Формирователи импульсов

Формирователи импульсов - одни из наиболее часто используемых узлов различной аппаратуры, от блоков сопряжения с внешними устройствами, активными датчиками, до измерительных устройств и изделий специального применения.

По назначению формирователи импульсов можно разбить на такие три группы: формирователи некоторого произвольного по длительности импульса при поступлении на вход запускающего импульса; формирователи выходного импульса, максимально приближенного по длительности к входному запускающему импульсу; формирователи определенного по длительности и фазе импульса при поступлении на вход запускающего импульса. Решение всех трех задач для импульсов положительной полярности не является проблемой. Как правило, такая задача решается с помощью триггера Шмитта (для первой группы), компаратора или триггера Шмитта с предельно малым гистерезисом (для второй группы) и ждущим мультивибратором с запуском от триггера Шмитта для третьей группы. Решение задачи значительно усложняется, если запускающие импульсы имеют отрицательную полярность. Именно такую задачу пришлось решать автору статьи. Потребовалось обеспечить сопряжение нового оборудования с устаревшим оборудованием, имевшимся у заказчика, поскольку переделка последнего была признана нецелесообразной.

Формирователи импульсов 1 группы

Самый простой вариант формирователя относится к первой группе.

Эта схема использует однополярное напряжение питания (+5 В), обладает относительно высоким порогом срабатывания и, таким образом, имеет высокую помехоустойчивость. Однако эта схема нуждается в сравнительно высоком входном токе, сопоставимым по величине с выходным коллекторным током транзистора.

Для обеспечения сопряжения с остальными цепями используется дополнительный CMOS или TTL-инвертор. Этот инвертор выполняет функцию и дополнительного порогового устройства. Если запускающий импульс имеет пологие фронты, иными словами, имеет трапециевидную форму, то длительность выходного импульса данного преобразователя является произвольной и не соответствует ширине входного импульса. Порог срабатывания формирователя (Vt) может быть рассчитан как

VT-=-((V+-VIH)*R1/R2+0,62), где V+ - напряжение источника питания;

V|н - входное напряжение перехода инвертора IC1 в состояние лог. «1».

Диод D1 - необязательный элемент, он используется как защитный, если возможна подача на формирователь напряжения положительной полярности высокого уровня.

Более сложный формирователь. Его достоинство - формирование импульсов с длительностью, соответствующей длительности запускающего импульса, и работа с сигналами малой длительности. Он обладает малым фазовым сдвигом (задержкой). Данный формирователь может работать с импульсами длительностью менее микросекунды.

Этот формирователь в отличие от формирователя, показанного на рис.1, не требует больших входных токов, порог его срабатывания (Vt - 0,3) В, но он требует двуполярного питающего напряжения ±5 В.

Формирователь импульсов 2 группы

В устройстве используется недорогая ИМС (компаратор типа LM211 или LM311). Формирователь выдает выходные импульсы положительной полярности с длительностью, которая полностью соответствуют ширине входного импульса на некотором заданном уровне. Формирователь не требует дополнительного инвертора для сопряжения с исполнительными цепями. Порог компаратора устанавливается сопротивлениями R2, R4. Естественно, что он будет зависеть от величины питающего напряжения отрицательной полярности, и это необходимо брать во внимание при его использовании. Порог срабатывание (VT.) схемы рассчитывается по формуле:

VT-=(V-/(R2+R4))*R4, где V. - напряжение минусового источника питания.

Если ширина импульса не слишком мала (длительность импульса более чем 2 мкс), то может быть использован недорогой компаратор LM211.

В противном случае необходимо использовать быстродействующий компаратор. В ряде случаев дополнительный выходной нагрузочный резистор R1 не требуется. В приведенной схеме он используется только лишь потому, что выход ИМС LM211 - это транзистор с открытым коллектором. Как и схема, показанная на рис.2, эта схема также нуждается в двуполярном питающем напряжении.

Формирователь импульсов 3 группы На рис.5 показан вариант формирователя, который позволяет преобразовывать импульсы отрицательной полярности заданного уровня в импульсы положительной полярности заданной длительности. Причем длительность импульсов на выходе формирователя не зависит ни от амплитуды, ни от длительности запускающих импульсов.

Это устройство не требует двуполярного питающего напряжения. Оно выполнено на популярной недорогой ИМС интегрального таймера серии 555. Формирователь при воздействии запускающего импульса генерирует выходной импульс положительной полярности с желательной шириной. Порог срабатывания формирователя (Vt_) установлен сопротивлениями R1, R3. Этот порог может быть рассчитан по формуле:

VT-=V+/3*(1-2R3/R1), где V+ - напряжение источника питания ИМС.

Ширина выходного импульса (t) точно устанавливается сопротивлением R2 и конденсатором С1. Длительность импульса рассчитывается как t=1,1R2C2.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Примечание

Для правильной работы формирователя рис.4 необходимо соблюсти следующие условия:

1) длительность запускающего импульса должна быть меньше желаемой длительности выходного импульса;

2) период следования запускающих импульсов должен быть больше чем заданное значение «t»;

3) величина сопротивления R3 должна быть больше чем

0,5*R1.

В отличие от всех схем, показанных выше, схема рис.5 может работать непосредственно на низкоомную нагрузку (выходной ток ИМС таймера LM555D - до 200 мА), на длинную линию (при соответствующем согласовании) или на емкостную нагрузку с большой емкостью. Какого-либо дополнительного инвертора или драйвера при использовании этого формирователя также не требуется. Резистор R5 предохраняет ИМС от коротких замыканий по ее выходу.