Триггеры на биполярных транзисторах

Вид материала

Документы

Содержание Q = 0 независимо от состояний на входах; — триггер постоянно имеет на выходе состояние Q DD\ конден­сатор С2 заряжается через его выходное сопротивление и резистор R С\ разряжается через выходное сопротивление логического элемента DD R1C1 с диодом Д1. DD3 закрыт и напряжение uвых2 равно уровню логической «1» (рис. 6.27, б). Такое состояние элемента DD3 RC включен коммутирующий транзистор, показана на рис. 6.30, а.

Подобный материал:

• 1. Дифференциальный каскад (ДК) на биполярных транзисторах: схема, режим покоя каскада, 54.47kb.
• В курсе рассматриваются семь основных тем, 76.92kb.
• Математическое моделирование системы управления для управляемого выпрямителя на igbt-транзисторах, 26.76kb.
• Вопросы вступительных испытаний в магистратуру, 43kb.
• 6М070400 «Вычислительная техника и программное обеспечение» (каф. Вт), 56.68kb.
• Темы Лекции Практика, 13.65kb.
• Задание по расчетной части работы рассчитать и построить амплитудную характеристику, 147.34kb.
• Методические указания к лабораторной работе по исследованию статических характеристик, 104.56kb.
• Лекция 4, 201.1kb.
• Задание по дисциплине «Основы цифровой электроники», 5.89kb.

Триггеры на биполярных транзисторах. Принци­пиальная схема симметричного триггера со счетным входом и внешним смещением изображена на рис. 6.16, а. В схеме со счетным входом управляющие импульсы подаются одновременно на базы обоих транзисторов.



Для подачи напряжения смещения используется допол­нительный источник Еб. Как видно из схемы, триггер представляет собой двух каскадный усилитель, выход которого замкнут на вход (перекрестная положительная обратная связь). Транзисторы в схеме триггера работают в ключевом режиме. Временные диаграммы, поясняющие работу триггера, изображены на рис. 6.16, б. Триггер имеет два состояния устойчивого равновесия: транзистор Т1 заперт, а транзистор Т₂ — насыщен или транзистор Т1 насыщен, а транзистор Т₂ — заперт. Одно из таких состояний (причем заранее неизвестно, какое из них) устанавливается самопроизвольно после соединения схемы с источником питания Е_к. Пред­положим, что в исходном состоянии транзистор Т₂ заперт. Тогда на его коллекторе будет положительный потенциал, близкий по значению к Е_к. Этот потенциал

через сопротивление обратной связи R прикладывается базе транзистора Т\, обеспечивая его насыщение.

Поскольку потенциал коллектора насыщенного тран­зистора U_кэ нас близок к нулю, то на базу транзистора T2 от источника смещения Е_б через делитель RRб подается отрицательное напряжение, надежно удерживающее транзистор T2 в закрытом состоянии. Такое состояние триггера при отсутствии на его входе управляющих импульсов является устойчивым.

При поступлении на общий вход схемы в момент времени t\ импульса отрицательной полярности малой длительности состояние запертого транзистора Т₂ не изменится, однако транзистор Т1 выйдет из состояния насыщения (рабочая точка транзистора переходит из области насыщения на границу с активной областью) и восстановятся его усилительные свойства. При этом коллекторный ток I_К1 уменьшается, а напряжение на коллекторе повышается. Положительное приращение коллекторного напряжения через резистор R передается на базу транзистора Т₂. Когда это приращение напряжения компенсирует напряжение смещения на базе транзистора Т₂, последний выходит из запертого состоя­ния и его усилительные свойства восстанавливаются. С этого момента, когда выполняются условия само­возбуждения (5.4) и (5.5), начинается процесс опрокидывания триггера.

При этом дальнейшее уменьшение тока I_K1 приводит к увеличению приращения положительного напряжения

169

на коллекторе Т\, которое передается на базу тран­зистора T2, вызывая его форсированное отпирание. Ток I_К2 увеличивается, а напряжение на коллекторе транзистора Т₂ снижается. Это приращение отрицатель­ного потенциала передается на базу транзистора Т\, запирая его в еще большей степени. Происходит дальнейшее уменьшение коллекторного тока I_K1 и т. д. Заканчивается процесс опрокидывания запиранием тран­зистора Т1 (U_K = U_Bblx1 « Е_к), отпиранием транзистора T2 (U_K= Uвых2= Uкэ нас) и прекращением действия положительной обратной связи. Триггер переходит во второе состояние устойчивого равновесия.

