آی سی مونو استابل 4535 یک تراشه یکپارچه شامل دو بلوک مولتی ویبراتور مونو استابل دقیق می باشد. این دو بلوک مونو استابل کاملا” مشابه و عملکرد آنها مستقل از همدیگر هستند. این آی سی قابلیت تحریک مجدد (Reteriggerable) و قابلیت بازنشانی (Resettable) را دارد.
توضیح عملکرد پایه های آی سی مونو استابل 4538
پایه های تحریک ورودی
در آی سی مونو استابل 4538 توسط ورودی تریگر A (پایه های 4 و 12) و B (پایه های 5 و 11) می توان تحریک مدار را روی لبه بالا رونده یا لبه پایین رونده پالس ورودی تنظیم کرد. بنابراین پایه های تریگر A و B حساس به لبه پالس هستند.
پایه بازنشانی
پایه ریست (پایه های 3 و 13) که حساس به سطح است جهت بازنشانی خروجی ها بکار می رود. این پایه بصورت Active Low طراحی شده است. یعنی اگر سطح صفر (GND) به آن اعمال شود، خروجی ها سریعا” و بدون توجه به اینکه ورودی های تریگر در چه وضعیتی هستند به حالت پیش فرض خود (Q’=1 , Q=0) باز می گردند. بنابراین برای استفاده از آی سی و تحریک آن توسط ورودی های A و B باید پایه ریست به سطح یک (VCC) متصل شود. البته ناگفته نماند که در برخی کاربردهای خاص می توان از این پایه هم برای کنترل خروجی استفاده کرد.
پایه های خروجی
هر بلوک این مولتی ویبراتور دارای خروجی Q (پایه های 6 و 10) و نیز خروجی ‘Q (پایه های 7 و 9) دارد. تفاوت این دو خروجی در این است که خروجی ‘Q دقیقا NOT خروجی Q می باشد. یعنی هر شکل موجی روی Q داشته باشیم NOT آن را روی ‘Q داریم.
پایه های زمانبندی
پایه Cx (پایه های 1 و 15) و پایه RxCx (پایه های 2 و 14) به کمک یک مقاومت و یک خازن خارجی برای تنظیم زمان پالس خروجی بکار می روند.
کاربرد آی سی مونو استابل 4535
کاربردهای بسیاری را می توان برای آی سی مونو استابل 4538 در نظر گرفت. اما برای درک بهتر عملکرد آی سی مونو استابل 4538 یک کاربرد بسیار ساده آن را مثال می زنیم.
یک مثال ساده برای کاربرد آی سی مونو استابل 4538
گاهی در طراحی مدارات الکترونیکی پیش می آید که ما نیاز داریم توسط یک پالس ورودی که عرض پالس آن اهمیتی برایمان ندارد پالس خروجی دقیقی با عرض مشخصی تولید کنیم.
مثلا کلیدی در مدار وجود دارد و ما می خواهیم با فشردن کلید و یا با رها کردن آن یک پالس دقیق با عرض مثلا” 100 میکرو ثانیه تولید کنیم. می دانیم با فشردن و رها کردن یک کلید در مدار یک پالس تولید می شود.(فرض می کنیم مسائل مربوط به دیبانس کلید اعمال شده است.) این پالس دارای دو لبه است. لبه اول و لبه دوم. حال بسته به این که کلید به چه صورت در مدار قرار گرفته است، لبه اول می تواند بالا رونده و لبه دوم پایین رونده باشد و یا لبه اول پایین رونده و لبه دوم بالا رونده باشد. این موضوع بستگی به این دارد که برای آرایش سخت افزاری کلید از مقاومت Pull up و یا از مقاومت Pull down استفاده کنیم.
فرض می کنیم کلیدی که داریم توسط یک مقاومت Pull up در مدار قرار گرفته است و در حالت عادی خروجی 1 منطقی و با فشردن کلید خروجی 0 منطقی به ما می دهد. پس با فشردن کلید ابتدا لبه پایین رونده و با رها کردن آن لبه بالا رونده خواهیم داشت.
حالت کاری باز تحریک شونده (Reteriggerable)
تریگر منفی (حساس به لبه پایین رونده) برای حالت باز تحریک شونده
اگر بخواهیم پالس 100 میکرو ثانیه ما در لبه پایین رونده پالس خارج شده از کلید شروع شود در اینصورت باید آی سی مونو استابل 4538 به صورت تریگر منفی تحریک شود. به این صورت که اولا” برای تنظیم عرض پالس خروجی به مقدار 100 میکرو ثانیه، مقاومت و خازن مناسب در پایه های Cx و RxCx قرار گیرد. دوم اینکه پایه ریست به VCC متصل شود تا آی سی در حالت بازنشانی نباشد. سوم پایه A به GND متصل شود. چهارم پالس خروجی کلید به پایه B اعمال شود. به شکل زیر توجه کنید:
در این حالت دیگر مهم نیست که ما کلید را کی رها می کنیم. زیرا با فشردن کلید لبه پایین رونده به آی سی اعمال شده و خروجی Q بلافاصله 1 می شود و پس از گذشت زمان 100 میکرو ثانیه دوباره 0 می شود.
