Импульсные устройства. Импульсная техника. Устройства для формирования цифровых сигналов
В книге описаны импульсные и цифровые сигналы, элементная база импульсных и цифровых устройств, формирователи, усилители и генераторы импульсов, триггеры, цифровые функциональные узлы и устройства.
Для студентов электрорадиоприборостроительных средних профессиональных учебных заведений.
Структура импульсных сигналов.
Для сокращения написания сигналы импульсных устройств будем называть импульсными. Случаи, когда это может привести к смещению понятий, будут отмечены особо.
Ранее подчеркивалось, что информация запечатлевается в изменениях электрического колебания. Импульсная последовательность становится сигналом, когда в соответствии с передаваемой информацией изменяются ее параметры: амплитуда импульсов, их длительность или фаза. В частном случае информация может выражаться появлением импульса, изменением его длительности или временного положения относительно опорного импульса.
Различают амплитудно-импульсную (АИМ), широтно-импульсную (ШИМ) и фазоимпульсную (ФИМ) модуляции. При каждом виде модуляции один из параметров импульсной последовательности принимает значение, пропорциональное величине непрерывного модулирующего сигнала в момент присутствия импульса.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
Глава 1. Сигналы импульсных и цифровых устройств
§ 1.1. Общие сведения
§ 1.2. Сигналы импульсных устройств
§ 1.3. Сигналы цифровых устройств
Глава 2. Импульсные усилители и ключи
§ 2.1. Общие сведения
§ 2.2. Статический режим транзисторного усилителя
§ 2.3. Некоррелированный транзисторный усилитель
§ 2.4. Корректированный транзисторный усилитель
§ 2.5. Эмиттерный повторитель
§ 2.6. Интегральные усилители
§ 2.7. Транзисторные ключи
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 3. Элементная база импульсных и цифровых устройств
§ 3.1. Общие сведения
§ 3.2. Операционные усилители
§ 3.3. Аналоговые компараторы
§ 3.4. Простейшие логические элементы ИЛИ, И, НЕ
§ 3.5. Логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ
§ 3.6. Параметры логических элементов
§ 3.7. Реализация логических функций в разных базисах
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 4. Формирователи импульсов
§ 4.1. Общие сведения
§ 4.2. Дифференцирующие цепи
§ 4.3. Интегрирующие цепи
§ 4.4. Интеграторы и дифференциаторы на микросхемах операционных усилителей
§ 4.5. Диодные ограничители амплитуды
§ 4.6. Транзисторный усилитель-ограничитель
§ 4.7. Ограничители на микросхемах операционных усилителей
§ 4.8. Формирователь импульсов с контуром ударного возбуждения
§ 4.9. Формирующие линии
§ 4.10. Формирователи импульсов на логических элементах
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 5. Генераторы прямоугольных импульсов
§ 5.1. Общие сведения
§ 5.1. Транзисторные мультивибраторы
§ 5.3. Интегральные мультивибраторы
§ 5.4. Мультивибраторы на логических элементах
§ 5.5. Мультивибраторы на микросхемах операционных усилителей
§ 5.6. Транзисторные блокинг-генераторы
§ 5.7. Блокинг-генераторы на интегральных микросхемах
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 6. Генераторы пилообразных импульсов
§ 6.1. Общие сведения
§ 6.2. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
§ 6.3. Генераторы линейно изменяющегося тока
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 7. Триггеры
§ 7.1. Общие сведения
§ 7.2. Транзисторные триггеры
§ 7.3. Интегральные триггеры
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 8. Функциональные узлы цифровых и импульсных устройств
§ 8.1. Общие сведения
§ 8.2. Счетчики
§ 8.3. Регистры
§ 8.4. Дешифраторы и шифраторы
§ 8.5. Коммутаторы
§ 8.6. Цифровой компаратор
§ 8.7. Сумматоры
§ 8.8. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи
§ 8.9. Полупроводниковые запоминающие устройства
§ 8.10. Программируемая логическая матрица
§ 8.11. Таймеры
Контрольные вопросы и упражнения
Глава 9. Цифровые и импульсные устройства
§ 9.1. Общие сведения
§ 9.2. Преобразователи кодов
§ 9.3. Цифровая индикация
§ 9.4. Электронные часы
§ 9.5. Цифровой вольтметр
§ 9.6. Устройство сбора и отображения информации
§ 9.7. Электронный кодовый замок
§ 9.8. Устройство для умножения кодов
§ 9.9. Формирователь пачек импульсов
§ 9.10. Запоминающее устройство микропроцессорной системы
§ 9.11. Преобразователи напряжение - частота
§ 9.12. Символьный дисплей
§ 9.13. Селекторы импульсов
Заключение
Приложения
Литература.
Дата публикации: 24.02.2014 10:04 UTC
- Цифровая обработка в оптико-электронных системах, Часть 1, 2017
- Учебник младшего специалиста радиотехнических войск, Часть 1, Инце А.К., 1980
- Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий, Федоров А.А., Старкова Л.Е., 1987
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛАХ
Кроме напряжения синусоидальной формы в практике электротехники и электроники применяются напряжения других форм. Наиболее широко применяется импульсное напряжение. Импульсным называется прерывистое во времени напряжение (сигнал) любой формы. Под формой сигнала понимается закон изменения во времени напряжения или тока.
Широкое применение импульсных сигналов обусловлено рядом причин. Сочетанием импульсов и пауз легко передавать дискретную информацию. Импульсный сигнал оказался единственно приемлемой формой при создании радиолокации, он необходим для работы систем синхронизации, удобен для управления многими производственными процессами.
Импульсы применяются и для передачи непрерывной информации. В этом случае передаваемая информация может содержаться в значениях амплитуды, длительности или временного положения импульсов. Наличие пауз между импульсами позволяет уменьшить мощность, потребляемую от источника питания. Кроме того, во время паузы можно передавать информацию от других корреспондентов.
Наиболее широко применяются импульсы прямоугольной, пилообразной экспоненциальной и колокольной формы (рис. 25.1, а ). Импульсы характеризуются
– амплитудой U m ,
– длительностью τ и ,
– длительностью паузы τ п ,
– периодом повторения Т = τ и + τ n ,
– частотой повторения F = 1/T ,
– скважностью Q u = T/τ u .
В реальных устройствах прямоугольные импульсы характеризуются также длительностью фронта τ фр и среза τ ср . Фронт и срез определяют в течение нарастания или спада напряжения от 0,1 U m до 0,9U m .
2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ
Устройства, выполняющие обработку импульсных сигналов, называются импульсными устройствами . Среди различных импульсных устройств видное место занимают электронные ключи. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Смена состояния ключа происходит под действием сигналов, подаваемых на один или нескольких входов.
Наиболее широкое применение в качестве электронных ключей нашел транзисторный каскад по схеме с ОЭ в классе усиления D (т.е. в ключевом режиме). Схема такого каскада приведена на рис. 25.1, б .