При подаче на вход триггера следующего запускаю­щего импульса (момент времени t2 на рис. 6.16, б) триггер перебрасывается в первоначальное состояние (первое состояние устойчивого равновесия). При этом в нем протекает регенеративный процесс, аналогичный описанному.

Таким образом, регенеративный процесс опрокиды­вания схемы происходит в моменты поступления на вход запускающих импульсов. В остальное время схема находится в состоянии устойчивого равновесия. Как видно из временных диаграмм, после подачи на вход триггера четырех импульсов на коллекторе любого транзистора (оба выхода — прямой и инверсный — равноценны) получаются два импульса. Следовательно, триггер, формируя выходные импульсы прямоугольной формы, делит количество импульсов на два, что обусло­вило широкое применение его в качестве делителя частоты.

Амплитуду выходных импульсов определяют по формуле



Запуск триггера возможен также в режиме раз­дельных входов. В схеме триггера с раздельным входом (раздельным запуском) в отличие от рассмотренной схемы со счетным входом триггер переходит из одного устойчивого состояния равновесия в другое при подаче поочередно на базу каждого транзистора импульсов одной полярности или на базу одного из транзисторов импульсов чередующейся полярности.

На рис. 6.17 показана схема триггера с раздельным



входом в интегральном исполнении (микросхема 221ТР1). Сигналы управ­ления для запуска тригге­ра по одному входу по­ступают через логическую схему И (см. § 6.4). Для улучшения условий согла­сования триггера с нагруз­кой выходные импульсы снимают с его выхода

через эмиттерный повторитель на транзисторе T3. Сущ­ность процесса опрокидывания в триггере такая же, как и в схеме триггера на рис. 6.16,а.

Важнейшим параметром триггеров с раздельным входом является их быстродействие, т. е. максимальное число переключений, которое можно осуществить за секунду, Гц.

Триггеры на цифровых (логических) элементах.

Для построения типовых логических (цифровых) узлов

с учетом решения их функциональных возможностей

используют большое число триггерных устройств, пред-

ляющих собой соединение по определенным прави-

3 нескольких стандартных логических элементов

См. $ 6.4) и выполняющих более сложные логические

функции. Такие триггеры обычно состоят из двух —

четырех простых логических элементов, составляющих

/у микросхему. В последнее время промышленность

выпускает сложные микросхемы, содержащие десятки

и даже сотни триггеров.

Триггер на цифровых схемах имеет в своем составе собственно триггер и логическое устройство управления, которое определяет функциональные возможности триг­гера. Обобщенная структурная схема такого триг­гера представлена на рис. 6.18. Устройство управления преобразует информацию, поступающую на входы А,, в сигналы, управляющие собственно триггером. В этой

схеме триггер можно считать элементом памяти, как бы запи­сывающим полученную инфор­мацию. Ход записи может быть различным.

По способу записи инфор­мации триггеры подразделяют

на несинхронизируемые (асинхронные) и синхронизируе­мые (синхронные). В асинхронных триггерах запись ин­формации осуществляется непосредственно в момент ее поступления на входы Аi, а в синхронных тригге­рах — только при подаче синхронизирующего (такти­рующего) сигнала на специально предусмотренные так­товые входы Сi.

Описанное триггерное устройство открывает широкие возможности для создания схем, реализующих различ­ные логические функции. В зависимости от комбинации состояний на входах (Ai, = 0 или Ai = 1) на выходах триггеров могут быть получены различные состояния. Выходные состояния триггеров принято обозначать так:

0. — триггер постоянно имеет на выходе состояние Q = 0 независимо от состояний на входах;
   
1. — триггер постоянно имеет на выходе состояние Q = 1 независимо от состояний на входах;
   

Q — состояние триггера не изменяется при изменении информации на входе А (прямой выход триггера);

Q— состояние триггера изменяется на обратное при изменении информации на входе (ининверсный выход триггера);

X — неопределенное состояние триггера.

Под неопределенным состоянием триггера понимают такое, при котором после получения информационного сигнала на выходе с равной вероятностью возможны состояния Q = 0 или Q = 1.

