Введение в цифровую технику

Опыт с автоколебательным мультивибратором на логических элементах 2И-НЕ


Чтобы смонтировать такой мультивибратор на макетной панели, надо лишь подключить к соответствующим выводам микросхемы эти конденсаторы и резисторы (см. рис. 1, б). Проверьте монтаж - нет ли ошибок - и особенно внимательно полярность включения электролитических конденсаторов. Подключите к макетной панели источник питания, а к выходу второго логического элемента - вольтметр. Что показывает стрелка вольтметра? Напряжение постоянного тока, периодически, примерно 30 раз в минуту,  возрастающее до высокого уровня и так же резко уменьшающееся до напряжения низкого уровня. Мультивибратор, следовательно, генерирует импульсы с частотой следования около 0,5 Гц.

Затем подключите вольтметр параллельно выходу первого элемента. Он будет фиксировать переходы логического элемента из нулевого состояния в единичное, и наоборот, с той же частотой, что и в предыдущем случае. Значит, и с этого выхода можно снимать электрические импульсы, но по отношению к импульсам на выходе второго элемента они будут сдвинуты по фазе на 180°.

Какие эксперименты можно провести с опытным мультивибратором такого варианта? Прежде всего попробуйте одновременно увеличить емкости обоих конденсаторов, например в два раза, подключая параллельно им такие же конденсаторы, а затем заменить их конденсаторами емкостью по 100...200 мкФ. В первом случае частота следования импульсов должна уменьшаться, во втором- увеличиваться.

Можно изменять емкость лишь одного конденсатора, например С1. Это изменит не только частоту, но и соотношение длительности импульсов и пауз между ними-мультивибратор станет несимметричным.

Конденсаторы могут быть емкостью по 1...5 мкФ. Тогда частота генерируемых импульсов возрастет примерно до 500.-.. 1000 Гц. Это уже звуковая частота, и стрелка вольтметра из-за своей инерционности не сможет среагировать на нее. Чтобы в этом случае убедиться в работе мультивибратора, к его выходу нужно подключить через конденсатор емкостью 0,01....0,015 мкФ головные телефоны - в них услышите звук средней тональности.
Заменив теперь " дин из постоянных резисторов переменным такого же номинала, вы сможете в некоторых пределах плавно изменять частоту генерируемых импульсов, а значит и тональность звука в телефонах.

Не исключено, что собранный вами опытный мультивибратор работает неустойчиво, не возбуждается после замены деталей при пониженном напряжении источника питания. Причина тому - некоторая критичность номиналов резисторов на входе логических элементов из-за особенностей эмиттерного входа микросхем ТТЛ.

Суть этих особенностей заключается в следующем. Резистор на входе логического элемента, образующего одно из плеч мультивибратора, оказывается включенным в эмиттерную цепь входного транзистора элемента микросхемы. Ток эмиттера создает на нем падение напряжения, закрывающее этот транзистор. При сравнительно большом сопротивлении входного  резистора (более 2,2...2,5 кОм) падение напряжения на нем столь значительно, что транзистор практически не реагирует на входной сигнал. И наоборот, при малом сопротивлении резистора (не более 600...700 Ом) входной транзистор элемента все время открыт и насыщен и, следовательно, оказывается неуправляемым входными сигналами.

Таким образом, для надежной работы мультивибратора такого варианта сопротивления входных резисторов логических элементов должны быть в пределах 800 Ом...2,2 кОм. Соответствующим подбором этих резисторов можно добиться устойчивой работы,, мультивибратора. Кроме того, нужно помнить, что на работу мультивибратора влияют разброс параметров микросхем, нестабильность напряжения источника питания, значительные изменения температуры окружающей среды.

Более стабилен в работе мультивибратор на трех логических элементах без резисторов на их входах, собранный, например, по схеме, приведенной на рис. 11, а. Все его элементы включены инверторами и соединены между собой последовательно. Времязадающую цепочку, определяющую частоту генерации, образуют конденсатор С1 и резистор R1.

Детали такого варианта автоколебательного мультивибратора смонтируйте на макетной панели (рис. 11 б).




На ней же разместите и детали, индикатора работы мультивибратора, показанные на панели справа. Транзистор VT1 индикатора (рис. 11, в), питающийся от того же источника, что и микросхема, работает в режиме переключения как электронный ключ. Когда элемент DD1.3 мультивибратора находится в единичном состоянии (напряжение на его выходе соответствует высокому уровню), транзистор открыт и пампа накаливания HL1 в его коллекторной цепи горит. При переходе элемента в аулевое состояние лампа гаснет. По све-№нию сигнальной лампы будете судить о истоте и длительности генерируемых шпульсов. Впрочем, индицировать состояние любого из элементов мультивиб ратора можно и с помощью вольтметра постоянного тока, как это делали в опытах с первым мультивибратором.

Проверив монтаж, включите питание. Мультивибратор сразу же начнет генерировать электрические импульсы, о чем будет свидетельствовать периодически вспыхивающая сигнальная лампа. Подсчитайте, сколько будет вспышек за минуту. Должно быть примерно 60. Если это так, значит, частота следования импульсов мультивибратора равна 1 Гц.

Подключите параллельно конденсатору С1 второй конденсатор такой же емкости. Частота импульсов должна уменьшиться примерно вдвое. Такого же изменения частоты импульсов можно добиться увеличением сопротивления резистора. Проверьте это, а затем замените резистор переменным с номинальным сопротивлением 1,5... 1,8 кОм. Теперь, пользуясь только этим резистором, вы сможете плавно изменять частоту мультивибратора в пределах 0,5...20 Гц. Наибольшая частота будет в том случае, когда сопротивление резистора окажется полностью выведено, т. е. выводы 8 и 1, 2 почти накоротко замкнутыми,

А если емкость конденсатора будет 1 мкФ? В таком случае только переменным резистором удастся изменять частоту мультивибратора примерно от 300 Гц до 10 кГц. Чтобы убедиться в работоспособности мультивибратора, световой индикатор теперь придется заменить акустическим- головными телефонами или   капсюлем от них.

Каков принцип работы такого варианта автоколебательного мультивибратора? Вернемся к его принципиальной схеме (см.


рис. 11, а). После включения питания какой- то из логических элементов первым примет одно из двух возможных состояний и тем самым повлияет на состояние других элементов. Предположим, что это будет элемент DD1.2-он первым оказался в единичном состоянии. Сигнал высокого уровня через незаряженный конденсатор передается с его выхода на вход элемента DD1.1, в результате чего этот элемент перейдет в нулевое состояние. В таком же состоянии оказывается и элемент DD1.3, поскольку на его входах высокий уровень напряжения. Такое положение неустойчиво, так как на выходе элемента DD1.3 в это время высокий уровень напряжения, который постепенно уменьшается за счет зарядки конденсатора С1 через резистор R1 и выходной каскад элемента DD1.3. Как только оно станет равным пороговому, этот элемент переключится в единичное состояние, а элемент DD1.2-в нулевое. Теперь конденсатор начнет перезаряжаться через элемент DD1.3 (на его выходе в это время напряжение высокого уровня), резистор R1 и элемент DD1.2. Вскоре напряжение на входе первого элемента превысит пороговое, и все элементы переключатся в противоположные состояния.


Содержание раздела