Рассмотрим работу схемы . В ключевом режиме транзистор может
находиться в одном из двух состояний – в состоянии отсечки или в состоянии насыщения.
В состоянии отсечки ключ разомкнут. Через транзистор протекает только малый обратный ток Iкэ 0 . Напряжение на участке коллектор-эмиттер . Мощность, теряемая в транзисторе в режиме отсечки определяется произведением Р отс = I кэ0 ·U к и мала, так как пренебрежимо мал ток I кэ0 .
Чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии, необходимо подать на базу отрицательное напряжение смещения, т.е. . Для этого часто применяют дополнительный источник смещения – Е см и резистор R 2 (эти элементы показаны на рис. пунктиром). При таком включении напряжение смещения создается двумя источниками Е см и источником тока I кэ0 , т.е.
Полагая U б < 0, получаем:
,
Когда транзистор находится в состоянии насыщения, электронный ключ замкнут. Через транзистор протекает ток насыщения, значение которого ограничивается резистором R к . Пренебрегая малым напряжением насыщения, можем записать:
Режим насыщения достигается при токе базы:
. (25.4)
Как и в режиме отсечки, мощность, теряемая в транзисторе в режиме насыщения, мала, потому что мало напряжение насыщения U н .
Ток базы в режиме насыщения создается источниками напряжения U ВХ и Е СМ . При этом участок база - эмиттер транзистора можно считать закороченным. Поэтому
.
Условие насыщения (13.4) принимает вид
. (25.5)
Выражения(25.2), (25.3) и (25.5) позволяют выполнить расчет электронного ключа.
В настоящее время электронные ключи выпускаются в микросхемном исполнении. Например, микросхема К564КТ3 содержит четыре двунаправленных ключа, предназначеных для коммутации аналоговых и цифровых сигналов с током до 10 мА .
3. КОМПАРАТОРЫ
Компаратор – это устройство сравнения двух напряжений
. Такие возможности приобретают ОУ в нелинейном режиме работы. Для анализа процесса сравнения обратимся еще раз к передаточной характеристике ОУ (рис. 25.2, а
). Мы знаем, что ОУ работает в линейном режиме, если разность . Когда разность 
, выходное напряжение ограничено значением ±U m.ВЫХ
. Это означает, что транзисторы выходных каскадов ОУ работают в ключевом режиме. Значение U m . ВЫХ
лишь немного меньше Э.Д.С. источника питания E n
, поэтому на передаточной характеристике выделяют область положительного 
и отрицательного 
насыщения.
Для реальных ОУ значение ∆U гр
не более нескольких мВ. При достаточно больших входных сигналах им можно пренебречь, полагая ∆U гр ≈0
. Тогда при 
выходное напряжение 
. Наоборот, при 
выходное напряжение. Другими словами можно сказать, что выходное напряжение ОУ в нелинейном режиме зависит от того, какое из входных напряжений больше. Значит, ОУ в нелинейном режиме является схемой сравнения (компаратором).
Возможности применения ОУ как компаратора иллюстрируются графиками рис. 25.2, б .
Как следует из графиков, на прямой вход ОУ подано синусоидальное напряжение u вх1 (t) , а на инвертирующий вход – постоянное положительное напряжение U вх2 . Компаратор переключается в момент равенства u .вх1 (t) = U вх2 . Выходное напряжение имеет прямоугольную форму. Значит, компаратор можно применять для преобразования синусоидального напряжения в напряжение прямоугольной формы, т. е. в импульсное напряжение.
По графикам легко увидеть, что длительность прямоугольных импульсов зависит от величины U вх2 . Изменяя величину U вх2 от –U m.вх1 до U m.вх1 , можно изменять длительность импульсов от 0 до Т , где Т – длительность периода u вх1 (t) . Значит, компаратор можно применять в качестве преобразователя амплитуда – длительность.
Широкое практическое применение находит схема компаратора с положительной обратной связью (ПОС). Она приведена на рис. 25.3, а . Другое название схемы – триггер Шмитта . Входной сигнал поступает на инвертирующий вход, а напряжение обратной связи – на прямой.
На рис. 25.3, б приведена передаточная характеристика компаратора. При большом отрицательном напряжении на инвертирующем входе ОУ U вх << 0 , напряжение на выходе максимальное положительное –U вых = U вых. m .
Напряжение на прямом входе ОУ U пр формируется двумя источниками – U 0 и . Определим его методом суперпозиции, учитывая, что для
обоих напряжений цепочка R 1 , R 2 выполняет роль делителя:
. (25.6)
Предположим, что напряжение на входе увеличивается. Компаратор будет находиться в режиме положительного насыщения U вых = U m.вых до тех пор, пока U ВХ < U пр . Значение U пр выполняет роль порога срабатывания, поэтому его называют пороговым и обозначают U П1 .
Когда входное напряжение U ВХ
приближается по величине к напряжению U П1
настолько, что 
, ОУ переходит в линейный режим. Напряжение на выходе уменьшается, т. е. получает отрицательное приращение -∆U вых
. Через делитель R 1
, R 2
приращение поступает на прямой вход ОУ, уменьшая значение U пр
на величину:
. (25.7)
ОУ усилит это приращение, в результате чего напряжение на его выходе уменьшится еще больше, т. е. возникнет отрицательное приращение 
. Последнее, в свою очередь, еще больше уменьшит U пр
. Процесс развивается лавинообразно и завершается переходом ОУ в область отрицательного насыщения, когда 
. Таким образом, ПОС ускоряет процесс переключения компаратора. Такое ускоренное переключение получило название регенеративного процесса.
Так как U ВЫХ после переключения изменило свой знак, то изменилось и значение U пр , т. е. значение порога – U П2 , причем,
. (25.8)
Новое переключение компаратора произойдет только тогда, когда U вх ≈ U П2 . Передаточная характеристика компаратора имеет вид петли гистерезиса. Ширина петли гистерезиса определяется отношением R 2 / R 1 , а ее положение на оси абсцисс (оси U вх ) величиной U 0 .
4. ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ
При генерации импульсных сигналов различной формы необходимо формирование интервалов времени, задающих длительность импульсов и пауз, частоту повторения импульсов и т.п. Эта задача решается с помощью формирующих цепей, содержащих реактивные элементы. Наиболее простыми и надежными являются RC -цепи. Они разделяются на прямые и обращенные . Прямые RС- цепи применяются в качестве передаточных и дифференцирующих , а обращенные – в качестве интегрирующих цепей.
Схема прямой RC -цепи приведена на рис. 25.4, а . Рассмотрим работу цепи по графикам напряжений на ее входе и выходе (рис 25.4, б ). При анализе процесса формирования напряжения на выходе RC -цепи будем полагать, что внутреннее сопротивление источника входного напряжения равно нулю, а сопротивление нагрузки – бесконечно большое.