Даже в простейшем триггерном устройстве с одним информационным входом и двумя выходами можно получить 25 функционально различающихся типов триггеров. При двух входах и двух выходах число типов возрастает до 625. Однако на практике находят применение 5—8 основных типов триггеров, отличающихся видом логического уравнения, которое характеризует состояние входов и выходов до и после получения информации. К таким триггерам относятся RS-, D-, Т-, JK-триггеры.

RS-триггеры. Условное обозначение асинхронного RS-триггера (триггера с раздельным запуском, см. рис. 6.17) показано на рис. 6.19, а. Название «RS-триггер» происходит от английских слов reset — вос­станавливать и set — устанавливать. Подобное триггер­ное устройство имеет два информационных входа: единичный S и нулевой R. При состоянии на входах

устанавливается в состояние «1» (приJ = 1) или «0» (при К = 1) независимо от исходного состояния. При одновременной подаче на входы логической «1» триггер изменяет предыдущее состояние на обратное. Таким образом, JK-триггер повторяет логику RS-триггера, за исключением четвертой комбинации (J=1 и K= 1), которая не приводит к неопределенному состоянию, а осуществляет инверсию предыдущего состояния триггера (табл. 6.4).

//(-триггер является универсальным, поскольку путем внешних коммутаций он может быть преобразован в RS-, D- и T-триггеры. В качестве RS-триггера он используется при условии запрещения комбинации

Таблица 6.4

t i t i+1

Ji Кi Qi+1

0 0 Qi 0 1 0 1 0 1 1 1 Qi

J = К = 1. Для работы в ка­честве D-триггера вход J через инвертор подключают ко входу К (рис. 6.23, б). При этом вход J выполняет функцию D-входа. T-триггер получается при соединении входов J и К в один счетный вход (рис. 6.23, в).

Помимо деления и сче-

та числа импульсов триггеры на цифровых элементах широко используют в качестве элементов памяти, за­поминающих информацию в виде двоичных чисел, уст­ройств для сравнения двух напряжений (если на вход триггера подать изменяющийся уровень напряжения, то триггер сработает, выдавая сигнал на выходе, при дости­жении этим напряжением некоторого порогового на­пряжения Uпор) и др.

Триггеры на цифровых интегральных схемах выпол­няют как по схеме «чистого» триггера, так и с исполь­зованием стандартных логических элементов. Например, RS-триггеры — микросхемы 115ТР1, 136ТР1; D-триг-геры — микросхемы К131ТМ2, 133ТМ2; JК-триггеры — микросхемы 130ТВ1, 133ТВ1 и т. д.

§ 6.6. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ И ОДНОВИБРАТОРЫ

Мультивибраторы. Мультивибратор представляет со­бой автогенератор релаксационного типа с прямоуголь­ной формой выходных колебаний. Термин «автогенератор» означает, что он генерирует незатухающие колебания

12 177

без какого-либо запуска извне. Поэтому наличие в схеме автогенератора звена положительной обратной связи (см. § 4.3) — условие обязательное.

Наиболее широкое распространение получил сим­метричный мультивибратор с коллекторно-базовыми связями (рис. 6.24, а). Как и для триггера, симметричность



означает идентичность симметрично расположенных элементов, т. е. R_K1 = R_K2, Rб1 = Rб2; Сб1 = Сб2; пара­метры транзисторов одинаковы. Как видно из рисунка, мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов по схеме ОЭ, выходное напряжение каждого из которых подается на вход другого.

При подсоединении схемы к источнику питания Е_к оба транзистора пропускают коллекторные токи (их рабочие точки находятся в активной области 1, рис. 2.18, а), поскольку на базы через резисторы R61 и R₆₂ подается отрицательное смещение. Однако такое состояние неустойчиво. Из-за наличия в схеме положительной обратной связи легко выполняется условие BK=1, и двухкаскадный усилитель самовоз­буждается. Начинается процесс генерации — быстрое увеличение тока одного транзистора и уменьшение тока другого.

