Thiết bị xung. Công nghệ xung. Thiết bị tạo tín hiệu số
Cuốn sách mô tả xung và tín hiệu số, cơ sở phần tử của xung và thiết bị kỹ thuật số, bộ định hình, bộ khuếch đại và bộ tạo xung, bộ kích hoạt, các bộ phận và thiết bị chức năng kỹ thuật số.
Dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục trung cấp nghề chế tạo thiết bị điện, vô tuyến điện.
Cấu trúc của tín hiệu xung.
Để rút ngắn cách viết, chúng ta sẽ gọi tín hiệu của thiết bị dạng xung là xung. Những trường hợp có thể dẫn đến hiểu lầm sẽ được nêu rõ.
Trước đây người ta đã nhấn mạnh rằng thông tin được in dấu trong những thay đổi trong rung động điện. Chuỗi xung trở thành tín hiệu khi các tham số của nó thay đổi theo thông tin được truyền đi: biên độ của xung, thời lượng hoặc pha của chúng. Trong trường hợp cụ thể, thông tin có thể được biểu thị bằng sự xuất hiện của xung, sự thay đổi thời lượng của xung hoặc vị trí tạm thời so với xung tham chiếu.
Có các điều chế biên độ xung (PAM), độ rộng xung (PWM) và pha xung (PPM). Đối với mỗi loại điều chế, một trong các tham số của chuỗi xung có giá trị tỷ lệ với độ lớn của tín hiệu điều chế liên tục tại thời điểm có xung.
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Giới thiệu
Chương 1. Tín hiệu xung và tín hiệu số
§ 1.1. Thông tin chung
§ 1.2. Tín hiệu thiết bị xung
§ 1.3. Tín hiệu thiết bị số
Chương 2. Bộ khuếch đại chuyển mạch và chìa khóa
§ 2.1. Thông tin chung
§ 2.2. Chế độ tĩnh của bộ khuếch đại bóng bán dẫn
§ 2.3. Không tương quan khuếch đại bóng bán dẫn
§ 2.4. Bộ khuếch đại bóng bán dẫn đã hiệu chỉnh
§ 2.5. Người theo dõi bộ phát
§ 2.6. Bộ khuếch đại tích hợp
§ 2.7. Công tắc bóng bán dẫn
Câu hỏi kiểm soát và bài tập
Chương 3. Cơ sở phần tử thiết bị xung và kỹ thuật số
§ 3.1. Thông tin chung
§ 3.2. Mổ nội soi
§ 3.3. Bộ so sánh tương tự
§ 3.4. Các phần tử logic đơn giản nhất OR, AND, NOT
§ 3.5. Các phần tử logic AND-NOT, OR-NOT
§ 3.6. Tham số phần tử logic
§ 3.7. Thực hiện hàm logicở các căn cứ khác nhau
Câu hỏi kiểm tra và bài tập
Chương 4. Máy tạo xung
§ 4.1. Thông tin chung
§ 4.2. Chuỗi phân biệt
§ 4.3. Mạch tích hợp
§ 4.4. Bộ tích hợp và bộ phân biệt trên vi mạch Mổ nội soi
§ 4.5. Bộ hạn chế biên độ diode
§ 4.6. Bộ giới hạn khuếch đại Transistor
§ 4.7. Bộ hạn chế trên chip khuếch đại hoạt động
§ 4.8. Xung trước có mạch kích thích sốc
§ 4.9. Đường hình thành
§ 4.10. Bật định dạng xung yếu tố logic
Câu hỏi kiểm tra và bài tập
Chương 5. Máy phát xung vuông
§ 5.1. Thông tin chung
§ 5.1. Bộ dao động đa năng Transistor
§ 5.3. Bộ đa rung tích hợp
§ 5.4. Bộ đa năng dựa trên các phần tử logic
§ 5.5. Bộ đa năng trên chip khuếch đại hoạt động
§ 5.6. Bộ tạo dao động chặn Transistor
§ 5.7. Chặn máy phát điện mạch tích hợp
Câu hỏi kiểm tra và bài tập
Chương 6. Máy phát điện dốc
§ 6.1. Thông tin chung
§ 6.2. Máy phát điện áp tuyến tính
§ 6.3. Máy phát điện tuyến tính
Câu hỏi kiểm tra và bài tập
Chương 7. Kích hoạt
§ 7.1. Thông tin chung
§ 7.2. Kích hoạt bóng bán dẫn
§ 7.3. Flip-flop tích hợp
Câu hỏi kiểm tra và bài tập
Chương 8. Đơn vị chức năng của thiết bị số và thiết bị xung
§ 8.1. Thông tin chung
§ 8.2. quầy
§ 8.3. Đăng ký
§ 8.4. Bộ giải mã và mã hóa
§ 8.5. Công tắc
§ 8.6. Bộ so sánh kỹ thuật số
§ 8.7. Trình bổ sung
§ 8.8. Analog-kỹ thuật số và bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số
§ 8.9. Thiết bị bộ nhớ bán dẫn
§ 8.10. Mảng logic lập trình được
§ 8.11. Bộ hẹn giờ
Câu hỏi kiểm tra và bài tập
Chương 9. Thiết bị số và xung
§ 9.1. Thông tin chung
§ 9.2. Bộ chuyển đổi mã
§ 9.3. Màn hình kỹ thuật số
§ 9.4. Đồng hồ kỹ thuật số
§ 9.5. Vôn kế kỹ thuật số
§ 9.6. Thiết bị thu thập và hiển thị thông tin
§ 9.7. điện tử khóa kết hợp
§ 9.8. Thiết bị nhân mã
§ 9.9. Máy phát xung
§ 9.10. Thiết bị bộ nhớ hệ thống vi xử lý
§ 9.11. Bộ biến đổi điện áp - tần số
§ 9.12. Hiển thị ký tự
§ 9.13. Bộ chọn xung
Phần kết luận
Các ứng dụng
Văn học.
