Astabilní klopný obvod

Příklady zapojení

Verze s bipolárními tranzistory

Astabilní multivibrátor, složený z diskrétních součástek Po zapojení obvodu se začnou oba kondenzátory C1 a C2 nabíjet a tranzistory T1 a T2 se začnou otevírat. +more Jelikož jsou použity reálné tranzistory, které mají (vlivem nedokonalé výroby) mírně odlišné parametry, jeden z tranzistorů se otevře dříve. Za předpokladu, že se dříve otevře tranzistor T1, kondenzátor C1 se začne vybíjet, čímž uzavře tranzistor T2. Kondenzátor C2 se nabíjí a ještě více otevírá T1 (kladná zpětná vazba). V okamžiku, kdy se C1 přebije na opačnou polaritu, vzroste na bázi T2 napětí a ten se začne otevírat. Toto způsobí nabíjení kondenzátoru C1 a vybíjení C2. V tomto okamžiku se obvod skokově překlopí a na výstupu (kolektor jednoho z tranzistorů) se objeví opačná úroveň napětí.

Doba, po jakou bude na výstupu jeden nebo druhý stav je závislá na velikostech použitých součástek:

: t_1 = \ln(2) R_2 C_1 : t_2 = \ln(2) R_3 C_2

Perioda kmitání obvodu je:

: T = t_1 + t_2 = \ln(2) ( R_2 C_1 + R_3 C_2 ) Z toho lze vypočítat frekvenci a střídu: :f = \frac {1} { t_{1} + t_{2}} = \frac {1} {T}

:D = \frac {t_{1}} {t_{1} + t_{2}} = \frac {1} {1 + \frac {t_{2}} {t_{1}} } Takto realizovaný obvod má však dvě nevýhody:

* Čelo (vzestupná hrana) výstupního signálu je zaoblená (doba vzestupné hrany je ovlivněna velikostí rezistoru R1, resp. R4). * Kmitočet je silně závislý na teplotě.

První nevýhoda, velká doba vzestupné hrany, se dá částečně odstranit vložením diod mezi kolektor T1 a bázi T2, resp. kolektor T2 a bázi T1.

Kmitočtovou nestabilitu lze vyřešit přivedením synchronizačních impulzů na bázi jednoho z tranzistorů.

Verze s 555

194x194pixelů +morepng|vpravo|náhled|190x190bod|Vnitřní_schéma_a_zapojení_integrovaného_NE555'>obvodu 555 jako AKO Na začátku je kondenzátor C vybitý (není na něm žádné napětí) a výstup obvodu OUT je v logické jedničce. Poté se kondenzátor C začne nabíjet a jakmile dosáhne hodnoty 2/3 napájecího napětí (VCC), vstup č. 6 (THR) způsobí, že výstup komparátoru K1 svým kladným napětím resetuje KO RS. Na výstupu č. 3 (OUT) se objeví logická nula.

Zároveň se ale otevře vybíjecí tranzistor, jehož kolektor (pin č. 7, DIS) spojí kondenzátor C se zemí a ten se tak začne vybíjet. +more Jakmile se kondenzátor vybije na hodnotu menší jak 1/3 napájecího napětí, výstup komparátoru K2 nastaví KO RS a tím pádem se na výstupu opět objeví logická jedna a vybíjecí tranzistor se uzavře. Dochází k nabíjení kondenzátoru.

Doba, po kterou se kondenzátor nabíjí je ovlivněna velikostí jeho kapacity a velikostí odporů R1, R2. Naopak velikost vybíjecí doby je závislá pouze na velikosti kondenzátoru a rezistoru R2. +more Rezistor R1 nemá na vybíjení vliv, protože kondenzátor se vybíjí přes tranzistor (pin č. 7).

:t_{nab}=\ln (2) \cdot C (R_1 + R_2) \approx 0.693 \cdot C (R_1 + R_2) :t_{vyb}=\ln (2) \cdot C R_2 \approx 0,693 \cdot C R_2 Délka periody signálu je pak:

:T = t_{nab} + t_{vyb} = \ln(2) \cdot C (R_1 + 2R_2) Z toho lze vypočítat frekvenci a střídu: :f = \frac {1} { t_{nab} + t_{vyb}} = \frac {1} {T}

:D = \frac {t_{nab}} {t_{nab} + t_{vyb}} = \frac {1} {1 + \frac {t_{vyb}} {t_{nab}} }

Při tomto zapojení astabilního obvodu bude střída vždy větší než jedna polovina, protože pro D = 0,5 by muselo platit:

:R_2 = R_1 + R_2Modifikovaný AKO s 555 Tedy rezistor R1 = 0 Ω. +more Rezistor R1 však musí mít nenulovou hodnotu odporu, protože při vybíjení kondenzátoru přes kolektor vybíjecího tranzistoru by nastal zkrat napájecího zdroje, což může v nejhorším případě způsobit zničení tranzistoru. Rezistor R1 tedy nesmí být v zapojení vynechán. Tento problém se dá ovšem snadno vyřešit připojením diody (doporučený typ 1N4148) paralelně k R2, takže se C nabíjí pouze přes jeden odpor a diodu a přes druhý odpor se vybíjí. Potom platí:.

