Las tolerancias de los componentes deben tenerse en cuenta cuando se utiliza un multivibrador cuya temporización se determina por medios analógicos.
En una columna reciente sobre el tema “Registros vs. Latches vs. Flip-Flops”, el estimado editor Max Maxfield mencionó los multivibradores (astable, monoestable y biestable), por lo que en la sección de comentarios tuvo lugar una discusión. Durante esta discusión, uno de los miembros de la comunidad EEWeb notó que algunos de los multivibradores reactivables fallan cuando se reactivan demasiado cerca de su tiempo de espera.
Es interesante,Pensé. Ha pasado un tiempo desde que usé uno de estos dispositivos. Así que decidí consultar la hoja de datos para ver si este comportamiento se refleja en la documentación del dispositivo.
Primero, veamos un multivibrador monoestable no reactivable. TI tiene CD74HC221que funciona bien como ejemplo (como siempre, recomiendo abrir en pantalla las hojas de datos a las que se hace referencia en estos artículos o imprimirlas para facilitar su comprensión).
La primera página de la hoja de datos indica que se trata de un “multivibrador monoestable dual con reinicio”. La descripción explica que la temporización está controlada por resistencias y condensadores externos, y una vez que se activa, la temporización de salida es independiente de las entradas de activación subsiguientes, pero se puede terminar antes mediante el control de reinicio.
La tabla de verdad de la página 1 muestra que la salida Q normalmente es baja, pero un flanco descendente en la entrada A o un flanco ascendente en la entrada B generará un pulso alto (si las otras entradas están en el estado correcto). Un vistazo rápido al diagrama lógico en la página 3 muestra que esta sección contiene dos flip-flops tipo D y dos pestillos. También algunos amplificadores operacionales y transistores y puertas lógicas esparcidas. Sin embargo, este diagrama es confuso, así que veamos qué hace esta parte.
El propósito de un multivibrador monoestable es permitir que un pulso corto en la entrada se use para crear un pulso largo en la salida. El siguiente diagrama de tiempo muestra cómo funciona esto.
Diagrama de tiempo monoestable (Fuente: Elizabeth Simon)
Tenga en cuenta que este diagrama de tiempo no está a escala. Para ver los pulsos !A y B, tuve que exagerar la señal RxCx. Mirando la señal RxCx, podemos ver que no es una señal digital. Condensador CX Expulsado temporalmente. Al ser liberado, CX Carga a través de la resistencia RXSiempre que RxCx esté por debajo de un umbral (que se muestra aquí como Vth), Q será alto. Dado que este es un multivibrador no reactivable, la lógica evita que RxCx baje cuando Q es alto (esto se indica con la flecha roja).
Porque la longitud del pulso está determinada por la velocidad de C.X carga, que está determinada por el valor de la resistencia (RX) y un capacitor (CX) Ya usado. La página 1 de la hoja de datos tiene la siguiente fórmula utilizada para calcular el ancho de pulso:
tw = 0,7*RX *CX en VCC = 4.5V
Por lo tanto, podemos calcular el ancho de pulso en función del valor de R.X y CX Los que ya están en el circuito existente. Alternativamente, puede crear un ancho de pulso de una longitud específica eligiendo un valor apropiado para R.X y CX.
Es más fácil encontrar resistencias de valor impar que capacitores, así que comience eligiendo el capacitor de valor correcto, luego calcule la resistencia correspondiente para obtener el ancho de pulso deseado. al elegir RX y CX, debe verificar el límite de valor. La única limitación que encontré en la hoja de datos es que el RX debe ser superior a 500 Ω.
Mirando a través de la hoja de datos, encontré algunos gráficos útiles en la página 9. Estos muestran el ancho de pulso de salida en relación con C.X para algunos valores de RXque proporciona un punto de partida conveniente para elegir los valores de los componentes.
Temporización de salida 74HC221 en CX y RX (Fuente: hoja de datos de TI)
Como ejemplo, suponga que desea un ancho de pulso de salida de 1 ms y operar a 5 V. Lectura de la Figura 8, 103 µs (1 ms) cruza 10K RX línea ligeramente por encima de 10Cinco pF (0,1 µF o 100 nF). Esto significa que si elegimos usar un capacitor de 0.1 µF para C,Xnecesito obtener el valor de RX En algún lugar entre 10 kΩ y 50 kΩ. Usemos la fórmula para determinar el valor. resolver la ecuación en RXobtenemos:
rX =tw / (0.7 *CX) = 1 ms / (0,7 * 0,1 μF) = 14,29 kΩ
Si busca el valor de resistencia estándar más cercano en su práctica tabla de resistencias al 1%, encontrará que 14,3 kΩ es un valor estándar. Esto significa que el ancho de pulso es muy cercano a 1 ms.
Pero hay otro factor que no hemos visto antes. Tenemos que considerar que esta parte no es totalmente digital. De hecho, el tiempo es analógico. Debido a la temporización analógica, se deben considerar las tolerancias de los componentes. Dije antes que usaría una resistencia del 1%, pero ¿qué pasa con un capacitor? Desafortunadamente, los condensadores al 1% son muy difíciles de encontrar y muy caros. Los capacitores al 10%, por otro lado, son relativamente comunes y económicos.