Ngày xuất bản: 24/02/2014 10:04 UTC
- Xử lý số trong hệ thống quang-điện tử, Phần 1, 2017
- Sách giáo khoa dành cho chuyên gia cơ sở của quân đội kỹ thuật vô tuyến, Phần 1, Intse A.K., 1980
- Sách giáo khoa thiết kế khóa học và văn bằng về cung cấp điện của các doanh nghiệp công nghiệp, Fedorov A.A., Starkova L.E., 1987
1. THÔNG TIN CHUNG VỀ TÍN HIỆU XUNG
Ngoài điện áp hình sin, các dạng điện áp khác cũng được sử dụng trong thực hành kỹ thuật điện và điện tử. Sử dụng rộng rãi nhất điện áp xung. Xung là một điện áp (tín hiệu) có hình dạng bất kỳ không liên tục theo thời gian. Dạng sóng đề cập đến quy luật thay đổi điện áp hoặc dòng điện theo thời gian.
Việc sử dụng rộng rãi tín hiệu xung là do một số lý do. Sự kết hợp giữa xung và tạm dừng rất dễ truyền tải thông tin rời rạc. Tín hiệu xung hóa ra là dạng duy nhất được chấp nhận khi tạo ra radar, nó cần thiết cho hoạt động của các hệ thống đồng bộ hóa và thuận tiện cho việc điều khiển nhiều quy trình sản xuất.
Xung cũng được sử dụng để truyền thông tin liên tục. Trong trường hợp này thông tin được truyền đi có thể được chứa trong biên độ, thời gian hoặc vị trí thời gian của xung. Sự hiện diện của các khoảng dừng giữa các xung cho phép bạn giảm lượng điện năng tiêu thụ từ nguồn điện. Ngoài ra, trong thời gian tạm dừng, bạn có thể truyền thông tin từ các phóng viên khác.
Các xung được sử dụng rộng rãi nhất là hình chữ nhật, răng cưa và hình chuông (Hình 25.1, MỘT). Các xung được đặc trưng
– biên độ Ừm ,
- khoảng thời gian τ và,
- thời gian tạm dừng τ p,
- giai đoạn lặp lại T = τ và + τn,
- tần số lặp lại F = 1/T,
- chu kỳ nhiệm vụ Q u = T/τ u.
Trong các thiết bị thực, các xung hình chữ nhật cũng được đặc trưng bởi thời gian tăng của chúng. τ fr và cắt τ trung bình. Mặt trước và điểm cắt được xác định trong quá trình tăng hoặc giảm điện áp từ 0,1 Ừm trước 0,9Um.
2. CHÌA KHÓA ĐIỆN TỬ
Thiết bị xử lý tín hiệu xung được gọi là thiết bị xung. Trong số các thiết bị xung khác nhau, chìa khóa điện tử chiếm một vị trí nổi bật. Không có dòng điện chạy qua một công tắc mở lý tưởng. Điện áp trên một công tắc đóng lý tưởng bằng không. Trạng thái chính thay đổi dưới tác động của tín hiệu được cung cấp cho một hoặc nhiều đầu vào.
Được sử dụng rộng rãi nhất như chìa khóa điện tử thành lập giai đoạn bóng bán dẫn theo sơ đồ với OE trong lớp khuếch đại D(tức là ở chế độ phím). Sơ đồ của một tầng như vậy được hiển thị trong Hình. 25.1, b.
Hãy xem xét hoạt động của mạch. Ở chế độ chuyển mạch, Transistor có thể
ở một trong hai trạng thái - ở trạng thái cắt hoặc ở trạng thái bão hòa.
Ở trạng thái cắt, chìa khóa đang mở. Chỉ một lượng nhỏ chảy qua bóng bán dẫn hiện tại ngược Ike 0. Điện áp ở phần thu-phát. Công suất tổn thất trong Transistor ở chế độ cắt được xác định bởi sản phẩm R ots = I ke0 ·U k và nhỏ vì dòng điện không đáng kể tôi ke0.
Để công tắc bóng bán dẫn ở trạng thái mở, cần đặt một điện áp phân cực âm vào đế, tức là. . Với mục đích này nó thường được sử dụng nguồn bổ sung bù đắp - E cm và điện trở R 2 (các phần tử này được thể hiện bằng các đường chấm trong hình). Với cách đấu nối này, điện áp phân cực được tạo ra bởi hai nguồn E cm và nguồn hiện tại tôi ke0, I E.
Tin tưởng bạn < 0, chúng tôi nhận được:
,
Khi bóng bán dẫn ở trạng thái bão hòa, công tắc điện tử sẽ đóng. Một dòng điện bão hòa chạy qua bóng bán dẫn, giá trị của nó bị giới hạn bởi một điện trở R đến. Bỏ qua điện áp bão hòa thấp, chúng ta có thể viết:
Chế độ bão hòa đạt được ở dòng cơ sở:
. (25.4)
Giống như ở chế độ cắt, công suất bị mất trong bóng bán dẫn ở chế độ bão hòa nhỏ do điện áp bão hòa thấp bạn.
Dòng cơ sở ở chế độ bão hòa được tạo ra bởi nguồn điện áp U VX Và E SM. Trong trường hợp này, phần cực phát của bóng bán dẫn có thể được coi là bị đoản mạch. Đó là lý do tại sao
.
Điều kiện bão hòa (13.4) có dạng
. (25.5)
Biểu thức (25.2), (25.3) và (25.5) cho phép bạn tính toán chìa khóa điện tử.
Hiện nay, chìa khóa điện tử được sản xuất dưới dạng vi mạch. Ví dụ, một vi mạch K564KT3 chứa bốn công tắc hai chiều được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu analog và kỹ thuật số với dòng điện lên tới 10 mA.
3. BỘ SO SÁNH
Bộ so sánh là thiết bị dùng để so sánh hai điện áp. Op-amps có được những khả năng như vậy ở chế độ hoạt động phi tuyến tính. Để phân tích quá trình so sánh, chúng ta hãy quay lại một lần nữa với đặc tính truyền của op-amp (Hình 25.2, MỘT). Chúng tôi biết rằng op-amp hoạt động ở chế độ tuyến tính nếu chênh lệch là . Khi sự khác biệt 
, điện áp đầu ra được giới hạn ở mức ± U m.OUT. Điều này có nghĩa là các bóng bán dẫn ở giai đoạn đầu ra của op-amp hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Nghĩa Ừm. LỐI RA chỉ ít hơn một chút E.M.F. Nguồn cấp E n, do đó, diện tích dương 
và tiêu cực 
bão hòa.
