Ждущие мультивибраторы (одновибраторы)

Ждущим мультивибратором называется формирователь импульсов, длительность которых не зависит от длительности входного импульса.

Ждущие мультивибраторы выпускаются в виде самостоятельных микросхем, а так же организуются на основе триггеров либо типовых логических элементов , . В последнем случае обычно обходятся двумя – четырьмя элементами из одного корпуса. Поскольку в схемах одновибраторов эти элементы выполняют свои прямые логические функции, многие схемные решения допускают реализацию как на микросхемах ТТЛ, так и на КМОП-структурах, хотя специфика каждого вида логики накладывает свои условия.

На рисунке 31 а представлена схема ждущего мультивибратора на основе синхронного D-триггера; временные диаграммы к ней представлены на рисунке 31 б.

а)

б)

Рисунок 31 – Ждущий мультивибратор на основе синхронного D-триггера

Преимущество ждущих мультивибраторов – специализированных микросхем (К155АГ1, К155АГ3, К555АГ3) перед подобными приборами, собранными на логических элементах, состоит не только в меньшем количестве навесных деталей и внешних соединений, но и главным образом в большей временной стабильности выходных импульсов и более широких функциональных возможностях.

1.9 Выходные УСО (2.2.7)

Для связи объекта с арифметико-логическим устройством (АЛУ) используют устройство связи с объектом (УСО). В качестве объекта могут быть использованы: реле, светодиод, лампочка и другие устройства.

Если в АЛУ используется ТТЛ логика, то применяют две схемы включения. Если ток через нагрузку не превышает 1 мА, то используют первую схему, которая изображена на рисунке 32а. Нагрузку подключают между 0В и выходом ТТЛ. Для включения нагрузки на выходе ТТЛ должен присутствовать сигнал равный логической единице. Это связано с тем, что когда на выходе ТТЛ присутствует логическая единица, то работает верхний транзистор в выходном каскаде усиления ТТЛ, а максимальный ток который он пропускает равен 1 мА. Схема выходного каскада в ТТЛ представлена на рисунке 32в. Если ток, протекающий через нагрузку, не превышает 16 мА, то применяют схему включения изображенную на рисунке 32б. Здесь нагрузку подключают между напряжением питания (Uп=5В) и выходом элемента ТТЛ. Для включения нагрузки на выходе должен присутствовать сигнал логического 0. Тогда верхний транзистор находится в закрытом состоянии, а нижний - в открытом, и ток проходит от +Uп через нагрузку и нижний транзистор. Ток через нижний транзистор не должен превышать 16 мА.

а б в

Рисунок 32

Для подключения более мощных нагрузок можно использовать элементы ТТЛ с открытым коллекторным выходом, что означает отсутствие верхнего транзистора выходного каскада (см. рисунок 33а). У таких элементов выход маркируется знаком ◊. Схема подключения показана на рисунке 33б. Нагрузка подключается логическим 0. Время срабатывания у таких элементов не нормируется, но обычно ниже, чем у обычных. Элементы с открытым коллекторным выходом могут коммутировать напряжение питания нагрузки U_п2 более 5В, как это показано на рисунке 33б. Кроме того, для увеличения выходного тока такие элементы, находящиеся в одном корпусе, можно соединять параллельно (см. рисунок 33в).

а б в

Рисунок 33

Если в качестве нагрузки используется нелинейный элемент, у которого внутреннее сопротивление или падение напряжения на нем задано в диапазоне, то для стабилизации тока через нагрузку приходится устанавливать балластное сопротивление, величину которого определяют по формуле:

,

где Uп напряжение питания нелинейного элемента;

- падение напряжения на нелинейном элементе.

Схема подключения и графическое решение представлено на рисунке 34.

Рисунок 34

Если необходимо подключить нагрузку с током больше чем позволяют элементы с открытым коллектором, то приходится использовать дополнительный силовой транзистор, работающий в ключевом режиме. Схема подключения показана на рисунке 35. Ток по нагрузке в этой схеме протекает при единичном выходном сигнале логического элемента.

Рисунок 35

Сопротивление в цепи базы рассчитывается по формуле

,

где Uн1 – выходное напряжение логического элемента;

ΔUбэ –падение напряжения на переходе база – эмиттер;

1 мА – допустимый выходной ток логического элемента.