Пусть в результате любого случайного изменения напряжений на базах или коллекторах несколько увеличится ток I_K1 транзистора T1. При этом уве­личится падение напряжения на резисторе R_к1 и кол­лектор транзистора Т\ получит приращение положи­те

тельного потенциала. Поскольку напряжение на кон­денсаторе С₆₁ мгновенно измениться не может, то это приращение прикладывается к базе транзистора T₂, подзапирая его. Коллекторный ток I_к2 при этом умень­шится, напряжение на коллекторе транзистора T₂ станет более отрицательным и, передаваясь через конденсатор С₆₂ на базу транзистора Т\, еще более отпирает его, увеличивая ток I_K1. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор T1 входит в режим насыщения, а транзистор T₂— в режим отсечки. Схема переходит в одно из своих временных устойчивых состояний (квазиустойчивое состо­яние). При этом открытое состояние транзистора T1 обеспечивается смещением от источника E_к через резистор R61, а запертое состояние транзистора T₂— положительным напряжением на конденсаторе Сб1 (U_См, = Uб2 > 0), который через открытый транзистор Т1 включен в промежутке база — эмиттер транзистора Т₂. На временных графиках (рис. 6.24,6) описанные процессы соответствуют моменту времени t = 0. Теперь конденсатор С_б2 быстро заряжается по цепи + Е_к — эмиттер - база Т1 — Сб2 — R_К2 — Eк до напряжения Ek. Конденсатор С₆₁, заряженный в предыдущий период, перезаряжается через резистор Rб2 и открытый тран­зистор Т\ током источника питания Е_к, и напряжение на нем стремится уменьшиться до —Е_к (рис. 6.24, б). В момент времени t1 напряжение U_Cб1 = U₆₂ меняет знак, что вызывает отпирание транзистора Т₂ и появление тока Iк2- Увеличение тока I_к2 приводит к процессу, аналогичному описанному при увеличении тока Iк1. В результате транзистор Т₂ войдет в режим насыщения, а транзистор Т\ — в режим отсечки (второе временно устойчивое состояние). В промежуток времени t1— t₂ происходит зарядка конденсатора Сб1 и перезарядка Сб2.

Таким образом, переходя периодически из одного временно устойчивого состояния в другое, мульти­вибратор формирует выходное напряжение, снимаемое 'с коллектора любого транзистора, почти прямоугольной формы.

Напряжение на базе любого из транзисторов изменяется по экспоненциальному закону (рис. 6.24, б) — для перезарядки конденсатора Cб1

(6.12)





Следовательно, частота генерируемых колебаний опре­деляется скоростью перезарядки времязадающих кон­денсаторов С₆₁ И С₆₂.

В несимметричных мультивибраторах транзисторы обычно выбирают одинаковыми, коллекторные нагрузки — равными, однако R₆₁ = Rб2, Сб1= Сб2 Чем короче должен быть один из импульсов, тем меньшей выби­рают соответствующую постоянную времени.

Мультивибраторы на основе цифровых интегральных схем применяют чаще всего в качестве задающих генераторов радиоэлектронных устройств в тех случаях, когда устройство содержит в основном логические микросхемы или триггеры и расширение номенклатуры используемых микросхем нежелательно. При проекти­ровании таких мультивибраторов наибольшее применение находят универсальные логические элементы И — НЕ и ИЛИ — НЕ.

Каждый из названных элементов содержит выходной каскад—инвертирующий усилитель НЕ. Два таких усилителя, охваченных перекрестной положительной обратной связью (с выхода одного каскада на вход другого и наоборот) через времязадающие конденсаторы, образуют, по существу, классическую схему мульти­вибратора.

Мультивибраторы на логических элементах, как и мультивибраторы на транзисторах, имеют два временно устойчивых состояния равновесия. При этом высокому уровню напряжения (логической «1») на выходе одного элемента соответствует низкий уровень напряжения (логический «О») на выходе другого элемента или наоборот.

Схема мультивибратора на инверторах И — НЕ показана на рис. 6.25, а. Для обеспечения инверторного включения логических схем все входы следует объе­динить; при заземлении хотя бы одного из них схема постоянно находится в закрытом состоянии. Время-

180



задающими элементами мультивибратора являются резисторы R1, R2 и конденсаторы С1, С2. Рассмотрим механизм работы мультивибратора.

При запирании логического элемента DD\ конден­сатор С2 заряжается через его выходное сопротивление и резистор R_2. При этом напряжение на его обкладках увеличивается, а напряжение u_ВХ2, выделяемое на ре­зисторе R2 за счет зарядного тока этого конденсатора, уменьшается (рис. 6.25, б). Пока uвх2 > uг_Р, логи­ческий элемент DD₂ поддерживается открытым.

