Отличие одновибраторов от мультивибратора в том что он имеет вход на который подается короткий импульс произвольной формы и длительности, например полученный при помощи кнопки, а на его выходе получается всего один импульс, но имеющий строго определенные параметры. Можно сказать, что одновибратор это устройство, которое преобразует какие-то разные входные импульсы в одинаковые импульсы имеющие строго определенные параметры.
По прежнему объектом экспериментов остается микросхема К561ЛА7 (или К176ЛА7, что в принципе одно и тоже). Принципиальная схема одновибратора показана на рисунке 1. В нем, как и в мультивибраторе имеется всего два логических элемента, первый из них используется по своему прямому назначению как элемент "И-НЕ", а входы второго соединены вместе и он работает как элемент "НЕ" (инвертор). Кнопка S1 выполняет функции источника запускающих импульсов.
Чтобы получить импульс нужно на нее кратковременно нажать и отпустить. Чтобы можно было наблюдать за импульсами, которые будут получаться на выходе одновибратора, к выходу его элемента D1.2 подключен вольтметр со шкалой 0-10В (лучше простой стрелочный прибор - тестер, но можно и цифровой мультиметр).
На схеме номиналы конденсаторов и резисторов даны в виде интервала, чтобы проще было найти необходимые детали. Например UR1 10-100К" обозначает, что сопротивление R1 может быть от 10 до 100 кОм, например 68 К или 33К или 12К и т.д. А конденсатор С1 должен иметь емкость в пределах 10-30 мКф, например 22 мКф. Нужно иметь ввиду, что чем больше будет емкость С1 и больше сопротивление R2 тем более длительные импульсы будут получаться на выходе одновибратора и тем проще их будет регистрировать при помощи вольтметра.
Для питания используем батарею на 9 В, составленную из двух батарей на 4,5В, включенных последовательно, или от одной батареи на 9В типа "Крона".
Собрав схему, показанную на рисунке 1, включите питание и сразу измерьте напряжение на выводе 4 микросхемы. Напряжение должно быть на уровне логической единицы (7-9В). Затем измерьте напряжение на соединенных вместе выводах 5 и 6, здесь должен быть логический нуль (0-2В). На выводе 3 микросхемы тоже будет нуль. Следовательно в ждущем режиме первый элемент одновибратора находится в состоянии логического нуля на выходе, а второй в состоянии единицы на выходе.
Теперь подключите вольтметр обратно, к выводу 4 микросхемы и наблюдая за его стрелкой кратковременно нажмите и отпустите кнопку S1 (если кнопку найти не удалось можно просто подключить два оголенных провода, которые замыкать друг с другом, в этом случает кратковременно прикоснитесь одним проводом к другому). В этот момент на выходе элемента D1.2 уровень упадет до нулевого (следите за стрелкой вольтметра), а затем, через некоторое время, уровень снова подскочит до единичного.
И так будет повторяться каждый раз когда вы будите нажимать и отпускать кнопку. Попробуйте нажать на кнопку быстро несколько раз подряд (но так чтобы уложиться во время 1-2 секунды). Несмотря на то сколько раз подряд вы успели нажать или на сколько быстро вы сделали одно нажатие, все равно, на выводе 4 микросхемы будет формироваться один импульс с одной и той же длительностью.
Длительность импульса на выходе элемента D1.2 всецело зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R2. Можно попробовать последовательно с R2 включить переменный резистор сопротивлением 200-500 кОм и поворачивая его движок изменять время в течении которого стрелка прибора будет падать до нулевого уровня после нажатия на кнопку. И таким образом регулировать длительность выходного импульса.
Рис.2
Разобраться в принципе действия одновибратора помогут временные диаграммы, показанные на рисунке 2. В исходном положении, когда на входе 2 элемента D1.1 единица (диаграмма 1D1) на выходе этого элемента ноль (диаграмма 3D1), на входе второго элемента также ноль (5.6D1) и на его выходе единица (4D1). Теперь посмотрим что происходит при нажатии на кнопку S1.
В этот момент уровень на входе 2 D1.1 падает до нуля, поскольку в этот момент на вывод 1 этого элемента поступает единица с выхода элемента D1.2, то элемент, действуя по правилу элемента "И-НЕ" переводит свой выход в единичное состояние (диаграмма 3D1). Конденсатор С1 начинает заряжаться через R2 и в первый же момент начала его зарядки его зарядный ток устанавливает единичный уровень на входах элемента D1.2 (диаграмма 5.6D1).
В этот момент уровень на выхода этого элемента (по закону инвертора) становится нулевым (диаграмма 4D1), этот нуль поступает на вывод 1 элемента D1.1. Поскольку D1.1 элемент "И-НЕ", он принудительно удерживается этим уровнем в состоянии единицы на выходе, и не реагирует на изменение уровня на его втором входе, выводе 2 (можно сколь угодно продолжать нажимать кнопку, элемент на это не реагирует).
А тем времени конденсатор С1 продолжает заряжаться через R2, и скорость его заряда зависит от сопротивления R2 и емкости С1. Постепенно напряжение на R2 падает (по мере зарядки конденсатора) и в какой-то момент оно становится равным порогу перехода элемента D1.2 с единичного на нулевой уровень. В этот момент уровень на выводах 5 и 6 D1.2 становится нулевым и на выходе D1.2 устанавливается логическая единица. Эта единица поступает на вывод 1 D1.1 и этот элемент снова готов принять импульс, поступающий от кнопки.
Рис.3
Следующее логическое устройство, которое можно собрать на двух элементах микросхемы К561ЛА7 (К176ЛА7) — RS-триггер (рисунок 3). Чтобы понять что такое RS-триггер вспомним прошлогодние эксперименты с тиристором. Когда мы подавали на управляющий электрод тиристора небольшой ток, он открывался и зажигал лампочку, и оставался в таком открытом состоянии даже после того как мы прекращали подачу тока на его управляющий электрод. Примерно так работает и RS-триггер, но у него есть два входа, один из которых служит для его включения, а другой для выключения.
Принципиальная схема RS-триггера показана на рисунке 3. Вместо вольтметров на выходах элементов включены светодиоды, которые загораются тогда когда на выходе элемента логический нуль, но можно подключить два вольтметра, или поочередно подключать вольтметр то к выходу одного элемента, то к выходу другого.
После того как вы собрали схему нажмите на кнопку S1 и отпустите её. В этот момент загорится светодиод VD2 и будет гореть сколь угодно долго и после отпускания кнопки S1 (нужно учитывать, что в момент включения питания триггер может установиться в любое положение, при котором горит VD1 или при котором горит VD2, так что если VD2 загорелся сразу после включения в этом нет ничего удивительного).
Теперь кратковременно нажмите на кнопку S2, при этом светодиод VD2 погаснет но загорится VD1. И будет гореть и после отпускания кнопки. Таким образом RS-триггер представляет собой своеобразный "квазисенсорный" переключатель этих двух светодиодов, примерно такой как в цветных телевизорах для переключения программ (кстати, переключатели программ этих телевизоров построенны как раз на основе RS-триггеров).
Разберемся в работе RS-триггера. Предположим в исходном состоянии у нас горит светодиод VD1. Это значит, что на выходе элемента D1.1 логический нуль, а светодиод VD2 не горит, так как на выходе D1.2 логическая единица. Значит на вывод 2 D1.1 с выхода D1.2 поступает единица. Что произойдет если нажать на кнопку S1 ?