Если нагрузка носит индуктивный характер, то параллельно ей подключается диод.

При подключении нагрузки к КМОП элементам приходится использовать схему с дополнительным транзистором, изображенную на рисунке 35.

2 Требования к графической части

2.1 Схемы. Общие положения [13] ( ГОСТ 2.701-84).

Виды схем	Типы схем
А - Автоматизации	1 - Структурные
Э - Электpические	2 - Функциональные
Р - Энергетические	3 - Принципиальные
С – Комбинированные	4 - Соединений
К - Кинематические	5 - Подключения
Г - Гидpавлические	6 – Общие
П - Пневматические	7 - Расположения
О - Оптические	0 - Объединения
В - Вакуумные
Г - Газовые
Е – Деления

Схемы, как и чертежи, выполняются для изделий.

В электрических схемах [13] (ГОСТ 2.702-75). применяются следующие типы линий: сплошная (изображение электрических связей, графические обозначения элементов); штриховая (изображение механических связей, экранов); штрихпунктирная (условные границы устройств, функциональных групп).

Линии связи должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков с наименьшим количеством изломов и взаимных пересечений. Графические обозначения элементов и линии связи выполняют линиями одинаковой толщины. Рекомендуемая толщина линий связи от 0,2 до 1,0 мм. Допускается выделять силовые цепи.

Расстояние между соседними параллельными линиями связи должно быть не менее- 5 мм. Допускается обрывать линии связи, которые должны быть закончены стрелками, с указанием: мест подключения (D12:4), обозначения (b) или наименования (+5В), присвоенного этой линии. Кроме указанных стрелок, линии связи могут заканчиваться следующим образом (см. рисунок 36):

Неразборное соединение (пайка, контактная площадка)	Разборное соединение (клемма, зажим)	Разъемное соединение (штырь)	Разъемное соединение (гнездо)	Соединение с корпусом	Заземление Соединение с защитным заземляющим проводником
Рисунок 36

2.1.1 Электрические структурные схемы (Э1)

Структурная схема определяет основные функциональные части изделия, их назначение и связи и служит для общего ознакомления с изделием. На схеме раскрывается не принцип работы отдельных функциональных частей, а только взаимодействие между ними. Поэтому составные части изделия изображают упрощенно в виде прямоугольников, соединенных линиями со стрелками. Допускается указывать сокращенное или условное наименование, которое должно быть пояснено на поле схемы. На схеме помещают поясняющие надписи, диаграммы, таблицы, указания параметров в точках (величины токов, напряжений, формы и величины импульсов), математические зависимости и т. п.

2.1.2 Электрические функциональные схемы (Э2)

Функциональная схема изображает функциональные части изделия (элементы устройства и функциональные группы) и связи между ними с разъяснением последовательности процессов, протекающих в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом.

Функциональные части схемы принято изображать в виде прямоугольников с указанием позиционных обозначений функциональных групп, устройств, элементов, присвоенных им на принципиальной схеме, и (или) их наименований; типов; технических характеристик функциональных частей; поясняющих надписей, диаграмм, таблиц, параметров в характерных точках.

Наименования, типы и обозначения рекомендуется вписывать в прямоугольники или располагать сверху или справа от функциональных частей.

Пример оформления функциональной схемы представлен в приложении В.

2.1.3 Электрические принципиальные схемы (Э3)

Принципиальная схема определяет полный состав элементов и связи между ними и дает детальное представление о принципах работы изделия. На ней изображают все электрические элементы или устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также элементы (соединители, зажимы и т. п.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи в соответствии с ЕСКД.

Допускается сливать в одну общую линию несколько электрически не связанных линий связи. При этом, каждую линию на обоих концах помечают порядковым номером. Общие линии связи допускается выполнять утолщенными. Сливаемые линии должны быть изображены под прямым углом к общей линии или с изломом под углом 45.Надписи, знаки или графические обозначения ("Сеть", "регулировка", "220 В"), которые должны быть нанесены на изделие, заключают в кавычки.