Пусть в момент t= 0 на вход цепи (зажимы 1 -1 " ) поступает прямоугольный импульс амплитудой U m и длительностью t u . В начальный момент времени конденсатор С разряжен и ток в RC -цепи определяется только амплитудой импульса U m и сопротивлением R . Поэтому на зажимах 2 - 2 " создается напряжение, равное максимальному . По мере заряда конденсатора С ток в цепи, а значит, и напряжение на выходе будут экспоненциально убывать:
, (25.9)
где t ц = R×C [С] – постоянная цепи .
К моменту окончания импульса (когда t = t u ) выходное напряжение уменьшается до U вых (t u) , причем,
. (25.10)
После окончания импульса напряжение на входе цепи U вх = 0. Поэтому конденсатор С начинает разряжаться через источник U вх и резистор R . Ток разряда создает на выходе цепи отрицательный перепад напряжения, причем,
. (25.11)
Передаточная цепь должна передавать импульс от входа к выходу цепи с возможно меньшими искажениями его формы. Искажение формы оценивают максимальным относительным снижением вершины выходного импульса.
.
Из выражения (25.11) следует, что DU тем меньше, чем больше U вых (τ u) , а U вых (t и) тем больше, чем меньше отношение t u / t ц . Если требуется, чтобы максимальное относительное снижение вершины импульса не превышало 1% , то постоянная времени цепи t ц должна превышать длительность импульса t u не менее чем в 100 раз. Таким образом, чтобы цепь, приведенная на рис. 25.4, а стала передаточной, необходимо выполнить условие
Так как емкость С рассматриваемой цепи не пропускает на выход постоянную составляющую источника питания, то за цепью закрепилось еще одно название – разделительная цепь .
Дифференцирующая цепь предназначена для деления импульсов или для выделения их фронта и среза. Эта задача обратная ранее рассмотренной. Она решается тем лучше, чем больше отношение t u / t ц . Реально t u / t ц ≈ (10 ÷ 100). Выходное напряжение представляет два биполярных импульса, совпадающих во времени с фронтом и срезом входного сигнала (рис. 25.4, б ). Амплитуда биполярных импульсов затухает экспоненциально в соответствии с (25.9). Длительность этих импульсов оценивается на уровне 0,05 U m произведением t вых » 3 t ц . Подбором t ц ее можно сделать сколь угодно малой.
Схема обращенной RC - цепи приведена на рис. 25.5, а . Работа этой цепи иллюстрируется графиками напряжений на рис. 25.5, б . При поступлении на вход такой цепи (зажимы 1 - 1 " ) прямоугольного импульса выходной сигнал нарастает по экспоненциальному закону,
. (25.13)
Время, необходимое для нарастания выходного сигнала до уровня 0,9U m , составляет 2,3 t ц , а до уровня 0,99 U m – 4,6 t ц .
По окончании входного сигнала напряжение на выходе обращенной цепи убывает также по экспоненциальному закону:
,
.
На начальном участке выходное напряжение изменяется по закону, близкому к линейному. Этот участок часто используется для линейного накопления напряжения сигнала, поэтому рассматриваемая цепь получила название интегрирующей . Чтобы цепь работала как интегрирующая, отношение t u /t ц должно быть значительно меньше единицы.
6. ТРИГГЕРЫ
Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния, спо-
собное под воздействием управляющего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое и хранить это состояние сколь угодно долго. Такие свойства позволяют использовать триггеры в качестве элементов памяти, для деления частоты следования управляющего сигнала, для счета импульсов, для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы, для сравнения напряжений и т. д.
Для построения триггеров могут использоваться туннельные диоды, тиристоры, транзисторы и логические элементы. В лекции рассмотрим триггеры на биполярных транзисторах.
Условные обозначения триггеров на транзисторах приведены на рис. 25.6. Они имеют один или несколько входов и два выхода. Один из выходов называется прямым и обозначается . Другой выход называется инверсным и обозначается . Когда на прямом выходе устанавливается высокий уровень напряжения (близкий к напряжению источника питания), на инверсном выходе устанавливается низкий уровень(близкий к нулю). Условно высокий уровень напряжения обозначают “1 ”, а низкий – “0 ”.
Различаются триггеры способом управления (запуска). Триггер с раздельным запуском (рис.25.6, а ) имеет два входа – S и R . Управляющие сигналы (импульсы тока или напряжения) поступают на эти входы от раздельных источников. При поступлении управляющего сигнала на вход S (set – установка единицы) триггер устанавливается в состояние “1 ”, при котором = 1 , а = 0 . При поступлении управляющего сигнала на вход R триггер устанавливается в состояние “0 ”, при котором = 0 , а = 1 .
Если к моменту поступления управляющего сигнала на вход S , триггер уже находился в состоянии “1 ”, то его состояние не изменится. При раздельном запуске триггер срабатывает от каждого управляющего сигнала только тогда, когда они поступают на входы S и R поочередно. Сокращенное название триггера – RS – триггер.
Триггер с общим запуском (рис. 25.6, б ) имеет один вход – Т . Управляющие сигналы поступают на этот вход, а триггер срабатывает от каждого сигнала, изменяя свое состояние на противоположное. Сокращенное название триггера – Т – триггер.
Триггер с комбинированным запуском (рис. 25.6, в ) имеет три входа S , R и Т . Триггер допускает как раздельный, так и общий запуск. Сокращенное название – RSТ – триггер.
Схема триггера с раздельным запуском на биполярных транзисторах p - n – p типа приведена на рис. 25.7. Схема состоит из двух транзисторных ключей. Выход ключа на транзисторе Т 1 Т 2 . Выход ключа на транзисторе Т 2 соединен со входом ключа на транзисторе Т 1 .Так замыкается петля ПОС.
Рассмотрим работу схемы, используя графики токов и напряжений рис. 25.8.
На временном интервале от 0 до t 1 схема находится в исходном состоянии. Предположим, что в исходном состоянии = 0 , = 1 . При этом транзистор Т 1 открыт и насыщен, напряжение U кэ1 = U кн ≈ 0 . Транзистор Т 2 закрыт и U кэ2 ≈ -Е к . Высокий отрицательный потенциал - U кэ2 через делитель R 1 , R б1 приложен к базе транзистора Т 1 и поддерживает его в открытом состоянии. В цепи базы протекает ток I б1 = I бн . В базе транзистора накоплен большой избыточный заряд носителей.
На базу транзистора Т 2
действует незначительный отрицательный потенциал - U кэ1
и положительный потенциал Е б
. Так как |Е б
| > |U кэ1
|, то транзистор Т 2
поддерживается в закрытом состоянии. Таким образом, состояние транзистора Т 1
поддерживает состояние транзистора Т 2
и наоборот. Схема находится в устойчивом состоянии до воздействия управляющего сигнала.
Пусть в момент t 1 в базу транзистора Т 1 подан управляющий сигнал – импульс тока I вх . Если выполняется условие |I вх | > |I б1 |, то ток базы Т 1 меняет знак, но транзистор остается открытым до момента времени t 2 . На интервале времени t 2 – t 1 происходит рассасывание избыточного заряда базы Т 1 . Если управляющий сигнал достаточно сильный, то интервал рассасывания τ р определяется выражением
где S = β·I б / I кн – коэффициент насыщения транзистора, τ = 1 / 2π·f – время
пролета неосновных носителей заряда через базу.