Одновременно конденсатор С\ разряжается через выходное сопротивление логического элемента DD₂ и диод Д\. Последний обеспечивает быструю раз­рядку этого конденсатора. Пока и_вх1 за счет раз­рядного тока конденсатора С1 меньше u_гр, элемент DD1 остается закрытым. Когда уменьшающееся напряжение uвх2 достигнет уровня u_гр (при t = ti), элемент DD₂ закроется, a DD\ — откроется (uв_ых1 достигает низкого уровня напряжения — логического «О»). При этом происходит лавинообразный процесс опрокидывания мультивибратора. Затем начинается зарядка конденса­тора С\ и разрядка конденсатора С2. Процессы в мультивибраторе, таким образом, периодически повто­ряются.

Одновибраторы. Одновибратор может быть получен из мультивибратора с самовозбуждением, если его при­нудительно запереть в одном из временно устойчивых состояний, превратив его в устойчивое.

Для получения прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитуды часто применяют схему

181

времязадающую цепочку R1C1 с диодом Д1. Кроме того, в схему одновибратора необходимо добавить цепь запуска на элементе И — НЕ (DD1 на рис. 6.27, а). Процессы генерирования импульсов в одновибраторе аналогичны процессам в автоколебательном мультивибра­торе.

В исходном состоянии устойчивого равновесия (до поступления запускающего импульса) логический элемент DD3 закрыт и напряжение uвых2 равно уровню логической «1» (рис. 6.27, б). Такое состояние элемента DD3 обес­печивается подключением к его входу резистора R с не­большим сопротивлением. Поскольку логический элемент цепи запуска DD\ также закрыт (в исходном режиме его входное напряжение равно нулю), то элемент DD₂ открыт высокими уровнями входных напряжений, по­ступающих на оба его входа с выходов элементов DD1 и DD3 по цепям непосредственной связи. При этом конденсатор С разряжен.

При подаче на вход схемы в момент времени t1 положительного импульса запуска элемент DD₂ переходит в закрытое состояние и напряжение на его выходе достигает уровня логической «1». Этот положительный скачок напряжения u_ВЫх1 передается через конденсатор С на вход элемента DD3, закрывая его. Напряжение uвых2 снижается до уровня логического «О». Конденсатор С при этом заряжается, напряжение на его обкладках увеличивается, а uвх2 на резисторе R уменьшается. При uвх2 = uгр (при t = t₂) происходит опрокидывание одновибратора аналогично тому, как это имело место в автоколебательном мультивибраторе (см. диаграммы на рис. 6.27, б и 6.25, б). На этом заканчивается формирование импульса и одновибратор переходит в исходное устойчивое состояние равновесия.

§ 6.7. БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРЫ

Блокинг-генератором называют однокаскадный гене­ратор с сильной индуктивной обратной связью, служащий для генерирования коротких импульсов, близких по форме к прямоугольным. Обратная связь в блокинг-генераторах осуществляется с помощью специальных импульсных трансформаторов. Отличительной чертой блокинг-гене-раторов является большая скважность генерируемых импульсов, которая практически не может быть получена

134

другими способами. Обычно длительность импульсов блокинг-генератора лежит в пределах от десятых долей микросекунды до десятых долей миллисекунды, а частота следования — от десятков герц до сотен килогерц.

Рассмотрим работу блокинг-генератора с самовоз­буждением по одной из самых распространенных схем на транзисторе с общим эмиттером (рис. 6.28, а).



Рис. 6.28

В цепь коллектора транзистора включена обмотка импульсного трансформатора w_K, а в цепь базы — обмотка обратной связи между коллектором и базой зд₆. Нагрузка подключена к выходной повышающей обмот­ке w_H, что позволяет получить требуемые полярность и амплитуду выходных импульсов. Коллекторная и базо­вая обмотки включены встречно для обеспечения положительной обратной связи. Частота следования импульсов определяется времязадающей ЯС-цепью, под­ключенной к базе транзистора.

В качестве исходного примем состояние, при котором транзистор заперт, а конденсатор С, заряженный в предыдущем цикле работы до максимального напря­жения, медленно перезаряжается через резистор R и обмотку w₆ (см. рис. 4.28, б). Напряжение на базе положительно и транзистор удерживается в запертом состоянии. Когда в процессе перезарядки напряжение на базе, равное напряжению на конденсаторе (при медленном изменении тока напряжением на обмотке

!85

w₆ можно пренебречь), достигнет нуля (момент времени /|), транзистор отпирается и появляются базовый и коллекторный токи. Приращение коллекторного тока вызывает в обмотке w_K ЭДС самоиндукции е\, за счет чего в обмотке и>б наводится ЭДС взаимоиндукции e отрицательной относительно базы полярности. Процесс уменьшения напряжения на базе и соответствующего возрастания коллекторного и базового токов носит лавинообразный характер и заканчивается насыщением транзистора. В этот момент формируется фронт гене­рируемого импульса, а так как его длительность мала, то напряжение на конденсаторе практически не успевает измениться.