В изделии, в которое входят несколько разных устройств, на каждое из них рекомендуется выполнять самостоятельную схему. Если в изделие входят несколько одинаковых устройств, не имеющих самостоятельных принципиальных схем или одинаковых функциональных групп, то на схеме изделия допускается не повторять схемы этих устройств. При этом устройство или функциональную группу изображают в виде прямоугольника, а схему такого устройства изображают внутри одного из прямоугольников или помещают на поле схемы с соответствующей надписью. На поле схемы допускается помещать текстовые данные.

На одной схеме рекомендуется использовать не более двух соседних размеров шрифтов.

Пример оформления электрической принципиальной схемы представлен в Приложении Б.

Каждому элементу присваивается позиционное обозначение[13] ГОСТ 2.710-81, содержащие буквенную информацию о виде элемента (устройства, функциональной группы) – (см. приложение В) и его порядковом номере в пределах данного вида. Порядковые номера присваивают, начиная с единицы, в пределах группы с одинаковыми позиционными обозначениями в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме, считая, как правило, сверху вниз в направлении слева направо. Позиционное обозначение проставляют рядом с условным графическим обозначением (УГО) элемента с правой стороны или над ним.

2.1.4 Особенности оформления схем, содержащих элементы цифровой техники

УГО двоичного логического элемента имеет форму прямоугольника (рисунок 37), который может содержать три поля: основное и два дополнительных.

Рисунок 37

Дополнительные поля располагаются справа и слева от основного поля. Эти поля выполняются, если функциональное назначение входов или выходов не одинаковое. Допускается дополнительные поля разделять на зоны, которые отделяют горизонтальной чертой. Напротив первого входа основного поля помещают обозначение функции элемента.

Способы изображения различных типов входов выполнены на рисунке 38.

Входы элементов изображают с левой стороны от УГО, выходы - с правой стороны. Допускается поворачивать УГО на угол 90, при этом входы располагаются сверху, выходы - снизу. Размеры УГО по высоте должны быть кратны постоянной величине C/2, где C (ширина основного поля) - не менее 10 мм. При этом расстояние между горизонтальной стороной прямоугольника и ближайшей линией вывода должно быть не менее и кратным величине C/2. Размер УГО по ширине определяется наличием дополнительных полей, количеством знаков внутри основного поля, размером шрифта. Ширина дополнительного поля должна быть не менее 5 мм. Электропитание на схеме показывают в виде таблицы или текста.

2.1.5 Перечень элементов

Все сведения об элементах, входящих в состав изделия и изображенных на схеме, записывают в перечень элементов, который помещают на первом листе схемы или выполняют в виде самостоятельного документа.

В первом случае перечень оформляют в виде таблицы, заполняемой сверху вниз, как правило, над основной надписью на расстоянии не менее 12 мм от нее. Продолжение перечня помещают слева от основной надписи, повторяя головку таблицы.

Во втором случае перечень элементов выполняют на формате А4 с присвоением шифра, состоящего из буквы П (перечень) и кода схемы, к которой выпускается перечень, например: ПЭ3 - перечень элементов к принципиальной электрической схеме.

В графах перечня указывают следующие данные:

• "Поз.обозначение" - позиционное обозначение элемента, устройства или обозначение функциональной группы;

• "Наименование" - наименование элемента (устройства) в соответствии с документом, на основании которого этот элемент применен, а так же обозначение этого документа (ГОСТ, ТУ в учебных проектах можно не указывать).

• "Количество"

• "Примечание" - технические данные элемента, не содержащиеся в его наименовании (при необходимости);

Элементы записывают в перечень группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений. В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров. Элементы одного типа с одинаковыми электрическими параметрами, имеющие на схеме последовательные порядковые номера, допускается записывать в перечень в одну строку. В этом случае в графу "Поз.обозначение" вписывают только позиционные обозначения с наименьшим и наибольшим порядковыми номерами, например: R3, R4, С8...С12, а в графу "Количество" - общее количество таких элементов.

Запись элементов, входящих в состав устройства, которые не имеют самостоятельных принципиальных схем, начинают с соответствующего заголовка. Заголовок записывают в графе "Наименование" и подчеркивают. Если в изделии несколько одинаковых устройств или функциональных групп, то в перечне указывают количество элементов, входящих в одно устройство. Общее количество одинаковых устройств(функциональных групп) указывают в графе "Количество" в одной строке с заголовком.

