Generatori di segnali digitali

C6 Revisione: 28/05/2012
Appunti di ELETTRONICA
ITI Elettronica - Classe QUINTA
6. GENERATORI DI SEGNALI DIGITALI
MULTIVIBRATORE
Dispositivo analogico attivo che genera un segnale binario (due possibili livelli di
tensione).
E’ realizzabile con un Amplificatore reazionato positivamente o con opportune
combinazioni di Resistori (R) e Condensatori (C).
TIPOLOGIE PRINCIPALI
• ASTABILE
Genera autonomamente due livelli di tensione in uscita (Alto e Basso) senza
utilizzare input.
Può essere sfruttato per generare onde rettangolari o onde quadre; per questo motivo
è detto anche, a seconda dei casi, Generatore d’onda rettangolare o Generatore d’onda
quadra.
• MONOSTABILE
Genera normalmente un solo livello d’uscita (Alto o Basso). Attraverso un input
(trigger) è possibile commutare l’uscita sull’altro livello per un determinato periodo
di tempo, terminato il quale si ritorna al livello precedente.
• BISTABILE
Genera normalmente un solo livello d’uscita (Alto o Basso). Attraverso un input
(trigger) è possibile commutare l’uscita sull’altro livello per un periodo di tempo
indeterminato.
6.1
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ASTABILI CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA QUADRA (dc = 50%)
 ASTABILE CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA QUADRA
(dc = 50%)
R
vc
C
PERIODO TOTALE USCITA
−
+
vO
R1

R 
T= 2RC ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

R2
FORMA D’ONDA
DI UN ASTABILE CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA QUADRA
TIMER
Dispositivo per la generazione di onde quadre utilizzate come segnale di clock per la
sincronizzazione del funzionamento di altri dispositivi.
Un astabile che genera un’onda quadra è utilizzabile come timer.
6.2
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GENERATORE D’ONDA RETTANGOLARE
D2
 ASTABILE CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA RETTANGOLARE
RD2
PERIODO USCITA BASSA (SCARICA)
vc
C
D1

R 
TL = RD2 ⋅ C ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

RD1
−
+
vO
R1
PERIODO USCITA ALTA (CARICA)

R 
TH= RD1 ⋅ C ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

R2
FORMA D’ONDA
DI UN ASTABILE CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA RETTANGOLARE
6.3
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MONOSTABILI CON AMPOP
 MONOSTABILE CON AMPOP
R
PERIODO IMPULSO
vc
D
C
−
+
vO
 R 
TW =RC ⋅ ln  1 + 2 
 R1 
R1
R2
FORMA D’ONDA
DI UN MONOSTABILE CON AMPOP
6.4
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L’INTEGRATO 555
Dispositivo integrato commerciale di vasto utilizzo, contenente un multivibratore,
configurabile secondo le esigenze come astabile (timer), monostabile (oscillatore a onda
quadra) o bistabile (flip-flop).
SCHEMA 555
PINOUT 555
R (4)
T (2)
H
<
H
>
H
>
L
1
3
1
3
1
3
TH (6)
DS (7)
OUT (3)
X
APERTO
ALTO
VCC
MASSA
BASSO
VCC
MEMORIA
MEMORIA
MASSA
BASSO
VCC
VCC
>
VCC
<
X
2
3
2
3
X
LOGICA 555
6.5
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555 IN CONFIGURAZIONE ASTABILE
CONFIGURAZIONE ASTABILE BASE (dc ≥ 50%)
Collegando i pin T (2), TH (6) e DS (7) a una rete costituita da due resistenze RA ed RB e
un condensatore C in serie, il 555 si comporta da astabile generando onde rettangolari o
quadre di periodo T = TL + TH. con duty cycle dc ≥ 50%.
Dimensionando opportunamente C, RA ed RB si possono variare i periodi TL e TH e
regolare il duty cycle dc del segnale d’uscita.
 555 ASTABILE
CONFIGURAZIONE BASE
dc ≥ 50%
 OUTPUT 555 ASTABILE
6.6
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CONFIGURAZIONE ASTABILE CON DIODO (5% ≤ dc ≤ 95%)
Aggiungendo alla rete della configurazione base un diodo D in parallelo alla resistenza
RB con catodo verso il condensatore C, il 555 si comporta da astabile con duty cycle dc
variabile tra il 5% e il 95%.
Dimensionando D, C, RA ed RB si può regolare il duty cycle dc.
 555 ASTABILE
CONFIGURAZIONE
CON DIODO
5% ≤ dc ≤ 95%
CONFIGURAZIONE ASTABILE CON DOPPIO DIODO E POTENZIOMETRO
Sostituendo nella configurazione base la resistenza RB con una rete a due diodi D1, D2 e
un potenziometro RP (equivalente a due resistenze variabili RP1 e RP2 in serie), il 555 si
comporta da astabile con duty cycle dc variabile tra il 5% e il 95%.
 555 ASTABILE
CONFIGURAZIONE
CON DOPPIO DIODO
E POTENZIOMETRO
6.7
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555 IN CONFIGURAZIONE MONOSTABILE
Collegando i soli pin TH (6) e DS (7) a un condensatore C con una resistenza RA in serie, il
555 si comporta da monostabile. Sarà generato un segnale stabile di livello 0 che
attraverso il trigger T (2) può essere commutato in livello 1 per un periodo proporzionale
alla scarica del condensatore C.
 555 MONOSTABILE
CONFIGURAZIONE BASE
 OUTPUT 555 MONOSTABILE
6.8
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DIMENSIONAMENTO DI MULTIVIBRATORI
ASTABILE CON AMPOP (GENERATORE D’ONDA QUADRA)
 ASTABILE CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA QUADRA
R
vc
−
+
C
vO
R1
R2
FORMULE
DUTY CYCLE dc
dc = 50%
PERIODO TOTALE USCITA T
PERIODO USCITA BASSA TL
TEMPO DI SCARICA
PERIODO USCITA ALTA TH
TEMPO DI CARICA

