Σελίδα 1 από 8. Απαντήσεις στο φυλλάδιο 52

Transcript

1 Σελίδα 1 από 8 Απαντήσεις στο φυλλάδιο 52 Ερώτηση 1 η : Πολυδονητές ονοµάζονται τα ηλεκτρονικά κυκλώµατα που παράγουν τετραγωνικούς παλµούς. 2 η : Ανάλογα µε τον τρόπο λειτουργίας τους διακρίνονται σε: 1. Ασταθείς 2. Μονοσταθείς 3. ισταθείς Ο ασταθής πολυδονητής χαρακτηρίζεται από δύο καταστάσεις (έξοδος σε Υψηλή στάθµη t H ή t ON έξοδος σε Χαµηλή στάθµη t L ή t OFF ) τις οποίες λαµβάνει εναλλάξ ( εκ περιτροπής ), χωρίς καµία εξωτερική διέγερση. Είναι µια πραγµατική γεννήτρια τετραγωνικών παλµών. Ο µονοσταθής πολυδονητής παρουσιάζει µια σταθερή κατάσταση η οποία παραµένει απεριόριστο χρονικό διάστηµα, και µια σχεδόν σταθερή. Με τη βοήθεια ενός εξωτερικού σήµατος διέγερσης, είναι δυνατόν να οδηγηθεί η έξοδος του κυκλώµατος από τη σταθερή κατάσταση στη σχεδόν σταθερή, από την οποία επανέρχεται στη σταθερή σχεδόν αυτόµατα, µετά απ ένα προκαθορισµένο χρονικό διάστηµα. Παράγει στην έξοδό του, µε την εφαρµογή ενός παλµού διέγερσης, έναν µόνο παλµό προκαθορισµένης διάρκειας (χρόνου, t ON ). Ο δισταθής πολυδονητής (flip-flop) παρουσιάζει δύο σταθερές καταστάσεις στις οποίες µπορεί να παραµείνει για απεριόριστο χρονικό διάστηµα. Το κύκλωµα περνά από την µια κατάσταση στη άλλη µε την εφαρµογή ενός εξωτερικού σήµατος διέγερσης. 3 η t : Κύκλος εργασίας ή duty cycle δίνεται από τη σχέση: κύκλος εργασίας % = H 100% T 4 η : Το ολοκληρωµένο κύκλωµα 555, παράγει στην έξοδό του παλµούς µε ορισµένη χρονική διάρκεια, µεγάλης ακρίβειας και σταθερότητας. Μπορεί να λειτουργήσει: 1. ως µονοσταθής πολυδονητής ή 2. ως ασταθής πολυδονητής «Σχεδόν Σταθερή» κατάσταση t ON Σταθερή κατάσταση