Затем начинается формирование вершины импульса. В это время ток базы не управляет током коллектора, скорость его изменения становится равной нулю и наводимая в обмотке w₆ ЭДС e-i начинает падать. В результате уменьшения базового тока в обмотке Wf, возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая уменьшению базового тока и имеющая ту же полярность, что и ЭДС в2. Это приводит к быстрой зарядке конденса­тора С базовым током через малое сопротивление эмиттерного перехода насыщенного транзистора. Фор­мирование вершины импульса заканчивается в момент перехода транзистора из режима насыщения в активный режим.

При формировании среза импульса уменьшение коллекторного тока вызывает появление ЭДС е\, в2 в обмотках ш_к и w. Их полярность обратна той, которая имела место при формировании фронта импульса. Благодаря действию положительной обратной связи в схеме возникает обратный лавинообразный процесс, во время которого токи коллектора и базы резко уменьшаются и транзистор запирается.

В связи с тем что процессы формирования фронта и среза импульса аналогичны, их длительность примерно одинакова. Инерционность транзисторов способствует некоторому удлинению фронта и среза генерируемых импульсов, однако для современных транзисторов их длительность не превышает десятков наносекунд.

Поскольку в момент запирания транзистора кол­лекторный ток не прекращается мгновенно, возникает ЭДС самоиндукции и на коллекторе появляется отрицательный выброс напряжения. Медленная разрядка

конденсатора определяет длительность паузы между импульсами, после чего процесс повторяется.

Блоки иг-генератор можно перевести в ждущий режим, если запереть транзистор по базе положительным напряжением или по эмиттеру — отрицательным. Для запуска схемы необходимо подать отпирающий импульс, превышающий по амплитуде запирающее напряжение. При этом начинается описанный лавинообразный процесс, формируется один импульс и блокинг-генератор воз­вращается в исходное ждущее состояние.

§ 6.8. ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Генераторы пилообразного напряжения предназначе­ны для получения линейно-изменяющегося напряжения, которое в течение некоторого времени нарастает или спадает по линейному или близкому к линейному закону.

В устройствах промышленной электроники генераторы пилообразного напряжения используют в каскадах сравнения, фиксирующих момент достижения напряже­нием заданного уровня, для временной задержки и расширения импульсов, для получения временных разверток в электронно-лучевых трубках и т. д.

Импульсы напряжения пилообразной формы могут быть как положительной, так и отрицательной поляр­ности. На рис. 6.29, а показана реальная форма пило-

образного импульса положи­тельной полярности. Форму импульса отрицательной по­лярности может отражать зеркальное изображение им­пульса положительной по­лярности относительно вре­менной оси.

Рис. 6.29

Важнейшими параметра­ми пилообразных импульсов

являются: длительность прямого (рабочего) хода t_nD, длительность обратного хода /_обр, период повторе­ния Т, амплитуда импульса U_m.

В практических схемах генераторов пилообразного напряжения t_np составляет от десятых долей микро­секунды до десятков секунд, /₀б_Р — от 1 до 20% от tnp, Um — от единиц до тысяч вольт.

187

Простейший принцип получения пилообразного на­пряжения основан на процессе зарядки или разрядки конденсатора С через резистор R (рис. 6.29, б). Если ключ К разомкнут, то конденсатор заряжается от источ­ника постоянного напряжения Е. При этом напряжение на конденсаторе и_с (выходе схемы), стремясь к асим­птотическому уровню Е (рис. 6.29, а), изменяется по экспоненциальному закону:

Замыкание ключа К приводит к быстрой разрядке конденсатора. Скорость разрядки зависит от сопротив­ления ключа в замкнутом состоянии. Затем процесс повторяется. Прямой ход пилообразного напряжения в этой схеме формируется при разомкнутом ключе, а обратный — при замкнутом. Таким образом, для реализации этого принципа генератор должен содержать зарядное или разрядное устройство, интегрирующий конденсатор и ключ.