تریگر مثبت (حساس به لبه بالا رونده) برای حالت باز تحریک شونده
خب حال اگر بخواهیم پالس 100 میکرو ثانیه ما در لبه بالا رونده پالس خارج شده از کلید شروع شود در اینصورت باید آی سی مونو استابل 4538 را بصورت تریگر مثبت تحریک کرد. در این حالت وضعیت پایه های زمان بندی Cx و RxCx و نیز پایه Reset همانند حالت تریگر منفی بوده اما پایه های A و B به این صورت بسته می شوند که پایه B به VCC متصل می شود و پالس خروجی کلید به پایه A اعمال می شود. به شکل زیر توجه کنید:
در این حالت هم مهم نیست که ما کلید را کی رها کنیم. زیرا با فشردن کلید و تا قبل از رها نمودن آن لبه بلا رونده ای تولید نمی شود که آی سی را تحریک کند. اما با رها کردن کلید لبه بالا رونده به آی سی اعمال شده و خروجی Q بلافاصله 1 می شود و پس از گذشت زمان 100 میکرو ثانیه دوباره 0 می شود.
دو آرایش مداری فوق را اصطلاحا” باز تحریک شونده (Reteriggerable) می گویند. به این معنی که اگر قبل از خاموش شدن خروجی یعنی قبل از پایان یافتن زمان 100 میکرو ثانیه در مثال های بالا، اگر پالس تحریک مناسب دیگری به آی سی اعمال شود، آی سی مونو استابل 4538 دوباره 100 میکرو ثانیه را محاسبه کرده و در خروجی اعمال می کند. برای مثال فرض کنید اولین پالس تحریک به آی سی اعمال شود. بلافاصله خروجی Q آی سی 1 شده و پس از گذشت زمان 50 میکرو ثانیه دوباره پالس یک تحریک دیگر را به آی سی اعمال کنیم در این حالت عرض پالس خروجی 150 میکرو ثانیه می شود.
حالت کاری غیر قابل تحریک مجدد (Non-reteriggerable)
حالت کاری دیگری را که می توان برای آی سی مونو استابل 4538 پیاده سازی کرد، حالت غیر قابل تحریک مجدد (Non-reteriggerable) می گویند. در این شرایط با اولین پالس تحریک اعمالی به آی سی، خروجی Q فعال شده(1 می شود) و تا قبل از اتمام دوره زمانی تنظیم شده مثلا” 100 میکرو ثانیه پالس های تحریک بعدی، بی اثر خواهند بود.
تریگر منفی (حساس به لبه پایین رونده) برای حالت غیر قابل تحریک مجدد
برای پیاده سازی این حالت در تریگر منفی، کافیست پایه خروجی Q و پایه تحریک A را به همدیگر وصل کنیم. سایر پایه ها همانند حالت باز تحریک شونده (reteriggerable) بسته می شوند.
برای درک بهتر عملکرد این نوع آرایش سخت افزاری در آی سی مونو استابل 4538، باید به این نکته توجه کنیم که در حالت تریگر منفی، لبه پایین رونده پالس تحریک ورودی به پایه B زمانی باعث تحریک آی سی و فعال شدن خروجی می شود که پایه A به GND متصل باشد.
با اتصال پایه Q به پایه A این شرایط در حالت خاموش (QUIESCENT) آی سی فراهم است. زیرا در حالت خاموش خروجی Q در وضعیت 0 (Low)قرار دارد. حال با اعمال اولین پالس تحریک به پایه B خروجی Q فعال و 1 شده و پایه A را هم 1 می کند. در این شرایط تا سپری شدن زمان تعیین شده مثلا همان 100 میکرو ثانیه سایر پالس های تحریک ورودی به پایه B کاملا بی اثر هستند. بنابراین ما در خروجی فقط پالس با عرض 100 میکرو ثانیه خواهیم داشت. به شکل زیر توجه کنید:
تریگر مثبت (حساس به لبه بالا رونده) برای حالت غیر قابل تحریک مجدد
حالت کاری غیر قابل تحریک مجدد برای آرایش تریگر مثبت هم قابل پیاده سازی است. به این صورت که در تحریک مثبت، لبه بالا رونده پالس تحریک اعمالی به ورودی A زمانی باعث تحریک آی سی و فعال شدن خروجی می شود که پایه B به VCC متصل باشد.