2 Σελίδα 2 από 8 5 η : Οι ακροδέκτες του Ο.Κ. 555 είναι: Ακροδέκτης 1 (Γείωση): Κοινό σηµείο όλων των τάσεων Ακροδέκτης 2 (trigger): έχεται τον παλµό διέγερσης (trigger). Αν εφαρµόσουµε σ αυτόν τον ακροδέκτη έναν παλµό µε µέτωπο καθόδου και απόλυτη τιµή τάσης µεγαλύτερη από το 1/3 V CC, η έξοδος του αναστρέφοντος συγκριτή θα γίνει HIGH, µε συνέπεια η έξοδος του F.F. να γίνει LOW ( ενεργοποίηση Reset του flip flop) και η έξοδος του 555 γίνεται HIGH (λόγω του αναστροφέα). Ακροδέκτης 3 (Έξοδος): Μπορεί να πάρει υψηλή ή χαµηλή στάθµη τάσης, όπου οι στάθµες καθορίζονται από την τάση τροφοδοσίας. Όταν λειτουργεί ως µονοσταθής πολυδονητής, η σταθερή κατάσταση εξόδου του είναι σε LOW στάθµη τάσης. Το φορτίο συνδέεται µεταξύ των ακροδεκτών 3 και 1, καθώς 3 και 8. Όταν η έξοδος είναι σε LOW στάθµη τάσης και το φορτίο συνδέεται µεταξύ των ακροδεκτών 3 και 8, το ρεύµα φορτίου ρέει προς τον ακροδέκτη εξόδου και λέγεται ρεύµα απορρόφησης. Το φορτίο λέγεται «φορτίο συνήθως σε αγωγή». Όταν η έξοδος είναι σε LOW στάθµη τάσης και το φορτίο συνδέεται µεταξύ των ακροδεκτών 3 και 1, το ρεύµα στην έξοδο είναι µηδέν και το φορτίο λέγεται «φορτίο συνήθως σε αποκοπή». Όταν η έξοδος είναι σε HIGH στάθµη τάσης και το φορτίο συνδέεται µεταξύ των ακροδεκτών 3 και 8, το ρεύµα στην έξοδο είναι µηδέν. Όταν η έξοδος είναι σε HIGH στάθµη τάσης και το φορτίο συνδέεται µεταξύ των ακροδεκτών 3 και 1, το ρέει ρεύµα προς τον ακροδέκτη εξόδου και λέγεται «ρεύµα πηγής». Ακροδέκτης 4 (Reset): Ο χρονιστής 555 µπορεί να απενεργοποιηθεί όταν εφαρµοστεί ένας αρνητικός παλµός. Στην περίπτωση που η λειτουργία Reset δεν πρόκειται να χρησιµοποιηθεί, τότε συνδέεται µε τον ακροδέκτη 8 (+ Vcc) για να αποτραπεί κάθε πιθανότητα εσφαλµένης απενεργοποίησης του 555. Ακροδέκτης 5 (Τάση ελέγχου): Σ αυτόν µπορούµε να µετρήσουµε µια τάση ίση µε 2/3 Vcc λόγω της σύνδεσής του µε τον εσωτερικό διαιρέτη τάσης. Συνδέεται επίσης µε την αναστρέφουσα είσοδο (-) του µη αναστρέφοντος συγκριτή. Αν λοιπόν εφαρµόσουµε σ αυτόν µια εξωτερική dc τάση, αλλάζουν οι τάσεις trigger και κατωφλίου (χωρίς αλλαγή της Vcc). Όταν ο ακροδέκτης 5 δε χρησιµοποιείται πρέπει να γειώνεται µέσω ενός πυκνωτή 0.01µF, για να µην υπάρξουν προβλήµατα που προκαλούνται από θορύβους.

3 Σελίδα 3 από 8 Ακροδέκτης 6 (Κατώφλι): Ο ακροδέκτης αυτός συνδέεται εσωτερικά µε τη µη αναστρέφουσα είσοδο (+) του µη αναστρέφοντος συγκριτή. Όταν λοιπόν η τάση στον ακροδέκτη αυτόν γίνει µεγαλύτερη από τα 2/3 Vcc, τότε ενεργοποιείται η είσοδος 5 του F.F.(S= 1 ) µε αποτέλεσµα η έξοδος του Q να γίνει HIGH και η έξοδος του 555 (pin 3) LOW (λόγω του αναστροφέα). Ακροδέκτης 7 (Εκφόρτιση): Ο ακροδέκτης αυτός συνδέεται εσωτερικά µε το συλλέκτη του NPN transistor και εξωτερικά µε έναν πυκνωτή. Όταν η έξοδος του 555 βρίσκεται σε HIGH στάθµη τάσης, το NPN transistor, λειτουργεί σαν ανοικτός διακόπτης. Ενώ όταν η έξοδος του 555 βρίσκεται σε LOW στάθµη τάσης, το NPN transistor, λειτουργεί σαν κλειστός διακόπτης, µ αποτέλεσµα να συµπεριφέρεται σαν βραχυκύκλωµα για τον πυκνωτή. Ακροδέκτης 8 (Θετική τάση τροφοδοσίας +Vcc): Σ αυτόν εφαρµόζεται τάση τροφοδοσίας +Vcc, η οποία παίρνει τιµές από +5V έως και +18V. 6 η : Συγκριτής τάσης ονοµάζουµε ένα ηλεκτρονικό εξάρτηµα ( τελεστικός ενισχυτής ανοικτού βρόγχου) που έχει δύο εισόδους: την αναστρέφουσα (-) και τη µη αναστρέφουσα (+). Συνήθως στη µια από τις δύο εφαρµόζεται µια τάση αναφοράς Vref, η οποία συγκρίνεται µε την άλλη είσοδο. Αναστρέφων ονοµάζεται ο συγκριτής όπου η τάση αναφοράς συνδέεται στη µη αναστρέφουσα (+) είσοδο και η προς σύγκριση τάση στην αναστρέφουσα (-) είσοδο. Μη αναστρέφων ονοµάζεται ο συγκριτής όπου η τάση αναφοράς συνδέεται στην αναστρέφουσα (-) είσοδο και η προς σύγκριση τάση στη µη αναστρέφουσα (+) είσοδο. Ο Τ.Ε. βγάζει στην έξοδο HIGH αν η τάση στη µη αναστρέφουσα είσοδο (+) είναι µεγαλύτερη από την τάση στην αναστρέφουσα είσοδο (-). Ο Τ.Ε. βγάζει στην έξοδο LOW αν η τάση στην αναστρέφουσα είσοδο (-) είναι µεγαλύτερη από την τάση στη µη αναστρέφουσα είσοδο (+). Αν είναι ίσες οι δύο είσοδοι του T.E. τότε η έξοδος του δίνει ΜΗ ΕΝ (θεωρητικά).