Принципиальная схема генератора пилообразного напряжения, в котором параллельно конденсатору интегрирующей цепи RC включен коммутирующий транзистор, показана на рис. 6.30, а. В исходном состоянии

транзистор насыщен за
счет выбора соответствую­
щего соотношения между
резисторами R₆ и R так,
что /?₆ =ѕ Лги R- Напряже­
ние на конденсаторе, рав­
ное напряжению на кол­
лекторе насыщенного
транзистора, мало.

При подаче на базу транзистора в момент вре-

Рис. 6.30

мени Г| (рис. 6.30, б) управляющего импульса отрицатель­ной полярности с амплитудой, достаточной для запирания транзистора, последний закрывается (ключ разомкнут), и конденсатор заряжается по цепи -\-Е_к—R — С—(—£_к). На­пряжение на конденсаторе, стремясь к асимптотическому уровню £_к, возрастает по закону



После окончания управляющего импульса транзистор открывается, однако остается в активной области,

188

так как напряжение на его коллекторе в первый момент времени равно амплитудному значению напря­жения U _т на конденсаторе (выходе схемы). Затем конденсатор разряжается через участок эмиттер — коллектор транзистора и последний входит в режим насыщения. Далее процесс повторяется. Длительность прямого хода пилообразного импульса равна длитель­ности управляющего импульса.

На рис. 6.31, а показана схема генератора пило­образного напряжения с интегрирующей /?С-цепочкой,



Рис. 6.31

включенной в цепь отрицательной обратной связи опе­рационного усилителя. Схема управляется импульсами положительной полярности, которые подают на инверти­рующий вход усилителя через диод Д, отключающий схему каждый раз (диодный ключ разомкнут) от источника управляющих импульсов на время длительности им­пульса.

До подачи управляющего импульса (интервал времени 0 — t\, рис. 6.31, б) напряжение на инвер­тирующем входе и~ положительно, однако незначи­тельно превышает нулевой уровень. Напряжение на неинвертирующем входе и⁺ = р£, где fj = #2/(1 + -f- Я2). Значение р за счет выбранного соответствующего соотношения между сопротивлениями резисторов Ri и R2 задается таким образом, чтобы уровень напря­жения и⁺ обеспечивал состояние операционного уси­лителя в режиме ограничения, при котором ы_Вых = £■ Конденсатор интегратора заряжен до напряжения источника Е.

Положительный импульс, воздействуя на вход генератора в момент времени t\, запирает диод Д,

189

напряжение и~ возрастает при этом до уровня, обеспечивающего переход усилителя в активный режим, а напряжение на выходе скачком несколько умень­шается. Конденсатор С начинает разряжаться через резистор R. Поскольку операционный усилитель обла­дает конечным значением коэффициента усиления К_и, ток разряда конденсатора, включенного в цепь отри­цательной обратной связи, не является строго постоян­ным и в процессе разрядки незначительно уменьшается. Поэтому напряжение и~ незначительно увеличивается, вызывая на выходе в К_и раз большее уменьшение выходного напряжения. Если расчетное соотношение между постоянной времени интегрирующей цепочки RC и длительностью рабочего хода удовлетворяет равенству RC ж 0,5 /,_1р, то за время длительности импульса конденсатор полностью разрядится до нуля и перезарядится до напряжения — Е.

После окончания управляющего импульса в момент времени h диод отпирается, напряжение и" скачком уменьшается до исходного уровня, а конденсатор быстро разряжается через открытый диод и выход усилителя до нуля и заряжается до исходного напря­жения Е. Время восстановления генератора



где Гц — сопротивление открытого диода; /?_eux — выходное сопротивление операционного усилителя.

§ 6.9. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Микроэлектронные цифровые устройства, представля­ющие собой дискретные (цифровые) автоматы, служат для обработки информации, представленной цифровым кодом, и применяются в системах информационно-вычислительной и цифровой измерительной техники. Наиболее распространенными цифровыми устройствами являются счетчики, регистры и избирательные схемы (дешифраторы).

Счетчики импульсов. Одной из наиболее распростра­ненных операций в устройствах информационно-вычисли­тельной и цифровой измерительной техники является фиксирование числа входных импульсов, появляющихся последовательно на одной линии. Для этой цели используют устройства, называемые цифровыми счетчи-