С момента t 2 начинает убывать коллекторный ток транзистора Т 1 , а |U кэ1 | увеличивается. Транзистор работает в активном режиме. Отрицательное приращение напряжения - ∆U кэ1 через делитель R 2 , R б2 передается на базу транзистора Т 2 . Это приводит к уменьшению напряжения U б2 . В момент времени t 3 напряжение U б2 достигает уровня отпирания транзистора Т 2 – U б0 . Интервал времени t 3 – t 2 называется интервалом подготовки к отпиранию t п . Его длительность определяется выражением
С момента t 3 оба транзистора работают в активном режиме. В схеме возникает лавинообразный (регенеративный) процесс опрокидывания, когда запирается транзистор Т 1 и отпирается Т 2 . Увеличение |- U кэ1 | приводит к росту |- U б2 | и к уменьшению U кэ2 . Это вызывает увеличение напряжения U б1 и более глубокое запирание транзистора Т 1 . Длительность регенеративного процесса t рег имеет порядок τ . Он завершается в момент t 4 , когда Т 1 закрыт, а Т 2 открыт. Управляющий сигнал больше не нужен. Будем полагать, что его срез соответствует моменту времени t 4 . Окончание управляющего сигнала приводит к скачку тока базы I б1 до I к0 .
После завершения лавинообразного процесса начинается установление нового состояния триггера. Длительность этапа установления определяется скоростью перезаряда конденсаторов С 1 и С 2 . До запуска схемы конденсатор С 1 был заряжен до напряжения, близкого к Е к . Теперь он разряжается через резистор R 1 и по цепи R б1 , Е б , эмиттер – коллектор Т 2 . Конденсатор С 2 до запуска схемы был разряжен. На этапе установления он заряжается. Ток заряда протекает от + Е к , через корпус, переход эмиттер – база Т 2 , С 2 , R к1 , к -Е к . Скорость перезаряда определяется значением постоянной цепей перезаряда. Этап установления завершается в момент времени t 5 и обозначается t у .
После окончания этапа t у схема готова к приему следующего управляющего сигнала. Сумма
T мин = τ р + t п + t рег + t у
определяет минимальный временной интервал между управляющими сигналами, при котором обеспечивается надежное срабатывание триггера.
Схема триггера, приведенная на рис. 25.9, отличается от рассмотренной ранее типом транзисторов, связями между их базами и коллекторами и числом входов. Это обусловливает существенные отличия в принципе работы триггера.
При замыкании ключа К положительный потенциал источника питания + Е к через резистор R к1 подается на базу транзистора Т 2 и открывает его. Транзистор Т 1 закрыт. Если напряжение на входе отсутствует U вх = 0, то это состояние (назовем его исходным) может сохраняться как угодно долго.
Триггер изменяет свое состояние под воздействием положительного управляющего сигнала на базу транзистора Т 1 . В новом состоянии транзистор Т 1 открыт и насыщен, а транзистор Т 2 закрыт. Чтобы вернуть триггер в исходное состояние, нужно выключить и вновь включить источник питания. Схема может быть полезной для управления временем начала (момент включения Е к ) и прекращения какого - либо процесса по управляющему сигналу.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
25.1. Приведите примеры применения импульсных сигналов для решения практических задач.
25.2. Перечислите основные параметры импульсных сигналов, приведите известные соотношения для их оценки.
25.3. Докажите, что мощность, потребляемая электронными ключами, пренебрежимо мала.
25.4. Рассчитайте элементы R 1 , R 2 и R к для схемы рис. 25.1, б , если известно, что Е к = 10 В , Е СМ = 1,5 В , U вх = 2, 5 В , β = 40 – 100 , I кэо = 50 мкА , I кн = 9,5 мА .
25.5. В схеме триггера Шмитта по рис. 25. 3, а определите U 0 , при котором |U п1 | = |U п2 |.
25.6. На вход прямой RC цепи поступает прямоугольный импульс τ и = 10 -3 С . Определите значение С , при котором цепь будет передавать импульс с минимальными искажениями, если R = 10 кОм .
25.7. Определите значение С , при котором прямая RC цепь будет дифференцировать импульс, если R = 10 кОм .
25.8. Приведите условные схемные обозначения триггеров. Определите назначение их входов и выходов.
25.9. Определите требования к амплитуде и длительности управляющего сигнала триггера по схеме рис. 25.7.
25.10. Триггер по схеме рис. 25.9 имеет один вход. Почему его относят к классу RS триггеров?
Устройства импульсной и цифровой электроники существенно отличается от устройств аналоговой электроники видом используемых сигналов (цифровые сигналы) и приёмами проектирования.
Цифровой сигнал может принимать два значения (высокого уровня и низкого уровня). Устройства, работающие с цифровыми сигналами, называются цифровыми.
Цифровыми сигналами сигналом представляются двоичные числа. Элементами сигнала являются нуль(0) и единица(1).
Цифровой сигнал может быть потенциальным или импульсивным:
Устройства для формирования цифровых сигналов
Для получения цифровых уровней, соответствующих логической 1 и логическому 0 применяют специальные схемы.
Аналоговый компаратор
Компаратор предназначен для сравнения аналоговых сигналов: входного (измеряемого) Uх
и опорного (Uоп
). В момент равенства сигналов Uх
= Uоп
напряжение Uвых
резко изменяются.
До момента t1 Uоп
> Uх
и Uвых
=U+
нас
.
В момент t1 Uх
≥ Uоп
и Uвых
=U-
нас
.
В момент t2 вновь наступает Uоп
≥ Uх
и Uвых
=U+
нас
.
Пунктиром показано характеристика идеального компаратора, у которого переключение происходит мгновенно при Uх
= Uоп
. Сплошная линия соответствует реальному компаратору, у которого переключение происходит с запаздыванием относительно t1 и t2. Для получения на выходе компаратора цифровых уровней, соответствующих логическому нулю (0) и логической единицы (1), вводят ограничитель, состоящий из диодов VД1 и VД2.
Напряжение на открытом диоде около 0,7 В. По этому напряжение на выходе не может быть выше 5,7 В (при Uвых > 0 и открыт VД1). И ниже — 0,7 В (при Uвых < 0 и открыт VД2). Однако рассмотренные схемы компараторов отличаются низкой помехозащищённостью. Указанный недостаток устраняется при введении в схему положительной обратной связи.
Триггер Шмитта
Компаратор, уровни включения и выключения которого не совпадают, называют триггером Шмитта.
Резисторами R2 и R4 введена положительная обратная связь. Напряжение в точке А равна сумме напряжений Uоп и Uос
. Напряжение Uос
=(U’вых
*R2)/(R2+R4)
Когда U’вых
= U+
нас
напряжение в т. А равно напряжению срабатывания Uсраб
= Uоп
+ Uос
. Когда U’вых
= U-
нас
напряжение в т. А равно напряжению отпускания Uотп
= Uоп
— Uос
.
