых микросхем функционального назначения.

В любительской цифровой технике применяются преимущественно так называемые RS-, D- и Ж-триггеры. Что представляют собой эти логические устройства, каковы их электрические свойства и принципы действия?

Начнем с RS-триггера-самого простого из "семейства" триггеров.

ненный с выводом 9) и конденсатор СЗ подаются на вход триггера Шмитта частотомера. Конденсатор С2 устраняв! внутреннюю отрицательную обратную связь, ослабляющую усилительные свойства микросхемы.

Диоды VD1, VD2 и резистор R1 (рис. 24) теперь можно удалить, а на их месте смонтировать, микросхему и дополнительные электролитические конденсаторы. Микросхему КП8УП1Г можно заменить на К118УП1В или К118УП1А. Но в этом случае чувствительность частотомера несколько ухудшится.

RS-ТРИГГЕР

Сразу же уточним: в серии микросхем К155 RS-триггеров нет, их обычнс составляют из логических элементов, например элементов 2И-НЕ микросхемь К155ЛАЗ. Схему такого варианта RS-триггера вы видите на рис. 27, а. Егс образуют два элемента 2И-НЕ с перекрестными обратными связями между ю входами и выходами. У триггера двг независимых входа и столько же выходов. Первый вход-вывод 1 элементе DD1.1, второй-вывод 5 элемента DD1.2 а выходы-соответственно выводы 3 и " этих элементов.

Чтобы лучше разобраться в работ* нашего RS-триггера, смонтируйте показанные на схеме детали на макетной панели и проведите несколько опытов Вместо светодиодов, индицирующих со стояния триггера, можно использовал знакомые вам транзисторные индикаторы с лампами накаливания. Индицировать состояния элементов триггера нетрудно и с помощью вольтметра постоянного тока, подключая его попеременно к выходам элементов. Вместо кнопочных выключателей без фиксации можно использовать отрезки монтажного провода, которыми будете имитировать подачу на входы триггера напряжение отрицательной полярности.

Рис. 27. Опытный RS-триггер

Сверив монтаж опытного триггера с его схемой и убедившись в отсутствии ошибок, в надежности паек, включите питание. Сразу же должен загореться один из светодиодов. Предположим, это будет светодиод HL1. Значит, первым в единичном состоянии оказался элемент DD1.1, что подтвердит и вольтметр, подключенный к его выходному выводу 3 - здесь должно быть напряжение высокого уровня. Измерьте напряжение на выходе элемента DD1.2-здесь будет низкий уровень, поэтому светодиод HL2 , и не горит.

Записав результаты измерений, замкните кратковременно контакты кнопки SB1. Что изменилось? Ничего. По-прежнему горит только светодиод HL1. А если кратковременно нажать кнопку SB2? Сразу же погаснет светодиод HL1 и загорится HL2. Теперь элемент DD1.1 будет в нулевом состоянии, a DD1.2-в единичном. В таком состоянии элементы могут находиться сколько угодно времени-до тех пор, пока не выключат питание. Но стоит еще раз нажать кнопку SB1-и элементы переключатся в противоположное состояние.

Проанализируем работу опытного триггера. При включении питания один из его логических элементов первым оказался в нулевом состоянии. Допустим, это был элемент DD1.2. В этот момент, следовательно, и на входном выводе 2 элемента DD1.1, соединенном с выводом 6 элемента DD1.2, появилось напряжение низкого уровня, которое установило элемент в единичное состояние- загорелся светодиод HL1. Имитация подачи импульса отрицательной полярности на входной вывод 1 элемента DD1.1 (кнопкой, SB1) не могла изменить его состояние, поскольку в это время на втором его входном выводе уже был низкий уровень напряжения.

Когда же кратковременно нажали кнопку SB2, на свободный вход 5 элемента DD1.2 поступил импульс отрицательной полярности. Переключаясь в единичное состояние, этот элемент напряжением высокого уровня, появившимся на его 1 выходе, переключил элемент DD1.1 в нулевое состояние. Переключение этого элемента в нулевое состояние оказалось 1 возможным, так как в этот момент вход 4 1 был разомкнут, что равнозначно подаче на него напряжения высокого уровня.

Так, поочередно нажимая кнопки входных цепей, можно переключать триггер из одного устойчивого состояния в другое и тем самым управлять различными приборами и устройствами цифровой техники, подключенными к его выходам.

Логическое состояние RS-триггера характеризуют уровнем сигнала на его так называемом прямом выходе, обозначаемом латинской буквой Q. В опытном триггере его Q-выходом является вывод 3 микросхемы. Если здесь высокий уровень напряжения, значит, триггер в целом находится в единичном состоянии, а если низкий уровень - в нулевом.

При единичном состоянии триггера на его втором выходе будет напряжение низкого уровня, а при нулевом состоянии- высокого уровня. Вот почему этот выход обозначают такой же буквой, но с черточкой вверху-Q, что означает инверсный.

Входной вывод, через который триггер устанавливают в единичное состояние, обозначают буквой S (начальная буква английского Set-установка). Другой же входной вывод, через который триггер переключают в нулевое состояние, обозначают буквой R (от слова Reset-возврат). Следовательно, в опытном триггере вывод 1 микросхемы можно считать S-входом, а вывод 5-R-входом.

Строго говоря, входы S и R опытного триггера надо бы писать с черточками вверху, так как полярность импульсов, подаваемых на них для переключения триггера из одного состояния в другое, отрицательная. Они, следовательно, инверсные, т. е. S и R, а RS-триггер такого варианта - асинхронный с установочными входами.

Состояния триггера в зависимости от входных сигналов иллюстрирует таблица на рис. 27, б. О чем она может рассказать? Если на оба входа триггера подать напряжения низкого уровня, например, нажав одновременно обе кнопки, на обоих его выходах будут напряжения высокого уровня. Такое состояние триггера противоречит логике его действия, поэтому подобное сочетание сигналов принято считать недопустимым.

Сочетание напряжений низкого уровня на S-входе и высокого уровня на R-входе приводит триггер в единичное состояние, а противоположное сочетание уровней напряжения-в нулевое. При появлении же на обоих входах напряжения высокого уровня (логической 1) не изменяется состояние триггера-на это указывают крестики в таблице.

Проверьте практически справедливость таблицы. Подачу на входы импульсов, соответствующих высокому уровню напряжения, имитируйте размыканием контактов кнопок SB1, SB2.

RS-триггеры наиболее широко используют в качестве ячеек хранения цифровой информации, т. е. как элементы памяти. Они находят применение в различных радиолюбительских приборах, электронных автоматах. Вот одна из практических конструкций.

ИГРОВОЙ АВТОМАТ НА RS-ТРИГГЕРАХ