Позиционные обозначения элементов, параметры которых подбирают при регулировании, отмечают на схеме и в перечне звездочкой (например, R1*), на поле схемы помещают запись: "Подбирают при регулировании". В перечне указывают наименование и параметр элемента, близкого к расчетному.

Перечень элементов записывается в спецификации после схемы, к которой он выпущен.

3 Разработка печатной платы [13]

Сущность печатного монтажа за­ключается в нанесении на изоляцион­ное основание тонких электропрово­дящих покрытий, выполняющих фун­кции монтажных проводов и элемен­тов схемы — резисторов, конденсато­ров, катушек индуктивности, кон­тактных деталей и др.

Конструкторская документация на печатные платы и блоки оформля­ется в соответствии с требованиями ГОСТ 2 109 73, ГОСТ 2 417-68 и действующими нормативно техническими документами. Чертеж печатной платы односторонней или двусторонней классифицируется, как чертеж детали. Чертеж печатной платы должен содержать все сведения, необходимые для ее изготовления и конт­роля, изображение печатной платы со стороны печатного монтажа, размеры, предельные отклонения и шероховатость поверхностей печатной платы и всех ее элементов (отверстий, проводников), а также размеры расстояний между ними, необходимые технические требования, сведе­ния о материале.

Размеры каждой стороны печат­ной платы должны быть кратными 2,5 при длине до 100 мм, 5 при длине до 350 мм, 20 при длине более 350 мм. Максимальный размер любой из сторон печатной платы не должен пре­вышать 470 мм. Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3:1 и выбира­ется из ряда 1:1, 1:2, 2:3, 2:5. Тол­щину плат определяют исходя из механических требований, предъявляемых к конструкции печатного блока, с учетом метода изготовления. Рекомендуются платы толщиной 0,8, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 мм. Чертежи печатных плат выполняют в натуральную величину или с увеличением 2:1, 4:1, 5:1, 10:1

Разработку чертежа печатной платы начинают с нанесения коорди­натной сетки. За основной шаг пря­моугольной координатной сетки по ГОСТ 10317 79 принимается 2,5 мм. Для малогабаритной аппаратуры и в технически обоснованных случаях допускается применять дополнительные шаги 1,25 и 0,5 мм

Центры всех отверстий на печатной плате должны располагаться в узлах координатной сетки. Если из-за конструктивных особенностей навесного элемента этого сделать нельзя, то центры отверстий распола­гают согласно указаниям чертежа на этот элемент. Такое расположение центров отверстий используют для ламповых панелей, малогабаритных реле, разъемов и других элементов. При этом должны соблюдаться сле­дующие требования центр одного из отверстий, принятого за основное, должен быть расположен в узле координатной сетки, центры осталь­ных отверстий нужно по возможно­сти располагать на вертикальных или горизонтальных линиях коорди­натной сетки Диаметры монтажных и переход­ных металлизированных и не металлизированных отверстий выбирают из ряда (0,2), 0,4, (0,5), 0,6, (0,7), 0,8, (0,9), 1,0, (1,2), 1,3,1,5, 1,8; 2,0, 2,2, (2.4), (2,6), (2,8), (3,0) Диаметры, не взятые в скобки, являются предпочтительными. Не рекоменду­ется на одной печатной плате иметь более трех различных диаметров отверстий. Диаметры металлизиро­ванных отверстий выбирают в зави­симости от диаметров выводов навесных элементов и толщины платы, а диаметры не металлизированных отверстий в зависимости от диа­метров выводов навесных элементов, устанавливаемых в эти отверстия. Необходимость зенковки монтажных и переходных отверстий диктуется конкретными конструк­тивными требованиями и методом изготовления платы

Шероховатость поверхности монтажных не металлизированных отверстий и торцов печатных плат должна быть Rz<80 по ГОСТ 2789-73, Ше­роховатость поверхности монтажных и переходных металлизированных от­верстий — Rzг<40.