4 Σελίδα 4 από 8 Απαντήσεις στο φυλλάδιο 53 1 η : Το Ο.Κ.555 ως µονοσταθής πολυδονητής είναι µια γεννήτρια παλµών, η διάρκεια της οποίας καθορίζεται από ένα δικτύωµα RC, που συνδέεται εξωτερικά. Το κύκλωµα αυτό παρουσιάζει δύο καταστάσεις: Μια σταθερή, όπου η τάση εξόδου είναι περίπου ίση µε µηδέν («0»). Μια ασταθή, όπου η τάση εξόδου είναι υψηλής στάθµης («1»). Η υψηλή στάθµη στην έξοδο λαµβάνεται όταν στην είσοδο 2 εφαρµοστεί ένας παλµός µε µέτωπο καθόδου, και απόλυτη τιµή τάσης µεγαλύτερη από το 1/3 της Vcc. Η διάρκεια του παλµού, δηλαδή ο χρόνος που η έξοδος θα είναι σε HIGH στάθµη τάσης εξαρτάται από την τιµή της RC. Μετά την παρέλευση αυτού του χρόνου, η έξοδος επανέρχεται αυτόµατα σε σταθερή κατάσταση («0») και παραµένει έτσι µέχρι να εφαρµοστεί νέος παλµός στο ποδαράκι 2. ( χρόνος διάρκειας παλµού t p = 1.1 R1 C1 ) Η έξοδος του µονοσταθή πολυδονητή θα παραµείνει στην κατάσταση αυτή έως το τέλος του χρόνου t p, ανεξάρτητα αν στη διάρκεια του επέλθει κι άλλος παλµός trigger. Ο µόνος τρόπος επανόδου του πολυδονητή στη σταθερή κατάσταση είναι να θέσουµε στο ποδαράκι 4 µια αρνητική τάση «0».

5 Σελίδα 5 από 8 2 η : Οι κυµατοµορφές εισόδου εξόδου του µονοσταθή πολυδονητή δίνονται: Παρατηρούµε ότι η διάρκεια του παλµού trigger πρέπει να είναι µικρότερη από την διάρκεια του παλµού της εξόδου του Ο.Κ η : Για την επιλογή των τιµών της αντίστασης R 1 και του πυκνωτή C 1, ώστε να πετύχουµε την επιθυµητή διάρκεια παλµού t p, χρησιµοποιούµε τις παρακάτω χαρακτηριστικές καµπύλες.

6 Σελίδα 6 από 8 Απαντήσεις στο φυλλάδιο 54 1 η : Ο ασταθής πολυδονητής, που λέγεται και πολυδονητής ελεύθερης ταλάντωσης (free running), είναι ένα κύκλωµα το οποίο παράγει στην έξοδό του µια τετραγωνική κυµατοµορφή και καµιά από τις δύο καταστάσεις της εξόδου δεν είναι σταθερή. Ο ασταθής πολυδονητής δε χρειάζεται εξωτερικούς παλµούς διέγερσης για την αλλαγή της κατάστασης εξόδου και γι αυτό ονοµάζεται «κύκλωµα ελεύθερης ταλάντωσης». Ο κύκλος εργασίας της τετραγωνικής κυµατοµορφής εξόδου καθορίζεται από δύο αντιστάσεις και έναν πυκνωτή που συνδέονται εξωτερικά στο Ο.Κ.555 (R 1, R 2, C 1 ). 1. Όταν εφαρµόσουµε την τάση τροφοδοσίας, τότε στην έξοδο (pin3) έχουµε τη λογική κατάσταση «1». Αυτό οφείλεται λόγω του αναστροφέα γιατί η έξοδος Q του FF είναι σε λογική κατάσταση «0», επειδή R=1 και S=0. Πράγµατι στον αναστρέφοντα συγκριτή η έξοδος βρίσκεται σε λογικό «1» (R=1), γιατί η τάση στο pin2 είναι µικρότερη (τάση πυκνωτή 0V) από το 1/3 Vcc που εφαρµόζεται στη µη αναστρέφουσα (+) είσοδό του. Ταυτόχρονα το NPN transistor είναι σε αποκοπή (λόγω του Q=0) και ο πυκνωτής C 1 φορτίζεται µέσω αντιστάσεων R 1 και R 2. Η έξοδος του µη αναστρέφοντος συγκριτή είναι «0» (S=0), γιατί η τάση στο pin6 είναι µικρότερη από την τάση που εφαρµόζεται στον αναστρέφουσα (-) είσοδο του (2/3 Vcc). 2. Όταν η τάση του C 1 γίνει µεγαλύτερη από το 1/3 Vcc και µικρότερη από 2/3 Vcc, τότε ο αναστρέφων συγκριτής λειτουργεί όπως προηγουµένως (S=0), ενώ ο αναστρέφων συγκριτής στην έξοδο του αλλάζει κατάσταση (R=0) ( γιατί η τάση στην αναστρέφουσα είσοδο (-) είναι