Đối với op-amp thực, giá trị ∆ bạn ơi không quá vài mV. Đối với tín hiệu đầu vào đủ lớn, chúng có thể bị bỏ qua, giả sử ∆U gr ≈0. Sau đó tại 
điện áp đầu ra 
. Ngược lại, khi 
điện áp đầu ra. Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng điện áp đầu ra của op-amp ở chế độ phi tuyến phụ thuộc vào điện áp đầu vào nào lớn hơn. Điều này có nghĩa là op-amp ở chế độ phi tuyến là một mạch so sánh (bộ so sánh).
Khả năng sử dụng op-amp làm bộ so sánh được minh họa bằng các biểu đồ trong Hình. 25,2, b.
Như sau trong biểu đồ, một điện áp hình sin được đặt vào đầu vào trực tiếp của op-amp uin1 (t) và đến đầu vào đảo ngược – điện áp dương không đổi uin2. Bộ so sánh chuyển đổi tại thời điểm bình đẳng u .in1 (t) = U in2. Điện áp đầu ra có dạng hình chữ nhật. Điều này có nghĩa là bộ so sánh có thể được sử dụng để chuyển đổi điện áp hình sin thành điện áp hình chữ nhật, tức là thành điện áp xung.
Từ đồ thị dễ dàng thấy rằng thời lượng của xung hình chữ nhật phụ thuộc vào độ lớn uin2. Bằng cách thay đổi giá trị uin2 từ –U m.in1 trước Bạn m.in1, bạn có thể thay đổi thời lượng xung từ 0 trước T, Ở đâu T- thời hạn của khoảng thời gian uin1 (t). Điều này có nghĩa là bộ so sánh có thể được sử dụng như một bộ chuyển đổi biên độ-thời gian.
Mạch so sánh có phản hồi dương (POS) có ứng dụng thực tế rộng rãi. Nó được thể hiện trong hình. 25,3, MỘT. Tên gọi khác của chương trình là Kích hoạt Schmitt. Tín hiệu đầu vào được cung cấp cho đầu vào đảo ngược và điện áp phản hồi được cấp cho đầu vào chuyển tiếp.
Trong bộ lễ phục. 25,3, bĐặc tính truyền của bộ so sánh được đưa ra. Với điện áp âm lớn ở đầu vào đảo ngược của op-amp bạn vào<< 0 , điện áp đầu ra là dương cực đại – U ra = U ra. tôi.
Điện áp ở đầu vào trực tiếp của op-amp bạn prđược hình thành bởi hai nguồn – bạn 0 Và . Chúng ta hãy xác định nó bằng phương pháp xếp chồng, có tính đến điều đó đối với
cả mạch điện áp R 1,R 2đóng vai trò là bộ chia:
. (25.6)
Giả sử rằng điện áp đầu vào tăng. Bộ so sánh sẽ ở chế độ bão hòa dương U ra = U m.out cho đến khi U VX < bạn pr. Nghĩa bạn pr hoạt động như một ngưỡng phản hồi, do đó nó được gọi là ngưỡng và được chỉ định U P1.
Khi điện áp đầu vào U VX tiếp cận điện áp U P1 quá nhiều để mà 
, Op-amp chuyển sang chế độ tuyến tính. Điện áp đầu ra giảm, tức là nhận được mức tăng âm -∆U ra. Qua một bộ chia R 1,R 2 mức tăng được gửi đến đầu vào trực tiếp của op-amp, giảm giá trị bạn pr theo số lượng:
. (25.7)
Op-amp sẽ tăng mức tăng này, do đó điện áp ở đầu ra của nó sẽ giảm hơn nữa, tức là sẽ xuất hiện mức tăng âm 
. Ngược lại, điều sau sẽ tiếp tục giảm bạn pr. Quá trình này phát triển giống như một trận tuyết lở và kết thúc bằng việc chuyển op-amp sang vùng bão hòa âm, khi 
. Do đó, PIC tăng tốc quá trình chuyển đổi bộ so sánh. Quá trình chuyển đổi tăng tốc này được gọi là quá trình tái tạo.
Bởi vì bạn ra ngoài sau khi chuyển đổi đổi dấu thì giá trị cũng thay đổi bạn pr, tức là giá trị ngưỡng – U P2, Và
. (25.8)
Một công tắc so sánh mới sẽ chỉ xảy ra khi U trong ≈ U P2. Đặc tính truyền của bộ so sánh có dạng vòng trễ. Độ rộng của vòng trễ được xác định bởi tỷ số R2/R1 và vị trí của nó trên trục hoành (trục bạn vào) kích cỡ bạn 0.
4. HÌNH THÀNH CHUỖI
Khi tạo ra các tín hiệu xung có hình dạng khác nhau, cần hình thành các khoảng thời gian xác định khoảng thời gian của xung và khoảng dừng, tốc độ lặp lại xung, v.v. Vấn đề này được giải quyết bằng cách tạo thành các mạch chứa các phần tử phản ứng. Đơn giản và đáng tin cậy nhất là R.C.-dây chuyền. Chúng được chia thành thẳng Và chuyển đổi. Trực tiếp RC- chuỗi được sử dụng như chuyển khoản Và phân biệt, và được chuyển đổi - như tích hợp dây chuyền.
Sơ đồ thẳng R.C.- mạch điện được thể hiện trong hình. 25,4, MỘT. Hãy xem xét hoạt động của mạch theo đồ thị điện áp ở đầu vào và đầu ra của nó (Hình 25.4, b). Khi phân tích quá trình phát điện áp ở đầu ra R.C.-mạch chúng ta sẽ giả sử rằng điện trở trong của nguồn điện áp đầu vào bằng 0 và điện trở tải lớn vô cùng.
Hãy để trong thời điểm này t= 0 vào đầu vào của mạch (kẹp 1 -1 " ) một xung hình chữ nhật có biên độ được nhận Ừm và thời lượng bạn. Tại thời điểm ban đầu tụ điện VỚI xả và hiện tại trong R.C.-mạch chỉ được xác định bởi biên độ xung Ừm và sức đề kháng R. Vì vậy, trên kẹp 2 - 2 " một điện áp bằng mức tối đa được tạo ra. Khi tụ điện tích điện VỚI dòng điện trong mạch và do đó điện áp đầu ra sẽ giảm theo cấp số nhân:
, (25.9)
Ở đâu tc = R×C[VỚI] - hằng số mạch.