Для упрощения графики платы отверстия показывают окружностями одинакового диаметра с обозначением по таблице 3 (по ОСТ 27 72 694-834). Допускается выбирать свои условные обозначения отверстий.

Таблица 3

При выполнении отверстий таким способом на поле чертежа помещают таблицу отверстий. Раз­меры граф и форма таблицы ГОСТом не устанавливаются

Все монтажные отверстия долж­ны иметь контактные площадки. Фор­ма контактной площадки может быть произвольной, круглой, прямоуголь­ной или близкой к ним. Центр кон­тактной площадки симметричной формы должен совпадать с центром монтажного отверстия, для контакт­ных площадок прямоугольной и овальной форм, центр монтажного от­верстия может быть смещен. Печатные проводники следует изображать в виде отрез­ков линий, совпадающих с линиями координатной сетки, или под углом, кратным 15°. Допускается выполне­ние проводников произвольной кон­фигурации и скругление перегибов проводников.

Печатные проводники следует вы­полнять одинаковой ширины на всем протяжении. В узких местах сужают проводники до минимально допу­стимых значений на возможно мень­шей длине. Взаимное расположение проводников не регламентируется. При необходимости прокладки про­водников шириной 0,3—0,4 мм на всем протяжении рекомендуется че­рез 25—30 мм предусматривать рас­ширение проводника типа контакт­ной площадки.

Проводники шириной менее 2,5 мм изображают одной линией, являю­щейся осью симметрии проводника, более 2,5 мм — двумя линиями и штрихуют под углом 45° или зачер­няют. Проводники шириной более 5 мм следует выполнять как экран. Форма вырезов в широ­ких проводниках и экранах должна быть показана на чертеже и опре­делена размерами. В целях упрощения чертежа допус­кается выполнять проводники любой ширины одной линией, при этом в технических требованиях чертежа указывают ширину проводника.

Габаритные размеры печатной платы, диаметры и координаты отверстий, контактных площадок и их относительное расположение показывают на чертеже одним из следующих способов

а) в соответствии с требования ми ГОСТ 2 307-68 с помощью раз­мерных и выносных линий,

б) нанесением координатной сетки,

в) комбинированным способом при помощи размерных и выносных линий и координатной сетки,

г) с помощью таблицы координат

При задании размеров нанесением координатной сетки линии сет­ки должны нумероваться Шаг нуме­рации определяют конструктивно с учетом насыщенности и масштаба изображения Координатную сетку в зависимости от способа выполнения документации наносят на все поле платы или риска­ми по периметру платы Допускается наносить не все линии координатной сетки, при этом на по­ле чертежа помещают запись типа «Линии координатной сетки нанесе­ны через одну». За нуль в прямоугольной системе координат на главном виде платы принимают центр крайнего левого нижнего от­верстия, левый нижний угол платы, левую нижнюю точку, образованную построениями, например продолже­нием линии контура платы, углы, ко­торого срезаны

На поле чертежа указывают метод изготовления платы, технические условия (если не все данные содер­жатся на чертеже), шаг координат­ной сетки, ширину проводников и расстояния между ними, расстояния между контактными площадками, между контактной площадкой и про­водником, допуски на выполнение проводников, контактных площадок, отверстий и расстояний между ними, особенности конструкции, технологии и другие параметры печатных плат.

Технические требования распола­гают над основной, надписью, формулируют и излагают в следующей последовательности;

1 Плату изготовить методом

2.Плата должна соответство­вать (ГОСТ, ОСТ)

3. Шаг координатной сетки 0.25 мм

4 Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке с отклонением от чертежа 1 мм

5 Допускается округление углов контактных площадок и проводников.

6 Места, обведенные штрих пунктирной линией, проводниками не занимать

7 Требования к параметрам эле­ментов платы - в соответствии с конструктивными данными

8 Ширина проводников в свобод­ных местах 1 мм, в узких 0.8 мм

9 Расстояние между двумя про­водниками, между двумя контактны­ми площадками или проводником и контактной площадкой в свободных местах 0.1 мм, в узких 0.05 мм

10. Форма контактных площадок произвольная, bmin=1.5 мм

11.Допускается занижение кон­тактных площадок металлизирован­ных отверстий на наружных слоях до зенковки, на внутренних слоях

12. Предельные отклонения рас­стояний между центрами отверстий, кроме оговоренных особо, в узких местах ± 0.05 мм, в свободных мес­тах ± 0.08 мм

13. Предельные отклонения рас­стояний между центрами контакт­ных площадок в группе ± 0.02 мм.

