Circuite pentru generarea impulsurilor

Fisa suport 1. Circuite basculante astabile

Pentru generarea directa a impulsurilor se folosesc frecvent circuitele basculante. Acestea sunt circuite electronice, care sub influenta unui impuls exterior, isi modifica starea, iar trecerea dintr-o stare in alta se face printr-un proces rapid numit basculare. Functionarea acestor circuite electronice se desfasoara in doua etape diferite. O etapa de acumulare in care se produc variatii foarte lente ale tensiunilor si curentilor si o etapa de basculare in care se produc variatii foarte rapide ale tensiunilor si curentilor. De obicei, circuitele basculante sunt realizate din doua tranzistoare (T₁ si T₂) care functioneaza in regim de comutatie, adica un tranzistor este blocat, iar celalalt tranzistor este saturat. Se pot obtine astfel doua stari (o stare in care tranzistorul T₁ conduce, iar tranzistorul T₂ este blocat si cealalta stare in care tranzistorul T₂ conduce, iar tranzistorul T₁ este blocat), iar trecerea dintr-o stare in alta se face rapid prin basculare. Cele doua stari pot fi stabile sau instabile. O stare este stabila daca circuitul ramane in acea stare o perioada nelimitata de timp, in lipsa unui semnal de comanda si este instabila daca circuitul ramane in acea stare un timp limitat, dupa care basculeaza in cealalta stare, fara interventia unui semnal de comanda extern.

Dupa numarul starilor stabile distincte circuitele basculante se pot clasifica in:

circuitele basculante astabile;

circuite basculante monostabile;

circuite basculante bistabile

Circuitele basculante astabile (CBA) numite si multivibratoare nu au nici o stare stabila si trec automat dintr-o stare in alta, dupa un interval de timp bine determinat. Aceasta trecere dintr-o stare in alta, nu este provocata de impulsuri aplicate din exterior. Circuitul basculant astabil are rolul de a genera impulsuri de forma dreptunghiulara, periodice si se utilizeaza pentru producerea semnalelor de sincronizare necesare in aproape toate instalatiile electronice de automatizare si calcul. Din acest motiv el este denumit si ceas, iar semnalele produse se numesc semnale de sincronizare, de ceas, sau de tact. Circuitul basculant astabil este in fond un oscillator.

Un circuit basculant astabil se poate realiza:

cu tranzistoare;

cu porti logice;

cu circuite integrate specializate.

Functionare:

Schema electrica a unui circuit basculant astabil (cu tranzistoare pnp) este prezentata in figura 1.1, iar functionarea sa este pusa in evidenta prin diagramele de variatie ale tensiunilor din figura 1.2. In figurile 1.3 a si b se simuleaza un circuit basculant astabil (cu tranzistoare npn), iar functionarea lui este pusa in evidenta prin diagramele de variatie ale tensiunilor din figurile 1. a si 1.4 b.

La alimentarea schemei electrice, ambele condensatoare sunt descarcate, deci caderea de tensiune pe cei doi condensatori este 0. Presupunem ca tranzistorul T₁ se polarizeaza primul. Deschizandu-se, tensiunea pe colectorul lui se micsoreaza. Condensatorul C₁ nu s-a incarcat inca, astfel caderea de tensiune pe el ramane in continuare 0 si ca urmare tensiunea in baza lui T₂ scade. Tensiunea din colectorul lui T₂ creste, la fel creste si tensiunea din baza lui T₁. Fenomenele se petrec foarte rapid si inainte de incarcarea condensatoarelor, tranzistorul T₁ se satureaza, iar tranzistorul T₂ se blocheaza. Apoi, condensatorul C₁ se incarca prin R_B1 si r_ce1, iar tensiunea in baza tranzistorului T₂ creste suficient cat sa-l deschida. Condensatorul C₂ se incarca si el prin R_c2 si r_be1. Tranzistorul T₂ se deschide si tranzistorul T₁ se blocheaza, deoarece tensiunea din colectorul lui T₂ scade si ca urmare scade si tensiunea din baza lui T₁. Se obtine astfel blocarea tranzistorului T₁ si saturarea tranzistorului T₂. Fenomenul se repeta periodic.

Variatiile tensiunilor din colectoarele tranzistoarelor pot fi considerate ca impulsuri de forma aproximativ dreptunghiulara. Durata fiecarui impuls generat este determinata de timpul necesar potentialului bazei tranzistorului blocat pentru a varia intre zero si valoarea maxima, avand valorile:

T_i = 0,69 C₁R_B1 - perioada impulsului si

T_p = 0,69 C₂R_B2 - perioada pauzei.

In general, stabilitatea perioadei impulsurilor CBA-ului, nu este satisfactoare si necesita frecvent sincronizarea prin impulsuri exterioare, aplicate pe bazele tranzistoarelor, prin condensatoare de capacitati mici, ce determina deschiderea tranzistorului mai repede decat in absenta impulsului si asigura astfel frecventa de lucru dorita.

Sugestii metodologice:

Fisa suport 2. Circuite basculante monostabile

Circuitele basculante monostabile (CBM) au o singura stare stabila in care pot ramane un timp nedefinit. La aplicarea unui impuls din exterior, in starea stabila, aceste circuite trec intr-o noua stare care dureaza un interval de timp bine determinat dupa care revin la starea stabila anterioara. Un circuit basculant monostabil se poate realiza: cu tranzistoare, cu porti logice sau cu circuite integrate specializate (555).

Circuitele basculante monostabile sunt utilizate ca:

circuite de intarziere a impulsurilor;

circuite de temporizare (relee de timp);

formator de impulsuri de o latime data.

Functionare:

Schema electrica a unui circuit basculant monostabil este prezentata in figura 2.1, iar simularea acesteia, in figura 2.2. Functionarea sa este pusa in evidenta prin diagramele de variatie ale tensiunilor din figura 2.3.

Prin alegerea corespunzatoare a parametrilor si fara o interventie exterioara, circuitul basculant monostabil se afla in starea stabila T₁ blocat, T₂ saturat (deoarece rezistenta R_B2, polarizeaza baza, direct de la sursa de tensiune continua +E_c). Potentialul din colectorul lui T₂ este neglijabil. Presupunem ca aplicam pe baza tranzistorului T₁ o intrare de comanda (ca in figura 2.1 sau 2.2), care il aduce in conductie. (Aceasta intrare poate fi pusa si pe baza tranzistorului T₂ si pe colectoarele celor 2 tranzistori.) Astfel, creste curentul de colector al tranzistorului T₁ si scade potentialul lui de colector, care se transmite prin condensatorul C₁ in baza tranzistorului T₂ fortand blocarea acestuia. Acum, scade curentul de colector al tranzistorului T₂ si creste potentialul sau de colector, ce se transmite prin R₁ si C₂, in baza tranzistorului T_1, determinand saturarea tranzistorului T₁. Starea T₁ saturat, T₂ blocat este instabila. Circuitul va ramane in aceasta stare o durata de timp T = 0,69 C₁R_B2, dupa care va bascula in starea initiala stabila.

Sugestii metodologice:

Fisa suport 3. Circuite basculante bistabile

Circuitele basculante bistabile (CBB) au doua stari stabile un timp nelimitat, iar trecerea dintr-o stare in alta este provocata prin aplicarea unui impuls scurt de comanda din exterior. Circuitul basculant bistabil produce la iesire impulsuri de forma dreptunghiulara. Durata starilor stabile depinde de succesiunea impulsurilor semnalului de intrare, deci semnalul de iesire al circuitului basculant bistabil va depinde atat de semnalul aplicat, cat si de starea initiala a circuitului.

Circuitele basculante bistabile sunt utilizate ca:

circuite de memorie;

circuite de deplasare;

circuite de numarare sau divizare a frecventei.

Functionare:

Schema de principiu a circuitului basculant bistabil cea mai raspandita este cea simetrica (figura 3.1), in care se folosesc doua surse de polarizare: pentru colectoarele tranzistoarelor (E_C) si respectiv pentru bazele tranzistoarelor (E_b).

In figura 3.2 se simuleaza schema electrica a unui circuit basculant bistabil, a carui functionare este pusa in evidenta prin diagramele de variatie ale tensiunilor din figurile 3.3.a si 3.3.b. La alimentarea schemei electrice se favorizeaza conductia unui tranzistor fortand blocarea celuilalt tranzistor. Acest fenomen este foarte rapid datorita reactiei pozitive. La aplicarea unui impuls pe baza lui T₁ (figura 3.1), curentul de colector al acestuia creste, iar tensiunea sa de colector scade. Aceste variatii se transmit prin R₁ si R_b1, in baza tranzistorului T₂ si duc la scaderea tensiunii in baza lui T₂, cresterea tensiunii de colector U_C2 si scaderea curentului de colector I_C2. Prin intermediul lui R₂ si R_b2, aceste variatii se transmit , in baza tranzistorului T₁. Astfel, tensiunea in baza tranzistorului T₁ creste, tensiunea de colector U_C1 scade si curentul de colector I_C1 creste. ( unde )

Se obtine starea stabila T₂ blocat, T₁ saturat, stare in care reactia pozitiva isi inceteaza actiunea. Stare stabila T₂ saturat, T₁ blocat, se obtine daca se aplica impulsuri negative in baza tranzistorului in conductie sau in colectorul tranzistorului blocat.

Daca in schema electrica se folosesc tranzistoare npn, se aplica impulsuri negative, iar daca se folosesc tranzistoare pnp se aplica impulsuri pozitive, in bazele sau colectoarele tranzistoarelor, pentru declansarea circuitului basculant bistabil.

In colectoarele celor doua tranzistoare se obtin impulsuri dreptunghiulare (figura 3.3.a), de polaritati opuse si de durata egala cu intervalul dintre doua impulsuri succesive de comanda. Condensatoarele (C₁ si C₂) din schema au rolul de a accelera procesul de comutare de la o stare la alta, prezentandu-se ca un scurtcircuit la variatii bruste ale tensiunii si de a compensa impreuna cu rezistentele (R si R) efectele capacitatilor parazite de intrare ale tranzistoarelor.

Sugestii metodologice:

IV. Fisa rezumat

Unitatea de invatamant

Fisa rezumat

Clasa Profesor_____ _______ ______ _______

V. Bibliografie

Antoniu M., Baltag O., David V, (1999), Masurari electronice, Iasi: Editura Saty

Ceanga, E. Saimac, A. Banu, E. (1981), Electronica Industriala, Bucuresti: Editura Didactica si Pedagogica

Dascalu, D., Turic, L., Hoffman, I., (1981), Circuite electronice, Bucuresti: Editura Didactica si Pedagogica.

Dascalu D., Rusu A., Profirescu M. (1982), Dispozitive si circuite electronice, Bucuresti: Editura Didactica si Pedagogica.

Danila, T., Ionescu-Vaida, M., (1999), Componente si circuite elecronice, manual  pentru clasele XI-XII, licee industriale, Bucuresti: Editura Didactica si Pedagogica.

Florea, S. Dumitrache, I. Gaburici, V. Munteanu, F. Dumitriu, S. Catana, I. (1983). Electronica industriala si automatizari, Bucuresti: Editura Didactica si Pedagogica

VI. Anexe

Sursa de tensiune continua stabilizata ± 12V