Đến cuối xung (khi t = bạn) điện áp đầu ra giảm xuống Bạn ra ngoài (bạn), Và
. (25.10)
Sau khi kết thúc xung, điện áp ở đầu vào mạch bạn vào= 0. Do đó tụ điện VỚI bắt đầu phóng điện qua nguồn bạn vào và điện trở R. Dòng phóng điện tạo ra sự sụt giảm điện áp âm ở đầu ra của mạch, và,
. (25.11)
Mạch truyền động phải truyền xung từ đầu vào đến đầu ra của mạch với hình dạng ít biến dạng nhất có thể. Biến dạng hình dạng được đánh giá bằng mức giảm tương đối tối đa ở đỉnh của xung đầu ra.
.
Từ biểu thức (25.11) suy ra D bạn càng ít thì càng nhiều Bạn ra ngoài (τ u), MỘT Bạn ra ngoài (t và) càng nhiều thì tỷ lệ càng nhỏ t/t c. Nếu yêu cầu mức giảm tương đối tối đa ở đỉnh xung không vượt quá 1% , khi đó hằng số thời gian của mạch t c phải vượt quá thời lượng xung bạn không ít hơn trong 100 một lần. Do đó, sao cho mạch như ở hình 2. 25.4 và đã trở thành bánh răng thì cần phải thỏa mãn điều kiện
Vì năng lực VỚI Vì mạch được đề cập không cho phép thành phần DC của nguồn điện truyền đến đầu ra nên một tên khác đã được gán cho mạch - chuỗi phân chia.
Mạch vi phân được thiết kế để phân chia các xung hoặc tách cạnh trước và cạnh xuống của chúng. Vấn đề này ngược lại với vấn đề đã thảo luận trước đó. Giải quyết càng tốt thì mối quan hệ càng lớn t/t c. Thật sự t/t c≈ (10 100). Điện áp đầu ra biểu thị hai xung lưỡng cực, trùng thời gian với cạnh trước và cạnh xuống của tín hiệu đầu vào (Hình 25.4, b). Biên độ của xung lưỡng cực giảm dần theo cấp số nhân theo (25.9). Độ dài của các xung này được ước tính ở mức 0,05 Ừm công việc mời chào » 3 năm. Lựa chọn t c nó có thể được làm nhỏ như mong muốn.
Mạch đảo chiều R.C.- mạch điện được thể hiện trong hình. 25,5, MỘT. Hoạt động của mạch này được minh họa bằng đồ thị điện áp trong hình. 25,5, b. Khi một mạch (kẹp) như vậy đến đầu vào 1 - 1 " ) của xung hình chữ nhật, tín hiệu đầu ra tăng theo quy luật hàm mũ,
. (25.13)
Thời gian cần thiết để tín hiệu đầu ra tăng đến mức 0,9Um, là 2,3 năm, và đến mức 0,99 Um – 4,6 tấn c.
Khi kết thúc tín hiệu đầu vào, điện áp ở đầu ra của mạch ngược cũng giảm theo định luật hàm mũ:
,
.
Ở phần đầu, điện áp ra thay đổi theo quy luật gần tuyến tính. Phần này thường được sử dụng để tích lũy tuyến tính điện áp tín hiệu, do đó mạch được gọi là tích hợp. Để mạch hoạt động như mạch tích phân thì tỉ số t/t c phải nhỏ hơn đáng kể so với sự thống nhất.
6. KÍCH HOẠT
Bộ kích hoạt là một thiết bị có hai trạng thái ổn định, có khả năng
khả năng, dưới tác động của tín hiệu điều khiển, chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác và duy trì trạng thái này bao lâu tùy thích. Các đặc tính như vậy cho phép sử dụng các bộ kích hoạt làm thành phần bộ nhớ, để chia tốc độ lặp lại của tín hiệu điều khiển, để đếm xung, để tạo xung hình chữ nhật từ điện áp có hình dạng tùy ý, để so sánh điện áp, v.v.
Để xây dựng các bộ kích hoạt, có thể sử dụng điốt đường hầm, thyristor, bóng bán dẫn và các phần tử logic. Trong bài giảng chúng ta sẽ xem xét các yếu tố kích hoạt trên bóng bán dẫn lưỡng cực.
Các ký hiệu kích hoạt trên bóng bán dẫn được hiển thị trong Hình. 25,6. Họ có một hoặc nhiều đầu vào và hai đầu ra. Một trong những đầu ra được gọi là trực tiếp và được chỉ định . Đầu ra khác được gọi là nghịch đảo và được chỉ định. Khi đầu ra trực tiếp được đặt ở mức điện áp cao (gần với điện áp nguồn điện), đầu ra nghịch đảo được đặt ở mức thấp (gần bằng 0). Mức điện áp cao có điều kiện được biểu thị bằng “ 1 ", và thấp -" 0 ”.
Trình kích hoạt khác nhau ở cách chúng được điều khiển (khởi chạy). Kích hoạt với kích hoạt riêng biệt (Hình 25.6, MỘT) có hai đầu vào – S Và R. Tín hiệu điều khiển (xung dòng điện hoặc điện áp) được cung cấp cho các đầu vào này từ các nguồn riêng biệt. Khi có tín hiệu điều khiển đến đầu vào S(set – setting one) trigger được đặt ở “state” 1 ”, tại đó = 1 , a = 0 . Khi có tín hiệu điều khiển đến đầu vào R trình kích hoạt được đặt thành “ 0 ”, tại đó = 0 , a = 1 .
Nếu tại thời điểm tín hiệu điều khiển đến đầu vào S, trình kích hoạt đã ở trong “ 1 ”, thì trạng thái của nó sẽ không thay đổi. Khi được kích hoạt riêng biệt, bộ kích hoạt chỉ được kích hoạt bởi mỗi tín hiệu điều khiển khi chúng đến đầu vào S Và R từng cái một. Tên viết tắt của trigger là R.S.- cò súng.
Kích hoạt với khởi động chung (Hình 25.6, b) có một đầu vào – T. Tín hiệu điều khiển được gửi đến đầu vào này và mỗi tín hiệu sẽ kích hoạt bộ kích hoạt, thay đổi trạng thái của nó sang trạng thái ngược lại. Tên viết tắt của trigger là T- cò súng.