14. Маркировать эмалью ГОСТ шрифт по ГОСТ,

К числу особенностей печатного монтажа относятся плоское располо­жение печатных проводников, что не позволяет осуществлять переход с одной платы на другую без перемы­чек, переходных колодок или разъе­мов; установка навесных элементов и крепление выводов только путем пропускания их в отверстия; одно­временная пайка всех элементов, ус­тановленных на печатной плате.

Пример выполнения чертежа печатной платы приведен в Приложении

4 Разработка схемы размещения на плате – сборочного чертежа

Навесные элементы следует раз­мещать правильными рядами, параллельно один другому, на той стороне платы, где отсутствуют печатные проводники Такое размещение позволяет устанавливать и закреплять навесные элементы на автоматических линиях и выполнять пайку погружением, исключая воз­действие припоя на навесные элемен­ты.

Все навесные элементы крепятся на плате с помощью выводов, кото­рые вставляют в монтажные отвер­стия и подгибают. Не рекомендуется в монтажном отверстии размещать два и более выводов. Некоторые эле­менты, например маломощные тран­зисторы, крепят клеем

Сборочный чертеж печатной пла­ты при минимальном количестве изо­бражений должен давать полное представление о расположении и вы­полнении всех печатных и навесных элементов и деталей. Сборочный чер­теж выполняют в соответствии с тре­бованиями ГОСТ 2 109-73 с учетом требований ГОСТ 2.413-72 Кон­струкции навесных элементов вычер­чиваются в виде упрощенных изобра­жений, им присваивается буквенно-цифровое позиционное обозначение в соответствии с электрической прин­ципиальной схемой, по которой вы­полняют электрический монтаж пла­ты . На сборочном черте­же печатной платы должны быть ука­заны номера позиций всех состав­ных частей, габаритные и присоеди­нительные размеры, должны содер­жаться сведения о способах присо­единения навесных элементов к пе­чатной плате.

В технических требованиях сбо­рочного чертежа должны быть ссыл­ки на документы (ГОСТ, ОСТ), уста­навливающие правила подготовки и закрепления навесных элементов, сведения о припое и др.

Основным конструкторским доку­ментом сборочного чертежа печат­ной платы является спецификация, оформляемая в виде таблицы по пра­вилам ГОСТ 2 108-68. При записи в спецификацию составных частей, являющихся элементами электрической принципиальной схемы, в графе «Примечание» указывают буквенно цифровые позиционные обозначения этих элементов.

Пример выполнения спецификации приведен в приложении Е.

Разработка конструкторской до­кументации печатных плат может осуществляться ручным, полуавтоматическим или автоматизированным методами.

Ручной метод предусматривает разбивку навесных элементов на функциональные группы, размещение групп элементов на площади платы, трассировку печатных про­водников и обеспечивает оптималь­ное распределение проводящего ри­сунка.

При ручном методе конструи­рования разрабатывается чертеж платы, содержащий изображение платы с проводящим рисунком и от­верстиями, а также, при необходи­мости, дополнительное отдельное изображение части платы, требующей графического пояснения или нанесения размеров, координатную сетку, выполненную в соответствии с требованиями ГОСТ 2417-78, раз­меры всех элементов проводящего рисунка и их предельные отклоне­ния, технические требования. Чертеж платы должен выполняться в мас­штабе не менее 2:1, максимальный формат А1.

Полуавтоматизированный метод предусматривает размещение навес­ных элементов при помощи ЭВМ при ручной трассировке печатных про­водников или ручное распределение навесных элементов при автоматизи­рованной трассировке проводников, обеспечивает ускорение процесса конструирования при оптимальном размещении проводящего рисунка. Чертеж платы должен содержать все сведения, необходимые для ее изго­товления и контроля. Изображение слоев платы получают с расчерчи­вающего устройства в виде чертежа-схемы, фотосхемы, фотоотпечатка в масштабе 1:1 или 2:1.