Esto significa que el pulso de 1ms puede ser un poco más largo o más corto, dependiendo de los valores exactos de la resistencia y el capacitor. Veamos cuánta diferencia hacen las tolerancias de los componentes.
En general, tener un componente tolerado significa que el valor real A de cualquier parte está dentro de un rango relativo al valor nominal N dado por la fórmula:
N * (1 – tol%) ≤ A ≤ N * (1 + tol%)
Con esta fórmula, una resistencia de 14,3 kΩ al 1 % será de 14,157 kΩ a 14,443 kΩ y un capacitor de 0,1 µF al 10 % será de 0,09 µF a 0,11 µF. Ahora bien, hablar de estos componentes individualmente no suena tan mal, pero veamos qué sucede cuando los combinamos.
tw(mínimo) = 0,7 * 14,157 * 0,09 = 0,89 ms
tw(máximo) = 0,7 * 14,443 * 0,11 = 1,11 milisegundos
Como puede ver, un capacitor del 10 % combinado con una resistencia del 1 % puede cambiar la longitud del pulso en un 11 %. Y esto es sólo teniendo en cuenta la tolerancia. Estos componentes también tienen variaciones de temperatura que deben tenerse en cuenta si desea que este circuito funcione en un amplio rango de temperatura.
Mirando nuevamente el gráfico de ancho de pulso versus capacitancia, parece que hay alguna variación en esta parte dependiendo del voltaje con el que esté trabajando. No he visto esto más cuantificado o explicado en la hoja de datos, pero dependiendo de la precisión que necesite, es posible que desee considerar esto.
Ahora volvamos a si esto realmente importa. Esto depende de lo que quieras decir cuando dices que quieres un pulso de 1 ms. ¿Quiere un pulso más cercano a 1 ms, un pulso de al menos 1 ms o un pulso lo más cerca posible de 1 ms?
Si solo quieres acercarte, este circuito es lo suficientemente bueno.Aumente el valor de R si necesita al menos 1 msX Alrededor del 11% debería funcionar. Por otro lado, si quieres acercarte lo más posible, necesitas un condensador muy caro, un potenciómetro para cambiar el valor de R.Xo un circuito totalmente digital mucho más complejo.
Bueno, ¿dónde estaba antes de distraerme con las tolerancias? Siga leyendo las hojas de datos para ver qué más podría ser interesante.
Las especificaciones eléctricas de CC son similares a las que vimos para otros dispositivos de la serie 74HC en columnas anteriores, así que pasemos a la siguiente tabla titulada “Supuestos de funcionalidad de conmutación”. La tabla muestra el ancho de pulso mínimo de entrada y el tiempo de recuperación de reinicio. La tabla también muestra el ancho de pulso de salida para varios valores de R.X y CX.
La tabla de especificaciones de conmutación incluye los retrasos de propagación esperados y los tiempos de transición, pero también incluye la “Coincidencia de ancho de pulso entre circuitos en el mismo paquete CX = 1000 pF, RX = 10 kΩ” parámetros:
Parte de la especificación de conmutación 74HC221 (Fuente: hoja de datos de TI)
Esto puede resultar en una diferencia de ancho de pulso de hasta un 2% entre dos monoestables en el mismo paquete.Aunque no se indica explícitamente, esto supone que está utilizando el mismo RX y CX valor. También noté que este es un valor típico a 25°C. Entonces, la tolerancia anterior del 11 % ahora es al menos del 13 %.
Luego están los circuitos y formas de onda de prueba, y las curvas de rendimiento típicas en la página 9. Ya hemos visto un gráfico de ancho de pulso frente a C.X; Ahora veamos los otros dos gráficos en esta página.
74HC221 Ancho de pulso frente a temperatura y voltaje de suministro (Fuente: hoja de datos de TI)
Un gráfico de ancho de pulso versus temperatura muestra que puede esperar que el ancho de pulso aumente a medida que la pieza se calienta. Hay una porción bastante plana de la curva a 25 °C, pero si se espera que el circuito funcione en rangos de temperatura industriales o militares, se debe considerar esta variación adicional.
El gráfico del factor K frente al voltaje de suministro es un poco desconcertante. Primero, ¿qué es ese “factor K” que dicen? Esta es una buena pregunta ya que la hoja de datos no la explica. Guess K es el misterioso valor “0.7” multiplicado por R.X y CX Obtener el ancho de pulso de salida por Si esto es correcto, significa que el ancho del pulso aumenta a medida que disminuye la tensión de alimentación. Otras preguntas que hago son: ¿Por qué hay 4 líneas? ¿Qué línea usas? Desafortunadamente, no hay respuesta a esta pregunta en este momento. Damos la bienvenida a sus sugerencias.
En la siguiente columna, veremos los multivibradores reactivables. Mientras tanto, agradecemos sus comentarios, preguntas y sugerencias.