Схемы формирования импульсов

Формирователями называют логические устройства, для которых существует связь между амплитудно-временными параметрами входных и выходных сигналов.

Основное назначение формирователей – преобразовать входные сигналы произвольной формы в нормализованные по амплитуде и крутизне фронтов прямоугольные импульсы для управления последующими микросхемами. Увеличение крутизны пологих фронтов и преобразование синусоидального напряжения в импульсы могут служить примерами формирования.

Формирователи импульсов предназначены для выделения положительных и / или отрицательных фронтов логических сигналов (детекторы фронта), приведения уровней случайного сигнала к стандартным логическим уровням (амплитудный дискриминатор), преобразователи формы импульсов, расширение импульсов и т.д.

Детектор фронта (ДФ) импульсной последовательности должен сформировать на выходе короткий положительный или отрицательный импульс в момент соответствующего переключения логических уровней входного сигнала. На рис. 8.1 изображена схема детектора положительного фронта (ДПФ) на основе логических элементов И-НЕ. Элемент DD1 инвертирует входной сигнал U₁ и подает его на интегрирующую RC-цепь. Если на входе U₁<U_пор, то высокий уровень заряжает конденсатор С до напряжения U_с=U¹. Входной сигнал U₁=U⁰₁ является доминирующим для DD2 и на его выходе независимо от U_с=U¹ сохраняется уровень логической “1” U¹₂. По положительному фронту входного сигнала синхронно переключаются в “0” уровни на выходах dd1 и dd2. Совпадение “1” на входах dd2 поддерживается в течение времени разряда конденсатора С от напряжения u_с=u¹ до uпор. По мере разряда конденсатора через резистор r и выходную цепь dd1 напряжение uс падает экспоненциально с постоянной времени t_р=С(R+R⁰_вых1), где R⁰_вых1 – выходное сопротивление DD1 в состоянии “0” на выходе. В момент t₂ напряжение U_с достигает U_пор, и напряжение на выходе DD2 переключается и устанавливается U¹₂. Таким образом, формируется выходной импульс отирцательной полярности длительностью

t_и = t_р ln (U₁/U_пор). (8.1)

После момента t₂ разряд конденсатора продолжается, асимптотически стремясь к

U⁰_c»u⁰₂+RI⁰_вх2,

где I⁰_вх2 – входной ток DD2 при логическом «0» на входе.

По отрицательному фронту входного сигнала переключается DD1 напряжением U₁=U¹ , восстанавливается заряд на конденсаторе С. Заряжается конденсатор выходным током элемента DD1 через резистор R (и диод VD, если он подключен) с постоянной времени t_з’=C(R+R¹_вых1) или t_з’’»C(r_д+R¹_вых1)<<t_з’_. Подключение диода ускоряет заряд конденсатора и переход схемы в исходное состояние. Недостаток ДПФ (рис. 8.1) – наличие навесных компонентов. Этого недостатка лишен формирователь (рис. 8.2), в котором длительность выходного импульса определяется временем задержки сигнала в логических элементах DD₁, …, DD_k. Длительность выходного импульса при включении между входным DD₁ и выходным DD₄ элементами дополнительных инверторов

t_и=(m+1)t_зд.р.ср, (8.2)

где m - четное число.

Схема ДПФ (рис. 8.2) при m=2 удобна тем, что четыре элемента 2И-НЕ размещаются в одном корпусе серии 133, 155, 564.

Одновибраторы (ждущие мультивибраторы)

Этот класс импульсных устройств предназначен для генерации под действием входных сигналов одиночных прямоугольных импульсов заданной длительности. От простых формирователей, рассмотренных ранее, они отличаются наличием хронирующей цепи и обратной связи, обеспечивающей регенеративные (лавинообразные) процессы переключения. Этим достигается большая крутизна фронтов выходных импульсов и лучшая устойчивость к дестабилизирующим факторам.

В цифровых устройствах одновибраторы выполняют функции таймеров, элементов задержки, формирователей импульсов и т.д.

Одновибраторы имеют одно устойчивое состояние и в ответ на внешний импульс запуска генерируют однократный выходной импульс с заданными амплитудно-временными параметрами.

Одновибраторы выпускаются в виде самостоятельных микросхем, а также организуются на основе триггеров либо типовых логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ. В последнем случае обычно обходятся двумя-четырьмя элементами из одного корпуса. Поскольку в схемах одновибраторов эти элементы выполняют свои прямые логические функции, многие схемные решения допускают реализацию как на микросхемах ТТЛ, так и на КМОП-структурах, хотя специфика каждого вида логики накладывает, естественно, свои условия.

Для построения одновибраторов можно использовать также асинхронные RS-триггеры и триггеры других типов, имеющие побочные входы Sa и Ra для принудительной установки их в единичное и нулевое состояния.

К приборам ТТЛ относятся два типа микросхем К155АГ1, К155АГ3 (К55АГ3). Преимущество одновибраторов – специализированных микросхем перед подобными приборами, собранными на логических элементах, состоит не только в меньшем количестве навесных деталей и внешних соединений, но и главным образом в большей временной стабильности выходных импульсов и более широких функциональных возможностях. Колебания температуры и питающего напряжения мало влияют на длительность выходных импульсов.

Микросхема К155АГ3 (рис. 8.5) – сдвоенный ждущий мультивибратор. Каждый из мультивибраторов микросхемы имеет два входа для запуска – А, В, вход сброса R, выводы С и RC для подключения времязадающих элементов, прямой и инверсный выходы. Условие запуска мультивибратора – изменение входных сигналов, в результате которого появляется следующее сочетание – лог. 0 на входе А, лог. 1 на входах В и R. …..исходное состояние для запуска – любое, не соответствующее указанному требованию.

Несколько основных вариантов подачи входных сигналов, обеспечивающих запуск, показано на рис. 8.6. Для обеспечения запуска фронтом положительного импульса его необходимо подать на вход В (рис. 8.6, а) или R (рис. 8.6, б). Для запуска спадом положительного импульса следует использовать включение по схеме рис. 8.6, в.

Различие между входами В и R в том, что лог. 0 на входе R прекращает генерацию импульса и принудительно устанавливает выходы мультивибратора в исходное состояние независимо от состояния других входов.

Ждущие мыльтивибраторы микросхемы К155АГ3 обладают способностью повторного запуска. Если во время генарации выходного импульса повторно выполнится условие запуска, длительность выходного импульса увеличится на интервал времени между запускающими импульсами (рис. 8.7). Однако для повторного запуска этот интервал должен удовлетворять требованию t>0,224 С.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: