CD4098: моностабильный триггер, схема включения и замена

Распиновка CD4098 (DIP-16)

Как задать длительность импульса

Длительность формируемого импульса задают два внешних элемента, подключённые к выводам Rx/Cx: резистор Rx и конденсатор Cx. Сопротивление резистора должно быть не меньше 5 кОм, ёмкость конденсатора — не больше 100 мкФ. При ёмкости от 0,01 мкФ и выше длительность приближённо равна половине произведения Rx на Cx.

Главное свойство этой схемы — независимость от напряжения питания. При 5, 10 и 15 В длительность импульса практически одна и та же, и это то, за что прибор и ценят: таймер не «плывёт» при просадке питания. Разброс самой длительности определяется разбросом номиналов элементов и температурой, и по документации он укладывается в несколько процентов на всём диапазоне температур при разумных номиналах.

Отдельно про задержки: задержки на входах триггера и сброса не зависят от Rx и Cx, то есть Rx и Cx задают только ширину импульса, а не то, когда он начнётся. Это позволяет менять длительность, не сдвигая момент срабатывания.

Перезапускаемый и неперезапускаемый режимы

По умолчанию CD4098 перезапускаемый: пришёл новый входной импульс — выходной импульс продлился ещё на один период, и пока вход не замолчит, на выходе будет единица. Это то поведение, которое нужно для сигнала повторного срабатывания: нажали кнопку — импульс идёт, нажали ещё раз — импульс продлился.

Неперезапускаемый режим получают обратной связью. Если триггер работает по входу нарастающего фронта, прямой выход Q заводят на вход спадающего фронта: тогда приходящий сигнал не удлиняет текущий импульс, а игнорируется, пока тот не закончится. При работе от входа спадающего фронта обратная связь идёт с обратного выхода Q̅ на вход нарастающего. Схема после этого работает как классический одноразовый таймер: один входной импульс — один выходной импульс строго заданной длительности.

Этот выбор влияет на всё, что стоит за прибором, и ошибка в нём даёт симптом, который выглядит совсем не как ошибка в таймере: в перезапускаемом режиме при непрерывном входе на выходе будет постоянная единица, и получатель решит, что прибор «залип». Если по назначению схемы импульс должен быть конечным, режим надо выбрать осознанно.

Что делать с неиспользуемыми выводами

Все входы прибора должны быть определены, и для каждого случая правило своё. Вход по нарастающему фронту, если он не используется, подтягивают к земле — то есть к VSS. Вход по спаду, наоборот, подтягивают к питанию. Неиспользуемый вывод сброса подтягивают к питанию, чтобы прибор не выдавал ложный импульс при включении питания.

Отдельно про целиком неиспользуемую секцию: если задействован только один из двух триггеров, то у второго сброс заводят на землю, иначе эта секция остаётся в неопределённом состоянии и может выдавать импульсы, которые видны на её выходах.

Именно на этом правиле чаще всего и спотыкаются: висящий вход в логике — обычно полезная небрежность, а здесь он даёт прибор, который самопроизвольно формирует импульсы. Симптом при этом пугающий: «срабатывает без входа». Проверять в таком случае надо не питание и не деталь, а подтяжки на входах.

Характеристики

• Питание 3…18 В, номинальные значения 5, 10 и 15 В; выходы push-pull.
• Диапазон температур: от −55 до +125 °C.
• Выходной ток: до 4 мА по каждому выходу.
• Потребление в покое: до 600 мкА, и вся партия проверяется при 20 В.
• Рекомендуемые номиналы: Rx не меньше 5 кОм, Cx не больше 100 мкФ.

Отечественные аналоги: как искать

Моностабильные мультивибраторы в отечественной 4000-й серии относятся к приборам с индексом ИЕ, и функциональный аналог CD4098 ищут именно среди них. Считать по названию серии нельзя: у советских КМОП-приборов в этой группе расстановка выводов расходится с CD40xx регулярно, и там, где источники расходятся, совпадение цоколёвки не утверждается, а проверяется по документации на конкретный корпус. Проверенные полные совпадения в отечественной 4000-й серии — К561ЛА7 (CD4011), К561ЛЕ5 (CD4001), К561ТМ2 (CD4013), К561ИЕ8 (CD4017) и К561ИЕ10 (CD4520).

Искать аналог следует по функциональным признакам, читаемым из документации: наличие входа по нарастающему и по спаду, наличие сброса, число выходов (прямой и инвертированный), возможность перезапуска, и обязательно — возможность работы от однополярного питания, потому что в двухполярном включении схема собирается иначе.

Пришлите полное обозначение с индексами корпуса и температурного исполнения — ответ придёт по каждой позиции: что подобрано, по каким параметрам совпало и какие отличия остались.

Частые вопросы

• Как задать длительность импульса — резистором Rx и конденсатором Cx, приблизительно Tx = ½ · Rx · Cx при Cx от 0,01 мкФ.
• Зависит ли длительность от питания — нет, она определяется элементами и от напряжения питания практически не зависит.
• Чем перезапускаемый режим отличается от неперезапускаемого — в перезапускаемом новый входной импульс продлевает выходной, в неперезапускаемом игнорируется до окончания текущего; неперезапускаемый получают обратной связью с выхода на вход.
• Что делать с неиспользуемыми входами — вход нарастания подтянуть к земле, вход спада к питанию, сброс к питанию, а у целиком неиспользуемой секции сброс заземлить.
• Почему прибор срабатывает без входа — почти всегда висящий вход: у него очень высокий входной импеданс, и подтяжки на управляющих выводах обязательны.