با اتصال پایه ‘Q به پایه B این شرایط در حالت خاموش (QUIESCENT) آی سی فراهم است. زیرا در حالت خاموش خروجی ‘Q در وضعیت 1 قرار دارد. حال با اعمال اولین پالس تحریک به پایه A خروجی Q فعال و 1 می شود و از آنجایی که خروجی ‘Q همان NOT خروجی Q است، 0 شده و پایه ورودی B را هم 0 می کند. در این شرایط تا سپری شدن زمان تعیین شده مثلا 100 میکرو ثانیه سایر پالس های تحریک ورودی به پایه A کاملا” بی اثر هستند. بنابراین ما در خروجی فقط پالس با عرض 100 میکرو ثانیه خواهیم داشت. به شکل زیر توجه کنید:
جدول درستی آی سی مونو استابل 4538
با توجه کردن به جدول زیر به روشنی به عملکرد آی سی مونو استابل 4538 در چهار حالت توضیح داده شده در بالا، پی می بریم.
همانطور که قبلا” گفتیم آی سی مونو استابل 4538 دارای دو بلوک مولتی ویبراتور مونو استابل است که کاملا” مستقل از هم هستند. در صورتی که بخواهیم از یکی از مولتی ویبراتورها استفاده کنیم و از دیگری استفاده نکنیم، مولتی ویبراتور بلا استفاده را بهتر است مانند شکل زیر ببندیم:
نکاتی در مورد عرض پالس خروجی
برای محاسبه مقدار مقاومت و خازن زمان بندی جهت دستیابی به یک عرض پالس خروجی مشخص، در دیتاشیت های مختلف، فرمول ها، جداول و منحنی های مختلف آمده است. تقریبا” در تمام اکثر دیتاشیت ها فرمول T=K*R*C به عنوان فرمول محاسبه عرض پالس خروجی معرفی شده است و برای ضریب K عدد 0.7 پیشنهاد شده است. اما ضریب K به ولتاژ تغذیه، مقاومت و خازن زمانبندی و… نیز بستگی دارد. پس بهترین روش برای تعیین مقدار مقاومت و خازن، استفاده از منحنی های موجود در دیتاشیت آی سی مربوطه است.
البته در اکثر کاربردهای آی سی مونو استابل 4538 دقت عرض پالس خروجی زیاد مهم نیست. مثلا” اگر 100 میکرو ثانیه 95 میکرو ثانیه هم باشد اشکالی ندارد. بلکه آن چیزی که مهم است این است که تمام پالس های خارج شده از آی سی عرض پالس یکسانی داشته باشند.
نکته مهم: حتی الامکان از خازن های الکترولیتی برای خازن زمان بندی استفاده نکنید. خازن های سرامیکی به این منظور پیشنهاد شده است.
حفاظت های مورد نیاز برای آی سی مونو استابل 4538
در دیتاشیت آی سی دو نوع حفاظت برای این آی سی مطرح شده است. یکی اینکه زمانی که تغذیه مدار به سرعت قطع می شود، انرژی ذخیره شده درون خازن Cx در پایه RxCx تخلیه شده و در این حالت امکان آسیب دیدن آی سی وجود دارد. برای حفاظت از آی سی در این شرایط باید یک دیود پر سرعت با مقاومت زمانبندی موازی گردد. به شکل زیر توجه کنید:
حفاظت دیگری که برای آی سی مونو استابل 4538 پیش بینی شده است، محدود کردن جریان دشارژ خازن زمانبندی است. به این منظور پیشنهاد شده است یک مقاومت 51 اهمی با خازن سری شود. این مسئله باعث کاهش اندکی در عرض پالس خروجی می شود که برای جبران آن و رسیدن به عرض پالس خروجی دلخواه می توان مقاومت Rx را به مقدار مورد نیاز افزایش داد.
آی سی مونو استابل 4538
برای اطلاع از سایر پارامترهای آی سی مونو استابل 4538 مانند حداقل و حداکثر مقدار خازن و مقاومت زمانبندی، حداقل عرض پالس لازم جهت تحریک و یا بازنشانی آی سی و نیز پارامترهای مربوط به ولتاژ تغذیه، حداکثر جریان خروجی، دمای کاری و… به دیتا شیت سازنده آی سی مورد استفاده رجوع کنید.
چند ویژگی آی سی مونو استابل 4538
- قابلیت تحریک مجدد و بازنشانی
- عدم وابستگی سرعت تحریک و بازنشانی به مقادیر مقاومت و خازن زمانبندی
- قابلیت تحریک در لبه ابتدایی و لبه انتهایی پالس
- خروجی های بافر شده
- گستره وسیع عرض پالس خروجی
- وجود اشمیت تریگر در ورودی های A و B
- عدم وابستگی زمان تحریک مجدد به خازن زمانبندی
در زیر لینک چند دیتاشیت از شرکت های مختلف سازنده آی سی مونو استابل 4538 آورده شده است:
TEXAS INSTRUMENTS >> CD54HC4538
ON Semicondutor >> MC74HC4538A
برای مشاهده محصولات گروه مهندسی اورمنت به این لینک مراجعه فرمایید.