7 Σελίδα 7 από 8 µεγαλύτερη από το 1/3 Vcc που εφαρµόζεται στην µη αναστρέφουσα είσοδό του (+) ). Έτσι το FF παραµένει αµετάβλητο. 3. Όταν η τάση του C 1 γίνει λίγο µεγαλύτερη από τα 2/3 Vcc, τότε ο αναστρέφων συγκριτής παραµένει ως έχει (R=0), ενώ ο µη αναστρέφων συγκριτής στην έξοδό του αλλάζει κατάσταση (S=1) ( γιατί η τάση στη µη αναστρέφουσα είσοδο (+) είναι µεγαλύτερη από τα 2/3 Vcc που εφαρµόζονται στην αναστρέφουσα είσοδο του (-) ). Τότε η έξοδος Q γίνεται λογικό «1». 4. Η έξοδος του 555 (λόγω αναστροφέα) γίνεται «0», ενώ το NPN transistor οδηγείται σε κατάσταση αγωγιµότητας και ο πυκνωτής εκφορτίζεται µέχρι η τάση στα άκρα του ν γίνει λίγο µικρότερη από το 1/3 Vcc. Η έξοδος Q του FF γίνεται πάλι «0» (R=1) και η έξοδος του 555 πάλι HIGH. Ο κύκλος αυτός επαναλαµβάνεται όσο υπάρχει τροφοδοσία στο 555. Στο διπλανό σχήµα παρατηρούµε ότι ο πυκνωτής φορτίζεται και εκφορτίζεται µεταξύ των τιµών 2/3 Vcc και 1/3 Vcc. Η εκφόρτιση του πυκνωτή δεν είναι ακαριαία, όπως συµβαίνει στον µονοσταθή πολυδονητή, γιατί τώρα το ρεύµα εκφόρτισης παρεµβάλλεται η αντίσταση R 2 2 η : Ο χρόνος που φορτίζεται ο πυκνωτής από την τάση 1/3Vcc στην τάση 2/3Vcc είναι ίσος µε το χρόνο που η έξοδος παραµένει σε HIGH στάθµη τάσης ( Vcc) και δίνεται από: t ON ( R1 + R2) 1 = C 3 η : Ο χρόνος που εκφορτίζεται ο πυκνωτής από την τάση 2/3Vcc στην τάση 1/3Vcc είναι ίσος µε το χρόνο που η έξοδος παραµένει σε LOW στάθµη τάσης ( 0V) και δίνεται από: t OFF = R2 C1 4 η : Η περίοδος της κυµατοµορφής εξόδου είναι: T = ton + toff = ( R1 + 2R2) C1 5 η : Η συχνότητα των ταλαντώσεων του ασταθή πολυδονητή δίνεται: f Παρατηρούµε ότι η συχνότητα είναι ανεξάρτητη της τροφοδοσίας Vcc = =. T ( R1 + 2R2) C1 6 η : Ο κύκλος εργασίας ή λειτουργίας της τετραγωνικής κυµατοµορφής εξόδου στον 555 δίνεται: t κ ύκλοςεργασίας % = T ON R1 + R2 100% = R + 2R % Από τη σχέση αυτή διαπιστώνουµε ότι δε µπορεί να είναι ποτέ τετραγωνική εφόσον R 1 0.