Bộ kích hoạt với bộ kích hoạt kết hợp (Hình 25.6, V.) có ba đầu vào S, R Và T. Trình kích hoạt cho phép cả kích hoạt riêng biệt và kích hoạt chung. Viết tắt - RST- cò súng.
Mạch kích hoạt riêng biệt trên các bóng bán dẫn lưỡng cực p - n–p loại được thể hiện trong hình. 25,7. Mạch bao gồm hai công tắc bóng bán dẫn. Đầu ra chuyển đổi bóng bán dẫn T 1 T 2. Đầu ra chuyển đổi bóng bán dẫn T 2được kết nối với đầu vào của công tắc bóng bán dẫn T 1.Việc này sẽ đóng vòng lặp POS.
Chúng ta hãy xem xét hoạt động của mạch bằng đồ thị dòng điện và điện áp trong hình. 25,8.
Trong khoảng thời gian từ 0 trước t 1 Mạch ở trạng thái ban đầu. Giả sử ở trạng thái ban đầu = 0 , = 1 . Trong trường hợp này, tranzito T 1 mở và bão hòa, căng thẳng U ke1 = U kn ≈ 0. bóng bán dẫn T 2đóng cửa và U ke2 ≈ -E k. Tiềm năng tiêu cực cao - Uke2 qua một dải phân cách R 1, R b1 gắn vào đế của bóng bán dẫn T 1 và giữ nó luôn mở. Dòng điện chạy trong mạch cơ sở Tôi b1 = Tôi bn. Một lượng lớn điện tích dư thừa đã tích tụ trong đế của bóng bán dẫn.
Đến đế của bóng bán dẫn T 2 có một tiềm năng tiêu cực nhỏ - bạn ke1 và tiềm năng tích cực Eb. Kể từ | Eb| > |bạn ke1|, thì bóng bán dẫn T 2 tiếp tục đóng cửa. Như vậy trạng thái của Transistor T 1 duy trì trạng thái của bóng bán dẫn T 2 và ngược lại. Mạch ở trạng thái ổn định cho đến khi có tín hiệu điều khiển.
Hãy để trong thời điểm này t 1đến đế của bóng bán dẫn T 1 một tín hiệu điều khiển được cung cấp - một xung hiện tại tôi nhập. Nếu điều kiện | tôi nhập| > |tôi b1| thì dòng cơ sở T 1đổi dấu nhưng Transistor vẫn mở cho đến thời điểm t 2. Theo khoảng thời gian t 2 – t 1 phí cơ bản dư thừa được hòa tan T 1. Nếu tín hiệu điều khiển đủ mạnh thì khoảng thời gian hấp thụ lại t rđược xác định bởi biểu thức
Ở đâu S = β·I b / Tôi biết– hệ số bão hòa bóng bán dẫn, τ = 1 / 2πf- thời gian
sự đi qua của các hạt mang điện thiểu số qua đáy.
Từ t 2 Dòng thu của bóng bán dẫn bắt đầu giảm T 1, và | bạn ke1| tăng. Transistor hoạt động ở chế độ tích cực. Tăng điện áp âm - ∆U ke1 qua một dải phân cách R2, Rb2 truyền đến đế của bóng bán dẫn T 2. Điều này dẫn đến giảm điện áp bạn b2. Tại một thời điểm t 3 Vôn bạn b2đạt đến mức bật bóng bán dẫn T 2 – bạn b0. Khoảng thời gian t 3 – t 2 gọi là khoảng thời gian chuẩn bị mở khóa t p. Thời lượng của nó được xác định bởi biểu thức
Từ t 3 cả hai bóng bán dẫn hoạt động ở chế độ hoạt động. Một quá trình cuộn qua giống như tuyết lở (tái tạo) xảy ra trong mạch khi bóng bán dẫn bị tắt T 1 và mở khóa T 2. Tăng |- bạn ke1| dẫn đến sự gia tăng |- bạn b2| và giảm Uke2. Điều này gây ra sự tăng điện áp bạn b1 và sự chặn sâu hơn của bóng bán dẫn T 1. Thời gian của quá trình tái sinh t đăng ký có đơn đặt hàng τ . Nó kết thúc vào lúc này t 4, Khi T 1đóng cửa và T 2 mở. Tín hiệu điều khiển không còn cần thiết nữa. Chúng ta sẽ giả định rằng lát cắt của nó tương ứng với thời điểm t 4. Sự kết thúc của tín hiệu điều khiển dẫn đến sự nhảy vọt của dòng cơ sở tôi b1 trước tôi k0.
Sau khi quá trình tuyết lở hoàn tất, việc thiết lập trạng thái kích hoạt mới bắt đầu. Thời gian của giai đoạn thiết lập được xác định bởi tốc độ nạp lại của tụ điện C 1 Và C 2. Trước khi khởi động mạch điện, tụ điện C 1được tích điện tới điện áp gần Ek. Bây giờ nó phóng điện qua một điện trở R 1 và dọc theo chuỗi R b1, Eb, bộ phát - bộ thu T 2. tụ điện C 2đã được phóng điện trước khi khởi động mạch. Trong giai đoạn thành lập, nó sẽ tính phí. Dòng điện chạy từ + Ek, xuyên qua cơ thể, điểm nối cơ sở phát T 2, C 2, R k1, ĐẾN - Ek. Tốc độ nạp lại được xác định bởi giá trị của hằng số mạch nạp lại. Giai đoạn thành lập kết thúc vào thời điểm t 5 và được chỉ định bạn.
Sau khi kết thúc giai đoạn bạn mạch sẵn sàng nhận tín hiệu điều khiển tiếp theo. Tổng
T min = τ r + t p + t reg + t y
xác định khoảng thời gian tối thiểu giữa các tín hiệu điều khiển để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của bộ kích hoạt.
Mạch kích hoạt được hiển thị trong hình. 25.9 khác với loại đã thảo luận trước đó ở loại bóng bán dẫn, kết nối giữa đế và bộ thu của chúng cũng như số lượng đầu vào. Điều này gây ra sự khác biệt đáng kể về nguyên lý hoạt động của cò súng.