За счёт положительной обратной связи компаратор обладает гистерезисом (рис в): переходы Uвых от одного уровня к другому происходят при разных входных напряжениях (Uсраб
, Uотп
.) Если амплитуда помехи меньше разности Uсраб
— Uотп
, то сложного срабатывания не будет (устраняется «дребезг»). Напряжение на выходе Uвых изменяются от уровня логической 1 до уровня логической 0.
Параметры компараторов
Компараторы описывается многими из тех параметров, которые характерны для ОУ (коэффициентом усиления, входным сопротивлением, коэффициентом ослабления синфазного сигнала, напряжение смещения нуля, значением входных токов и т.д.).На ряду с этим ему свойственны и специфические параметры, к которым относятся чувствительность и время переключение.
Чувствительность
(разрешающая способность) характеризует точность сравнения сигналов и соответствует их минимальной разности ΔUвх min
, при которой напряжение на выходе достигает уровня срабатывания логического элемента. Значение ΔUвх min
у ИМС компараторов имеет порядок сотен микровольт, что хуже, чем у компараторов на ИМС операционных усилителей.
Время переключения
tпер
характеризует быстродействие компараторов и соответствует времени с момента сравнения до момента достижения выходных напряжением уровня срабатывания цифрового элемента. Время переключения существенно зависит от разности сигналов на входах. Типичные значения tпр составляют десятки, сотни НС.
Генераторы импульсных сигналов
Наиболее распространенные генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения. Генераторы могут работать в режимах: автоколебательном, ждущем, синхронизации. В автоколебательном режиме импульсные сигналы формируются непрерывно без внешнего воздействия. В ждущем режиме импульсный сигнал формируется лишь по приходу запускающего сигнала. В режиме синхронизации формируется импульсные напряжения, частота которых равна или кратное частоте синхронизирующего сигнала.
Генераторы прямоугольных импульсов
Подобно генераторам гармонических колебаний генераторы прямоугольных импульсов преобразуют энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний. Генераторы импульсных сигналов восполняют на дискретных, логических элементах или на ОУ.
Симметричный мультивибратор в режиме автоколебаний
Мультивибратор выполнен на основе триггера Шмитта. R2 и R4 образуют положительную обратную связь, R1 и c образует отрицательную обратную связь. В зависимости от напряжения на выходе, которое может быть равно либо + Еп, либо — Еп (Еп — напряжение питания ОУ) на неинвертирующем входе ОУ устанавливается или, или
Ёмкость С перезаряжается с постоянной времени τ = RC.
Мультивибратор формирует прямоугольные импульсы (рис в) с периодом T=2RCgn(1+R3/R2)
Время tu1 заряда конденсатора С равно времени tu2 разряда, поэтому мультивибратор называется симметричным. Период колебаний T = tu1 + tu2.
Несимметричный мультивибратор времени автоколебаний
Для получения колебаний, у которых tu1 ≠ tu2 вместо резистора R1 включаем два разных резистора R1 и R2 и два диода VД1 и VД2. Резистором R1 можно менять постоянную времени зарядки конденсатора С, а с резистором R2- постоянную времени его разрядки.
Ждущий мультивибратор (одновибратор)
За счёт диода VD отрицательное напряжение на конденсаторе С (Uc) может иметь только отрицательное значение порядка — 0,7 В. Схема имеет одно устойчивое состояние, когда Uвых
=U-
нас
= -Еп (диод VD открыт). Из этого состояния схема не может самостоятельно переключить к уровню Uвых
=U+
нас
=Еп.
С приходом положительного запускающего импульса Uзап
= Uм
> Uср
схема переключается к уровню Uвых
=U+
нас
= Еп. После этого начинается заряд конденсатора С через резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе Uc достигнет значение Uотп происходит возвращение схемы к уровню Uвых
=U-
нас
=-Еп. В этом состоянии схема пребывает до поступления следующего запускающего импульсе.
Генераторы линейного изменяющегося напряжения (ГЛИН)
Линейно изменяющимся напряжением (пилообразным импульсом) называют напряжение, показанное на рисунке:
Импульс составляется двумя фронтами. Передний фронт (рабочий или прямой ход) является линейно изменяющимся длительностью tпр. Задний фронт (обратный ход) изменяется по экспоненциальному закону в течении времени tобр
. Импульс характеризуется начальным уровнем Uо и амплитудой Um.
Пилообразные импульсы используются для разведки электронного луча в осциллографах, телевизорах и т.д.
Принцип построение ГЛИН основан на зарядке ёмкости постоянным током.
Линейно изменяющееся напряжение можно получить с помощью интегратора:
На вход подано постоянное напряжение Uвх = const. Ток через конденсатор С равен I=Uвх
/R=const.
На конденсаторе С формируется линейно изменяющее напряжение Uвых
=-Uвх
g/RC.
Обратный ход формируется в процессе быстрой разрядки конденсатора после замыкания ключа Кл.
Аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи
Преобразование аналогового сигнала в цифровой и обратное преобразование применяется в измерительной технике (осциллографы, вольт метры, генераторы и т.д), В бытовой аппаратуре (телевизор, музыкальные центры, автомобильная электроника и т.д), в компьютерной технике (ввод и вывод звука, видеомониторы, принтеры и т.д), в медицинской технике, в телефонии и т.д.
При этом применение АЦП и ЦАП постоянно расширяется по мере перехода от аналоговых устройств к цифровым.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП или ADC)
АЦП преобразует аналоговые сигналы в цифровые, поступающие на цифровые устройства для дальнейшей обработки обработки или хранения.
В общем случае микросхему АЦП можно в виде блока, имеющего один аналоговый вход, один или два входа для подачи опорного (образцового) напряжения, а также цифровые выходы для выдачи кода, соответствующего текущему значению аналогового сигнала.
Часто микросхема АЦП имеет так же входы для подачи тактового сигнала CLK, сигнала разрешения работы CS и выход для выдачи сигнала RDY, указывающего на готовность выходного цифрового кода. На микросхему подаётся одно или два питающих напряжения.
Опорное напряжение АЦП задаёт диапазон входного напряжения, в котором производится преобразование. Оно может быть постоянным или же допускать изменение в некоторых пределах. Иногда предусматривается подача на АЦП двух опорных напряжений с разными знаками, тогда АЦП способен работать как с положительными, так и с отрицательными входными напряжениями.
Выходной цифровой код N (n — разрядный) однозначно соответствует уровню входного напряжения. Код может принимать 2n
значений, то есть АЦП может различать уровней входного напряжения. Количество разрядов выходного кода n представляет собой важнейшую характеристику АЦП. В момент готовности выходного кода выдаётся сигнал окончания преобразования RDY, по которому внешнее устройство может читать код N.