R 
T = TL + TH = 2RC ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 


R 
TL = TH = RC ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

SUGGERIMENTI PER IL DIMENSIONAMENTO
C
R, R1, R2
ordine:
da nF (10-9 F)
a μF (10-6 F)
ordine:
KΩ
6.9
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DIMENSIONAMENTO DI MULTIVIBRATORI
ASTABILE CON AMPOP (GENERATORE D’ONDA RETTANGOLARE)
vc
D2
RD2
D1
RD1
 ASTABILE CON AMPOP
GENERATORE D’ONDA RETTANGOLARE
−
vO
+
C
R1
R2
FORMULE
dc
=
DUTY CYCLE dc
TH
RD1
=
TL + TH RD1 + RD2

R 
T = TL + TH = (RD1 + RD2 ) ⋅ C ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

PERIODO TOTALE USCITA T
PERIODO USCITA BASSA TL

R 
TL = RD2 ⋅ C ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

PERIODO USCITA ALTA TH

R 
TH = RD1 ⋅ C ⋅ ln  1 + 2 ⋅ 2 
R1 

TEMPO DI SCARICA
TEMPO DI CARICA
SUGGERIMENTI PER IL DIMENSIONAMENTO
D
C
R 1 , R2
RD1, RD2
Porre:
ordine:
da nF (10-9 F)
a μF (10-6 F)
R2
= 0,86
R1
ordine:
KΩ
ordine:
KΩ
6.10
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DIMENSIONAMENTO DI MULTIVIBRATORI
MONOSTABILE CON AMPOP
 MONOSTABILE CON AMPOP
R
vc
D
−
+
C
vO
R1
R2
FORMULE
 R 
TW =RC ⋅ ln  1 + 2 
 R1 
PERIODO IMPULSO TW
SUGGERIMENTI PER IL DIMENSIONAMENTO
D
C
R, R1 R2
ordine:
da nF (10-9 F)
a μF (10-6 F)
ordine:
KΩ
6.11
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DIMENSIONAMENTO DI MULTIVIBRATORI
555 IN CONFIGURAZIONE ASTABILE BASE (dc ≥ 50%)
 555 ASTABILE
CONFIGURAZIONE BASE
dc ≥ 50%
FORMULE
=
dc
DUTY CYCLE dc
TH
R A + RB
=
TL + TH R A + 2RB
PERIODO TOTALE USCITA T
T = TL + TH = 0,693 ⋅ (R A + 2RB ) ⋅ C
PERIODO USCITA BASSA TL
=
TL 0,693 ⋅ RB ⋅ C
PERIODO USCITA ALTA TH
T=
0,693 ⋅ (R A + RB ) ⋅ C
H
TEMPO DI SCARICA
TEMPO DI CARICA
SUGGERIMENTI PER IL DIMENSIONAMENTO
C
dc > 50%
dc = 50%
0,1 μF
RA, RB
R A < RB
R A << RB
min 1 KΩ,
max 10 MΩ
6.12
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DIMENSIONAMENTO DI MULTIVIBRATORI
555 IN CONFIGURAZIONE ASTABILE CON DIODO (5% ≤ dc ≤ 95%)
 555 ASTABILE
CONFIGURAZIONE CON DIODO
5% ≤ dc ≤ 95%
FORMULE
=
dc
DUTY CYCLE dc
TH
RA
=
TL + TH R A + RB
PERIODO TOTALE USCITA T
T = TL + TH = 0,693 ⋅ (R A + RB ) ⋅ C
PERIODO USCITA BASSA TL
=
TL 0,693 ⋅ RB ⋅ C
PERIODO USCITA ALTA TH
T=
0,693 ⋅ R A ⋅ C
H
TEMPO DI SCARICA
TEMPO DI CARICA
SUGGERIMENTI PER IL DIMENSIONAMENTO
D
C
R A > RB
dc > 50%
dc = 50%
dc < 50%
RA, RB
0,1 μF
R A = RB
min 1 KΩ,
max 10 MΩ
R A < RB
6.13
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ITI Elettronica - Classe QUINTA
DIMENSIONAMENTO DI MULTIVIBRATORI
555 IN CONFIGURAZIONE MONOSTABILE
 555 MONOSTABILE
CONFIGURAZIONE BASE
FORMULE
PERIODO IMPULSO TW
TW = 1,1 ⋅ R A ⋅ C
SUGGERIMENTI PER IL DIMENSIONAMENTO
C
RA
10 μF
min 1 KΩ,
max 10 MΩ
6.14