Khi khóa K đóng thì điện thế dương của nguồn điện là + Ek qua một điện trở R k1 cung cấp cho đế của bóng bán dẫn T 2 và mở nó ra. bóng bán dẫn T 1đóng cửa. Nếu không có điện áp ở đầu vào Uin = 0, thì trạng thái này (hãy gọi nó là trạng thái ban đầu) có thể tồn tại trong một khoảng thời gian bất kỳ.
Bộ kích hoạt thay đổi trạng thái dưới tác động của tín hiệu điều khiển dương tới đế của bóng bán dẫn T 1. Transistor trong tình trạng mới T 1 mở và bão hòa, và bóng bán dẫn T 2đóng cửa. Để đưa trigger về trạng thái ban đầu, bạn cần tắt và bật lại nguồn điện. Mạch có thể hữu ích để kiểm soát thời gian bắt đầu (thời điểm bật Ek) và kết thúc bất kỳ quá trình nào bằng tín hiệu điều khiển.
CÂU HỎI VÀ NHIỆM VỤ KIỂM TRA
25.1. Cho ví dụ về việc sử dụng tín hiệu xung để giải quyết các vấn đề thực tế.
25.2. Liệt kê các thông số chính của tín hiệu xung, đưa ra các mối quan hệ đã biết để đánh giá chúng.
25.3. Chứng minh rằng điện năng tiêu thụ của chìa khóa điện tử là không đáng kể.
25.4. Tính toán các phần tử R 1, R 2 Và R đến cho sơ đồ trong hình. 25.1, b, nếu biết được điều đó E k = 10 V, E CM = 1,5 V, Uin = 2,5 V, β = 40 – 100, I keo = 50 µA, Tôi kn = 9,5 mA.
25,5. Trong mạch kích hoạt Schmitt theo Hình 2. 25,3, MỘTđịnh nghĩa bạn 0, tại đó | bạn p1| = |bạn p2|.
25,6. Đến lối vào trực tiếp R.C. mạch nhận được một xung hình chữ nhật τ và = 10 -3 C. Xác định giá trị VỚI, tại đó mạch sẽ truyền một xung có độ méo tối thiểu nếu R = 10 kOhm.
25,7. Xác định giá trị VỚI, trong đó đường thẳng R.C. mạch sẽ phân biệt xung nếu R = 10 kOhm.
25,8. Đưa ra các ký hiệu sơ đồ cho các trình kích hoạt. Xác định mục đích của đầu vào và đầu ra của họ.
25,9. Xác định các yêu cầu về biên độ và thời lượng của tín hiệu điều khiển kích hoạt theo sơ đồ trên Hình 2. 25,7.
25.10. Kích hoạt theo sơ đồ trong hình. 25.9 có một đầu vào. Tại sao anh ta lại được xếp vào loại R.S. gây nên?
Các thiết bị điện tử xung và kỹ thuật số khác biệt đáng kể so với các thiết bị điện tử tương tự ở loại tín hiệu được sử dụng (tín hiệu số) và kỹ thuật thiết kế.
Tín hiệu số có thể nhận hai giá trị (mức cao và mức thấp). Các thiết bị hoạt động với tín hiệu số được gọi là kỹ thuật số.
Tín hiệu số đại diện cho số nhị phân. Các phần tử tín hiệu là 0 (0) và một (1).
Tín hiệu số có thể là điện thế hoặc xung:
Thiết bị tạo tín hiệu số
Để đạt được mức kỹ thuật số tương ứng với logic 1 và logic 0, các mạch đặc biệt được sử dụng.
Bộ so sánh tương tự
Bộ so sánh được thiết kế để so sánh các tín hiệu tương tự: đầu vào (được đo) Ux và tham chiếu (Uop). Tại thời điểm hai tín hiệu Ux = Uop bằng nhau thì điện áp Uout thay đổi mạnh.
Cho đến thời điểm t1 Uop > Ux và Uout = U+ us.
Tại thời điểm t1 Uх ≥ Uop và Uout =U-us.
Tại thời điểm t2 Uop ≥ Ux và Uout = U+ us lại xảy ra.
Đường chấm chấm thể hiện các đặc tính của một bộ so sánh lý tưởng, trong đó việc chuyển đổi xảy ra ngay lập tức tại Ux = Uop. Đường liền nét tương ứng với một bộ so sánh thực, trong đó việc chuyển đổi xảy ra với độ trễ tương ứng với t1 và t2. Để đạt được ở đầu ra của các mức kỹ thuật số của bộ so sánh tương ứng với mức logic 0 (0) và logic một (1), một bộ giới hạn được đưa vào, bao gồm các điốt VD1 và VD2.
Điện áp trên diode mở khoảng 0,7 V. Do đó, điện áp đầu ra không thể cao hơn 5,7 V (với Uout > 0 và VD1 mở). Và dưới đây - 0,7 V (tại Uout< 0 и открыт VД2). Однако рассмотренные схемы компараторов отличаются низкой помехозащищённостью. Указанный недостаток устраняется при введении в схему положительной обратной связи.
Kích hoạt Schmitt
Một bộ so sánh có mức bật và tắt không khớp nhau được gọi là bộ kích hoạt Schmitt.
Điện trở R2 và R4 tạo ra phản hồi dương. Điện áp tại điểm A bằng tổng điện áp Uop và Uos. Điện áp Uos =(U'out *R2)/(R2+R4)
Khi U'out = U+us thì điện áp ở A bằng điện áp hoạt động Uoper = Uop + Uos. Khi U'out = điện áp U-us ở t thì bằng điện áp giải phóng Uotp = Uop - Uos.
Do phản hồi dương nên bộ so sánh có hiện tượng trễ (Hình c): sự chuyển đổi Uout từ mức này sang mức khác xảy ra ở các điện áp đầu vào khác nhau (Uslab, Uref.) Nếu biên độ nhiễu nhỏ hơn chênh lệch Uslab - Uref thì sẽ có không có hoạt động phức tạp (loại bỏ độ nảy). Điện áp ở đầu ra Uout thay đổi từ mức logic 1 đến mức logic 0.
Thông số so sánh
Bộ so sánh được mô tả bằng nhiều tham số đặc trưng của op-amp (độ lợi, trở kháng đầu vào, tỷ lệ loại bỏ chế độ chung, điện áp bù 0, dòng điện đầu vào, v.v.). , bao gồm độ nhạy và thời gian chuyển đổi.