Управляется работа АЦП тактовым сигналом CLK, который задаёт частоту преобразования, то есть частоту выдачи выходных кодов. Предельная тактовая частота — второй важнейший параметр АЦП. В некоторых микросхемах имеется встроенный генератор тактовых сигналов, поэтому к их выводам подключается кварцевый генератор или конденсатор, задающий частоту преобразования. Сигнал CS разрешает работу микросхемы.
Выпускается множество самых разнообразных микросхем АЦП, различающихся скоростью работы (частота преобразования от сотен килогерц до сотен мегагерц), разрядностью (от 6 до 24), допустим диапазонами входного сигнала, величинами погрешностей, уровнями питающих напряжений, методами выдачи выходного кода (параллельный или последовательный), другими параметрами. Обычно микросхемы с большой количеством разрядов имеют невысокое быстродействие, а наиболее быстродействующие микросхемы имеют небольшое число разрядов. В качестве базового элемента любого АЦП используется компаратор напряжения, который сравнивает два входных аналоговых напряжения и в зависимости от результата сравнения выдаёт выходной цифровой сигнал (0 или 1).
Существует два основных принципа построения АЦП: параллельный и последовательный.
Принцип преобразования параллельного типа заключается в одновремённом сравнении входного напряжения с n опорными напряжениями и определением, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит.
Схема 3-х разрядного параллельного так же представлено на рисунке:
Схема такого АЦП содержит резистивный делитель из резисторов, который делит опорное напряжение Uоп на (2n
-1) уровней.
Входное напряжение Uвх
сравнивается с помощью (2n
-1) компараторов с уровнями (). Выходные сигналы компараторов (X1,X2....X7) с помощью кодирующего преобразователя преобразуется в n — разрядный (n = 3) двоичный код Z0 Z1 Z2.
Процесс преобразования происходит очень быстро, поэтому частота преобразования может достигать сотен МГц. Правда, они требуют применения большого количества компараторов, что вызывает технологические трудности при большом количестве разрядов (при n = 12 требуется 4095 компараторов).
Поэтому АЦП параллельного типа выпускают с числом разрядов n = 4...8
При необходимости иметь больше 8 разрядов применяют АЦП последовательного преобразования, недостатком которых являются малое быстродействие, что приводит к апертурной погрешности АЦП. Апертурная погрешность связана со скоростью изменения измеряемого сигнала (Uвх
/dt). За время преобразования (tпр) в цифровой сигнал Uвх изменяется и возникает неопределённость, какое мгновенное значение Uвх
(t) преобразовано в код. Для уменьшения апертурной погрешности перед АЦП последовательного преобразования устанавливается схема выборки и хранения.
Устройство выборки и хранения (УВХ)
Где ƒт — тактовые импульсы выборок. Буферы DА1 и DА2 имеют Rвх → ∞ и Rвых → 0. Ключ S1 переключается с такой частотой ƒт . Буфер DA1 благодаря малому Rвых позволяет конденсатору С1 зарядиться до мгновенного значения входного напряжения в каждом импульсе выборки (режим выборки). В интервале между импульсами выборок ключ S1 разомкнут и заряд удерживается на конденсаторе вследствие большого Rвх буфера DА2. (режим хранения) В течении времени хранения АЦП осуществляет преобразование выбранного мгновенного значения в код. Частота ƒт взятия выборок (отчётов) мгновенных значений должна удовлетворять неравенству: ƒт ≥ 2ƒmax, где ƒmax — наибольшая частота спектра аналогового сигнала Uвх.
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП или DAC)
ЦАП преобразует цифровые сигналы цифровых устройств в аналоговые сигналы. В общем случае микросхему ЦАП можно представить в виде блока, имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.
На цифровые входы ЦАП подаётся n — разрядный код N, на аналоговый выход — опорное напряжение Uоп (другое распространенное обозначение — Uref
). Выходным сигналом является напряжение Uвых (другое обозначение — Uo
) или ток Iвых (другое обозначение lo
). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорционально входному коду и опорному напряжению. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода и любое опорное напряжение.
Кроме информационных сигналов микросхемы ЦАП требуют также подключения одного или двух источников питания и общего провода.
В качестве примера рассмотрим схему реализации 4 — разрядного (n — 4) ЦАП.
Транзисторные ключи S1...S4 управляются цифровым кодом X3X2X1X0. Резисторы R0
/8, R0
/4, R0
/2, R0
высокоточные двоично взвешенные.
Преобразования цифрового кода в выходной аналоговый сигнал основано на представлении двоичного числа Х в виде суммы степеней числа 2: X=X3g23
+X2g22
+X1g21
+X0g20
, где Х3, X2, X1, X0 могут принимать значения 0 или 1.(0 — при разомкнутом ключе, 1 — при замкнутом ключе). Выходное напряжение ЦАП будет связано со входным кодом Х и опорным напряжением Uоп
формулой:
Знак минус получается из — за инверсии сигнала ОУ.
Таким образом, при входном коде 0000 выходное напряжение Uвых = 0, а при входном коде 1111 оно будет ровно Uвых = - К (X=1g23
+1g22
+1g21
+1g20
) = - К. 15. Значение К выбирают таким, чтобы Uвых
≤ Uоп
.
Сменяющиеся входные коды обусловливают сменяющееся напряжение на входе ЦАП:
От единицы в первом разряде (Хо
= 1) на выходе появляются напряжения Uвых
= ΔU (0001). При коде 1111 напряжение на выходе ЦАП равно:
Uвых
= 1 (8 . ΔU) + 1(4 . ΔU) + 1(2 . ΔU) + 1 . ΔU = 15 . ΔU. Таким образом, выходной сигнал ЦАП состоит из ступенек, высота которых кратна Uвых
/2n
, а модуль Uвых
пропорционален числу, двоичных код которого определяется состоянием ключей S1.... S4. Токи ключей суммируются в точке А, причём токи различных ключей различны (имеют разный вес: 23
, 22
, 21
, 20
,).
Параметры АЦП и ЦАП
К основным параметрам АЦП и ЦАП следует отнести максимальное напряжение Umax (входное для АЦП и выходное для ЦАП), число разрядов кода n, разрешающую способность и погрешность преобразования.
Разрешающая способность ЦАП
— выходное напряжение, соответствующее единице в младшем разряде входного кода: Δ=Umax
/(2n
-1), где 2n
-1 — максимальный вес входного кода.
Так например, при Umax
= 10 B n = 12, Δ =10/(212
-1) = 2,45 мВ. Чем больше n, тем меньше Δ и тем точнее выходным напряжением может быть представлен входной код. Относительное значение разрешающей способности δ= Δ/Umax
= 1/2n-1
Ток же параметр АЦП определяется приведёнными выше выражениями и представляет собой входное напряжение, соответствующее приращению выходного кода на единицу в младшем разряде. В данном случае Δ - наименьшая различимая ступенька входного сигнала. Сигнал меньшего уровня АЦП не зарегистрирует. В соответствии с этим разрешающую способность отождествляют с чувствительностью АЦП.