:t_{nab} = \ln({\frac {2U_{CC}- 3u_{D}}{U_{CC}- 3u_{D}}})R_1 C ,

což se při zanedbání úbytku na diodě (uD = 0) zjednoduší na:

:t_{nab}=\ln (2) \cdot C R_1 \approx 0,693 \cdot C R_1

Další možnost je vynechat oba odpory, pin 7 ponechat volný a C připojit přes jeden odpor k pinu 3.

Zpravidla se volí rezistory, aby platilo: R_1 \ll R_2, například: R_1 = 1 \; k\Omega; R_2 = 100\; k\Omega

Verze s operačním zesilovačem

Zapojení AKO s OZ Astabilní klopný obvod realizovaný operačním zesilovačem dosahuje na výstupu kladného nebo záporného saturačního napětí. +more Také se toto zapojení nazývá relaxační oscilátor. Frekvence výstupního signálu je dána vzorcem:.

f = \frac{1}{2RC \cdot \ln (3)} = \frac{1}{2,2 \cdot RC}

Verze s logickými hradly

Astabilní klopný obvod sestavený z hradel NAND Astabilní klopný obvod lze realizovat i pomocí logických hradel, a to jak NAND tak NOR. +more Předpokládejme nyní, že na vstupu prvního hradla (na obrázku více vpravo) je nejprve logická nula. Mezi oběma hradly je tak logická jedna a na výstupu opět logická nula. Tím pádem, je kondenzátor připojen přes rezistor k napájecímu napětí a nabíjí se. Až překročí určitou mez, dostane se na vstup prvního hradla logická jednička, mezi hradly tak bude nula a výstup se překlopí do jedničky. Tím je kondenzátor připojen k napájení s opačnou polaritou a začne se vybíjet. Až napětí klesne pod určitou mez, na vstupu bude opět nula a rovněž výstup se překlopí do nuly a tento cyklus se opakuje. Frekvence takto vzniklých kmitů je stejně jako v předchozím případě:.

f = \frac{1}{2RC \cdot \ln (3)} = \frac{1}{2,2 \cdot RC}

Odkazy

Reference

Literatura

HÁJEK, J. : 2× ČASOVAČ 555: praktická zapojení, nakladatelství BEN - technická literatura, . +more * MALINA, V. : Digitální technika, nakladatelství KOPP, * Mašláň, M. , D. Žák : Logické obvody I. , PřF UP Olomouc, 1993 * Doc. Ing. Jiří Bayer, CSc; Dr. Ing. Zdeněk Hanzálek; Ing. Richard Šusta: [url=https://web. archive. org/web/20100414152452/http://dce. felk. cvut. cz/lor/prednasky/skripta/kap0. pdf]Logické systémy pro řízení[/url], Vydavatelství ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Praha, 2000,.

Související články

Monostabilní klopný obvod * Bistabilní klopný obvod * Schmittův klopný obvod

* NE555 * Logický člen

Externí odkazy

[url=://maturitanazamku.kvalitne.cz/pdf/ELN5.pdf

[[Kategorie:Číslicová technika]url=http://elektro. fs. +morecvut. cz/ZS/2142008. pdf/01. pdf]Elektrické parametry logických obvodů, kombinační logické obvody[/url] na webu Fakulty strojí ČVUT * [url=https://web. archive. org/web/20100414151929/http://dce. felk. cvut. cz/lor/prednasky/skripta/kap1. pdf]Logické řízení[/url] na webu Fakulty elektrotechnické ČVUT * [url=https://web. archive. org/web/20100414152459/http://dce. felk. cvut. cz/lor/prednasky/skripta/kap2_1. pdf]Logické systémy[/url] na webu Fakulty elektrotechnické ČVUT * [url=https://web. archive. org/web/20070606195534/http://lucy. troja. mff. cuni. cz/~tichy/kap6/6_5. html]Elektronika, Sekvenční logické systémy[/url] na webu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy * Tranzistorové klopné obvody:[/url]] Kategorie:Elektronické oscilátory Kategorie:Elektronické obvody.