Nhạy cảm(độ phân giải) đặc trưng cho độ chính xác của việc so sánh tín hiệu và tương ứng với chênh lệch tối thiểu của chúng ΔUin min mà tại đó điện áp đầu ra đạt đến mức đáp ứng của phần tử logic. Giá trị ΔUin min đối với IC bộ so sánh vào khoảng hàng trăm microvolt, giá trị này tệ hơn so với các bộ so sánh dựa trên IC bộ khuếch đại thuật toán.
Chuyển đổi thời gian tper đặc trưng cho hiệu suất của bộ so sánh và tương ứng với thời gian từ thời điểm so sánh cho đến khi điện áp đầu ra đạt đến mức hoạt động của phần tử kỹ thuật số. Thời gian chuyển đổi phụ thuộc đáng kể vào sự khác biệt giữa các tín hiệu đầu vào. Giá trị tiêu biểu của tpr là hàng chục, hàng trăm NS.
Máy phát tín hiệu xung
Các máy phát xung điện áp hình chữ nhật và tuyến tính (răng cưa) phổ biến nhất. Máy phát điện có thể hoạt động ở các chế độ: tự dao động, chờ, đồng bộ. Ở chế độ tự dao động, tín hiệu xung được tạo ra liên tục mà không có tác động từ bên ngoài. Ở chế độ chờ, tín hiệu xung chỉ được tạo khi có tín hiệu kích hoạt đến. Trong chế độ đồng bộ hóa, điện áp xung được tạo ra, tần số của nó bằng hoặc bội số tần số của tín hiệu đồng bộ hóa.
Máy phát xung vuông
Giống như máy phát sóng hài, máy phát sóng vuông chuyển đổi năng lượng của nguồn dòng điện một chiều thành năng lượng dao động điện. Bộ tạo tín hiệu xung bù bằng cách sử dụng các phần tử logic, rời rạc hoặc op-amps.
Bộ dao động đa năng đối xứng ở chế độ tự dao động
Bộ dao động đa năng dựa trên bộ kích hoạt Schmitt. R2 và R4 tạo thành phản hồi dương, R1 và c tạo thành phản hồi âm. Tùy thuộc vào điện áp đầu ra, có thể bằng + Ep hoặc - Ep (Ep là điện áp cung cấp của op-amp), hoặc hoặc được đặt ở đầu vào không đảo của op-amp
Điện dung C được nạp lại với hằng số thời gian τ = RC.
Bộ dao động đa năng tạo ra các xung hình chữ nhật (Hình c) có chu kỳ T=2RCgn(1+R3/R2)
Thời gian nạp tu1 của tụ C bằng thời gian phóng điện tu2 nên bộ dao động đa năng gọi là đối xứng. Chu kỳ dao động T = tu1 + tu2.
Bộ dao động đa năng thời gian dao động không đối xứng
Để thu được các dao động mà tu1 ≠ tu2, thay vì điện trở R1, chúng ta bật hai điện trở R1 và R2 khác nhau và hai điốt VD1 và VD2. Với điện trở R1, bạn có thể thay đổi hằng số thời gian để sạc tụ C, và với điện trở R2, bạn có thể thay đổi hằng số thời gian để xả nó.
Đang chờ bộ rung đa năng (one-shot)
Do diode VD nên điện áp âm trên tụ C (Uc) chỉ có thể có giá trị âm cỡ 0,7 V. Mạch có một trạng thái ổn định khi Uout = U-us = -Ep (diode VD hở) . Từ trạng thái này, mạch không thể chuyển độc lập sang mức Uout =U+ us =En.
Với sự xuất hiện của xung kích hoạt dương Uzap = Um > Usr, mạch sẽ chuyển sang mức Uout = U+ us = Ep. Sau đó, tụ C bắt đầu sạc qua điện trở R1. Khi điện áp trên tụ Uc đạt giá trị Uotp thì mạch trở về mức Uout = U- us = - Ep. Mạch vẫn ở trạng thái này cho đến khi có xung kích hoạt tiếp theo.
Máy phát điện áp biến tuyến tính (GLIN)
Điện áp thay đổi tuyến tính (xung răng cưa) là điện áp thể hiện trên hình:
Xung lực bao gồm hai mặt trận. Mép trước (hành trình làm việc hoặc hành trình tiến) thay đổi tuyến tính theo thời lượng tpr. Cạnh sau (nét ngược) thay đổi theo cấp số nhân theo thời gian trev. Xung được đặc trưng bởi mức ban đầu U® và biên độ Um.
Xung răng cưa được sử dụng để thăm dò chùm tia điện tử trong máy hiện sóng, tivi, v.v.
Nguyên lý cấu tạo CLIN dựa trên việc sạc bình chứa bằng dòng điện một chiều.
Điện áp đường dốc có thể thu được bằng cách sử dụng bộ tích phân:
Một điện áp không đổi Uin = const được cấp vào đầu vào. Dòng điện qua tụ C bằng I=Uin /R=const.
Một điện áp thay đổi tuyến tính Uout = -Uin g/RC hình thành ở tụ C.
Hành trình ngược được hình thành trong quá trình phóng điện nhanh của tụ điện sau khi đóng phím.
Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) và kỹ thuật số sang tương tự (DAC)
Chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và chuyển đổi nghịch đảo được sử dụng trong thiết bị đo lường (máy hiện sóng, vôn kế, máy phát điện, v.v.), trong thiết bị gia dụng (TV, hệ thống âm thanh nổi, điện tử ô tô, v.v.), trong thiết bị máy tính (âm thanh). đầu vào và đầu ra, màn hình video, máy in, v.v.), trong thiết bị y tế, điện thoại, v.v.
Đồng thời, việc sử dụng ADC và DAC không ngừng mở rộng khi chúng ta chuyển từ thiết bị analog sang thiết bị kỹ thuật số.
Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC hoặc ADC)
ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số, được gửi đến các thiết bị kỹ thuật số để xử lý hoặc lưu trữ thêm.