Погрешность преобразования
имеет статическую и динамическую составляющие. Статическая составляющая включает в себя методическую погрешность квантования (дискретности) и инструментальную погрешность от неидеальности элементов преобразователей. Погрешность квантования Δк обусловлена самим принципом представления непрерывного сигнала квантованными уровнями, отстоящими друг от друга на выбранный интервал. Ширина этого интервала и есть разрешающая способность преобразователя. Наибольшая погрешность квантования составляет половину разрешающей способности, а в общем случае: Δк = ± 0,5 Δ = ± 0,5 Umax
/(2n
-1); δк = ± 0,5 (1/(2n
-1))
Инструментальная погрешность не должна превышать погрешность квантования. При этом полная абсолютная и относительная статические погрешности: Δст = ±Umax
/(2n
-1), δст
= ± (1/(2n
-1)),что соответствует разрешающей способности преобразователя.
Динамическая составляющая погрешности связана с быстродействием преобразователя (с временем преобразования tпр) и скоростью изменения входного сигнала (V). Чем меньше tпр и V тем меньше эта составляющая. Выбор ЦАП может, в частности, производится по значению tпр: за время tпр код на входе не должен, например, изменятся более чем на единицу в младшем разряде. Для АЦП период Топ, с которым осуществляется опрос входного напряжения (подключение к нему АЦП), следует выбирать больше tпр: Топ > tпр, т. е. между скоростью преобразования 1/ tпр и частотой опроса (ƒоп = 1/T) должно соблюдаться соотношение (1/ tпр) >ƒоп. С другой стороны, по теореме Котельникова, ƒоп связана с наивысшей частотой ƒmax в спектре непрерывного входного сигнала неравенством ƒоп ≥ 2 ƒmax. Поэтому АЦП должен обладать скоростью преобразования (1/ ƒпр) ≥ 2 ƒmax. При большом tпр нужно будет увеличивать период опроса, чтобы избежать больших динамических искажений. Для их уменьшения обычно выбирают АЦП с таким временем преобразования tпр, за которое входной сигнал изменяется не более чем на разрешающую способность Δ = Umax/(2n
- 1).
Скачать книгу Импульсные и цифровые устройства абсолютно бесплатно.
Для того, чтобы бесплатно скачать книгу с файлообменников нажмите на ссылки сразу за описанием бесплатной книги.
"Импульс - единственная сила, способная преодолеть и инерцию, и силу тяжести".
/Уилл Фергюсон/
Лучший учебник советского времени по курсу "Импульсные и цифровые устройства". Если повезет, сейчас можно найти у букинистов. А вообще-то, каждый радиоинженер должен знать этот курс как молитву, так как импульсы "преследуют" нас повсюду: электромагнитные импульсы, видеоимпульсы, короткие и длинные импульсы, импульсные источники питания, импульсные генераторы, радиолокация, лазеры и многое другое.
В книге представлены линейные и нелинейные устройства преобразования и формирования импульсных сигналов, электронные ключи, разнообразные импульсные устройства регенеративного типа, устройства формирования пилообразного напряжения и тока, логические схемы, основные элементы цифровых устройств и многокаскадные устройства функционального назначения.
При изложении уделяется внимание обеспечению надежного и стабильного режима работы устройств при действии неизбежных в условиях эксплуатации дестабилизирующих факторов и помеховых импульсов.
Предисловие
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ
Глава 1. Вводные сведения
§1.1. Импульсный режим работы и его особенности
§ 1.2. Роль импульсной техники в радиоэлектронике
§ 1.3. Предмет курса
§ 1.4. Из истории развития импульсной техники
Глава 2. Характеристика формы импульсов
§2.1. Форма и параметры импульсов
§ 2.2. Параметры типовых импульсов
§ 2.3. Аналитическое выражение импульсов
§ 2.4. Приближенная оценка длительности фронта
§ 2.5. Активная ширина спектра импульсов
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ЛИНЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ
Глава 3. Интегрирующие цепи
§ 3.1. Назначение и принцип работы интегрирующей цепи
§ 3.2. Требования к параметрам интегрирующей цепи
§ 3.3. Варианты схем интегрирующей цепи
Глава 4. Дифференцирующие и укорачивающие цепи
§ 4.1. Дифференцирующие цепи
§ 4.2 Укорачивающие цепи
Глава 5. Импульсные трансформаторы
§ 5.1 Назначение импульсных трансформаторов
§ 5.2. Намагничивание сердечника трансформатора
§ 5.3. Эквивалентная схема трансформаторной цепи
§ 5.4. Искажение формы трансформированного импульса
§ 5.5. Требования к конструкции трансформатора
Глава 6. Линии временной задержки сигналов
§ 6.1 Назначение линии временной задержки
§ 6.2. Свойства немскажающих электрических систем временной задержки
§ 6.3. Электромагнитные линии временной задержки
§ 6.4. Искусственные линии задержки (ИЛЗ)
§ 6.5. Ультразвуковые линии задержки (УЛЗ)
Глава 7. Линейные формирующие цепи
§ 7.1. Общие положения
§ 7.2. Формирующие электромагнитные линии
§ 7.3. Искусственные формирующие линии
§ 7.4. Формирующие реактивные двухполюсники
§ 7.5. Схемы включения формирующих цепей
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ И НЕЛИНЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФОРМЫ СИГНАЛОВ
Глава 8. Электронные ключи
§ 8.1. Общие положения
§ 8.2. Транзисторный ключ (ТК)
§ 8.3. Переходные процессы в транзисторном ключе
§ 8.4. Варианты транзисторных ключевых схем
§ 8.5. Диодный ключ
Глава 9. Нелинейные устройства преобразования сигналов и формирования импульсов
§ 9.1. Амплитудные ограничители
§ 9.2. Формирование импульсов путем ограничения и дифференцирования синусоидального напряжения
§ 9.3. Пик-трансформатор
§ 9.4. Фиксаторы уровня
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА
Глава 10. Общие свойства регенеративных импульсных устройств
§ 10.1. Принципы построения регенеративных устройств
§ 10.2. Режимы работы регенеративных устройств
Глава 11. Мультивибраторы
§ 11.1. Мультивибраторы с анодно-сеточными связями
§ 11.2. Мультивибратор с коллекторно-базовыми связями
§.11.3. Ждущий мультивибратор с эмиттерной связью
§ 11.4. Типовые схемы ждущих мультивибраторов
§ 11.5. Ждущий мультивибратор с транзисторами разного типа проводимости
§ 11.6. Мультивибратор с мостовыми цепями
§ 11.7. Многофазные мультивибраторы
Глава 12. Блокинг-генераторы
§ 12.1. Общая характеристика блокинг-генератора
§ 12.2. Ламповый блокинг-генератор
§ 12.3. Варианты схем ламповых блокинг-генераторов
§ 12.4. Транзисторный блокинг-генератор
Глава 13. Импульсные делители частоты
§ 13.1 Принцип действия делителя частоты
§ 13.2. Стабильность режима деления частоты
§ 13.3. Ступенчатый делитель частоты
Глава 14. Триггеры
§ 14.1. Общие свойства триггеров и требования к ним
§ 14.2. Симметричный транзисторный триггер
§ 14.3. Схемы запуска триггера
§ 14.4. Обеспечение состояний покоя триггера
§ 14.5. Варианты схем триггеров
Глава 15. Импульсные устройства на полупроводниковых приборах с отрицательным сопротивлением
§ 15.1 Устройства на туннельных диодах (УТД)
§ 15.2. Устройства на лавинных транзисторах (УЛТ)
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА
Глава 16. Простейшие генераторы линейно изменяющегося напряжения. Методы линеаризации
§ 16.1. Параметры линейно изменяющегося напряжения
§ 16.2. Принцип построения генераторов ЛИН
§ 16.3. Простейшие генераторы ЛИН
§ 16.4. ГЛИН с токостабнлизующим элементом
§ 16.5. ГЛИН с компенсирующей э. д. с, вводимой посредством неинвертирующего усилителя
§ 16.6. ГЛИН с компенсирующей э. д. с, вводимой посредством инвертирующего усилителя
Глава 17. Генераторы ЛИН фантастронного типа
§ 17.1. Общие сведения
§ 17.2. Фантастрон со связью по экранирующей сетке
§ 17.3. Фантастрон с катодной связью
§ 17.4. Транзисторный фантастрон
Глава 18. Генераторы пилообразного тока
§ 18.1. Параметры пилообразного тока
§ 18.2. Принцип формирования пилообразного тока
§ 18.3. Схемы генераторов пилообразного тока
РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ. ЭЛЕМЕНТЫ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
Глава 19. Общая характеристика логических схем
§ 19.1. Основные логические операции
§ 19.2. Классификация и характеристики логических схем
Глава 20. Основные логические схемы
§ 20.1. Схема логического отрицания (НЕ)
§ 20.2. Диодные схемы логического умножения (И)
§ 20.3. Диодные схемы логического сложения (ИЛИ)
§ 20.4. Логические схемы на туннельных диодах
Глава 21. Сложные и комбинированные логические схемы
§ 21.1. Диодно-транзнсторные логические схемы (ДТЛС)
§ 21.2. Транзисторные логические схемы (ТЛС)
§ 21.3. Логическая схема запрещения (ЗАПРЕТ)
§ 21.4. Логические схемы равнозначности и неравнозначности
§ 21.5. Многоступенчатые диодные логические схемы
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ. МНОГОКАСКАДНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА
Глава 22. Устройства кодирования сигналов
§ 22.1. Формирование импульсных кодов с фиксированными интервалами между импульсами
§ 22.2 Формирование импульсных кодов с регулируемыми интервалами между импульсами
§ 22.3. Регистрация двоичного цифрового кода
§ 22.4. Диодные дешифраторы
§ 22.5. Цифровые счетчики импульсов
§ 22.6. Кодирование непрерывно изменяющихся величин
Глава 23. Селекция импульсных сигналов
§ 23.1. Общие сведения
§ 23.2. Амплитудная селекция импульсов
§ 23.3 Селекция импульсов по частоте повторения
§ 23.4 Селекция импульсов по длительности
§ 23.5. Селекция кодированной серии импульсов
Название: Импульсные и цифровые устройства
Дорогие читатели если у Вас не получилось
скачать Импульсные и цифровые устройства
напишите об этом в комментарияхи и мы обязательно вам поможем.Импульсные устройства
(конспект лекций)
Введение
Импульсные устройства представляют собой класс электронных устройств, оперирующих с колебаниями (сигналами) импульсного вида, т.е. действующими на ограниченном интервале времени и, возможно, повторяющимися периодически или через произвольные отрезки времени.
Импульсные устройства возникли практически одновременно с появлением других технических устройств, использующих существующие тогда электронные приборы - электронные лампы. Наиболее интенсивное развитие импульсных устройств в начале 40-х годов было связано с важной прикладной задачей – созданием импульсных РЛС. Импульсные устройства в РЛС используются и в настоящее время, при этом по-прежнему используются электронные приборы СВЧ: магнетроны, ЛБВ и др. вследствие необходимости получения мощности в единицы и десятки мегаватт, что определяет требования к рабочиим напряжениям в сотни вольт и недоступно полупроводниковой технологии.
Тем не менее, развитие микроэлектронной технологии компьютеров не исчерпывает применения импульсной техники, которая широко используется при решении разнообразных практических задач в специализированных цифровых устройствах, в том числе в устройствах управления станками, механизмами, устройствами сильноточной электротехники, бытовой технике и т.п. Знание принципов и методов конструирования импульсных устройств отличают специалиста в этой области от пользователя персонального компьютера при любом уровне программного обеспечения.
Цифровые устройства используют представление анализируемых данных в цифровом коде, в подавляющем количестве случаев – двоичном. Цифровой код не является импульсным сигналом, он просто представляет набор несовместимых символов, в качестве которых обычно используются дискретные символы «0» и «1». В электронном устройстве эти символы сопоставляют с наличием или отсутствием аналоговой величины - напряжения (тока). В условиях неизбежного существования помех степень помехоустойчивости кода определяется различием напряжений на электронных элементах в состоянии «0» и «1». При передаче кодовой последовательности эти состояния сменяют друг друга, что и образует импульсный сигнал. Это определяет роль импульсных устройств как базового схемотехнического принципа построения цифровых устройств.
С течением времени некоторые схемотехнические решения традиционной импульсной техники утратили своё значение, но базовые принципы сохраняются в современных микроэлектронных схемах различного уровня интеграции, используемых разработчиками разнообразных электронных устройств. Поэтому знание основ построения и правил использования импульсных устройств составляют необходимую часть подготовки специалистов в области цифровой схемотехники, что определяет целесообразность выделения раздела «Импульсные устройства» как предварительного в дисциплине «Цифровые устройства».
Тема1. Основные понятия и определения импульсной техники
Основной вид используемого в импульсных устройствах электрического колебания (сигнала) называется импульсом. В англоязычной литературе используются два термина Impulse и Pulse. Первый относится к одиночному финитному сигналу, имеющему выбранные по некоторому правилу точки начала и конца на оси времени (рис.1.1). Второй термин обычно относится к повторяющимся с некоторой частотой импульсным сигналам, создаваемым некоторым генератором импульсов (Pulser).
Одиночный импульсный сигнал на практике имеет достаточно сложную форму, как на рис.1.1, определённую действием многочисленных факторов, возникающих при построении схемы и при её эксплуатации. В задачах измерения требуется использование выбранных числовых параметров, существенных для решаемой прикладной задачи. Сигнал на рис.1.1 в целом близок к прямоугольной форме. Для характеристики отклонения реального сигнала от прямоугольной функции используют различные числовые параметры.