Nói chung, chip ADC có thể ở dạng khối có một đầu vào tương tự, một hoặc hai đầu vào để cung cấp điện áp tham chiếu (tham chiếu), cũng như đầu ra kỹ thuật số để phát mã tương ứng với giá trị hiện tại của tín hiệu tương tự. tín hiệu.
Thông thường chip ADC cũng có đầu vào để cung cấp tín hiệu đồng hồ CLK, tín hiệu cho phép hoạt động CS và đầu ra để phát tín hiệu RDY, cho biết mức độ sẵn sàng của mã kỹ thuật số đầu ra. Vi mạch được cung cấp một hoặc hai điện áp cung cấp.
Điện áp tham chiếu ADC chỉ định phạm vi điện áp đầu vào mà quá trình chuyển đổi được thực hiện. Nó có thể là hằng số hoặc có thể thay đổi trong giới hạn nhất định. Đôi khi, với điều kiện là hai điện áp tham chiếu có dấu khác nhau được cung cấp cho ADC thì ADC có khả năng hoạt động với cả điện áp đầu vào dương và âm.
Mã kỹ thuật số đầu ra N (n - chữ số) tương ứng duy nhất với mức điện áp đầu vào. Mã có thể lấy giá trị 2n, nghĩa là ADC có thể phân biệt giữa các mức điện áp đầu vào. Số bit của mã đầu ra n là đặc tính quan trọng nhất của ADC. Khi mã đầu ra đã sẵn sàng, tín hiệu kết thúc chuyển đổi RDY được phát ra để thiết bị bên ngoài có thể đọc mã N.
Hoạt động của ADC được điều khiển bởi tín hiệu đồng hồ CLK, tín hiệu này đặt tần số chuyển đổi, nghĩa là tần số của mã đầu ra. Tần số xung nhịp tối đa là thông số quan trọng thứ hai của ADC. Một số vi mạch có bộ tạo tín hiệu đồng hồ tích hợp, do đó, bộ tạo dao động thạch anh hoặc tụ điện được kết nối với đầu ra của chúng, thiết lập tần số chuyển đổi. Tín hiệu CS cho phép hoạt động của vi mạch.
Nhiều loại chip ADC được sản xuất, khác nhau về tốc độ hoạt động (tần số chuyển đổi từ hàng trăm kilohertz đến hàng trăm megahertz), độ sâu bit (từ 6 đến 24), dải tín hiệu đầu vào, giá trị lỗi, mức điện áp cung cấp, phương thức phát ra đầu ra. mã (song song hoặc nối tiếp), các thông số khác. Thông thường, các vi mạch có số lượng bit lớn có hiệu suất thấp và các vi mạch nhanh nhất có số lượng bit nhỏ. Thành phần cơ bản của bất kỳ ADC nào là bộ so sánh điện áp, so sánh hai điện áp tương tự đầu vào và tùy thuộc vào kết quả so sánh, tạo ra tín hiệu số đầu ra (0 hoặc 1).
Có hai nguyên tắc cơ bản để thiết kế ADC: song song và nối tiếp.
Nguyên tắc chuyển đổi loại song song là so sánh đồng thời điện áp đầu vào với n điện áp tham chiếu và xác định xem nó nằm giữa hai điện áp tham chiếu nào.
Mạch song song 3 bit cũng được thể hiện trong hình:
Mạch của ADC như vậy chứa một bộ chia điện trở có điện trở, chia điện áp tham chiếu Uop thành các mức (2n -1).
Điện áp đầu vào Uin được so sánh bằng cách sử dụng bộ so sánh (2n -1) với các mức (). Tín hiệu đầu ra của bộ so sánh (X1,X2....X7) được chuyển đổi thành mã nhị phân n-bit (n = 3) Z0 Z1 Z2 bằng bộ chuyển đổi mã hóa.
Quá trình chuyển đổi diễn ra rất nhanh nên tần số chuyển đổi có thể lên tới hàng trăm MHz. Đúng, chúng yêu cầu sử dụng một số lượng lớn các bộ so sánh, điều này gây ra những khó khăn về mặt công nghệ với số lượng lớn các chữ số (với n = 12, cần có 4095 bộ so sánh).
Do đó, ADC loại song song được sản xuất với số bit n = 4...8
Nếu cần nhiều hơn 8 bit, ADC chuyển đổi nối tiếp sẽ được sử dụng, nhược điểm của nó là tốc độ thấp, dẫn đến lỗi khẩu độ của ADC. Lỗi khẩu độ có liên quan đến tốc độ thay đổi của tín hiệu đo được (Uin/dt). Trong thời gian chuyển đổi (tpr) thành tín hiệu số, Uin thay đổi và nảy sinh sự không chắc chắn về giá trị tức thời Uin (t) được chuyển đổi thành mã. Để giảm lỗi khẩu độ, một mạch lấy mẫu và giữ được lắp đặt phía trước ADC nối tiếp.
Thiết bị lấy mẫu và lưu trữ (SSD)
Trong đó ƒт - xung đồng hồ mẫu. Bộ đệm DA1 và DA2 có Rin → ∞ và Rout → 0. Switch S1 chuyển mạch với tần số này ƒт. Bộ đệm DA1 nhờ có Rout thấp nên cho phép tụ điện C1 sạc đến giá trị tức thời của điện áp đầu vào trong mỗi xung lấy mẫu (chế độ lấy mẫu). Trong khoảng thời gian giữa các xung lấy mẫu, công tắc S1 mở và điện tích được giữ lại trên tụ do Rin của bộ đệm DA2 lớn. (chế độ lưu trữ) Trong thời gian lưu trữ, ADC chuyển đổi giá trị tức thời đã chọn thành mã. Tần số ƒт lấy mẫu (báo cáo) các giá trị tức thời phải thỏa mãn bất đẳng thức: ƒт ≥ 2ƒmax, trong đó ƒmax là tần số cao nhất trong phổ của tín hiệu tương tự Uin.
Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC hoặc DAC)
DAC chuyển đổi tín hiệu số của thiết bị số thành tín hiệu tương tự. Nói chung, chip DAC có thể được biểu diễn dưới dạng một khối có một số đầu vào kỹ thuật số và một đầu vào tương tự, cũng như một đầu ra tương tự.
Đầu vào kỹ thuật số của DAC được cung cấp mã n - bit N và điện áp tham chiếu Uop (một ký hiệu phổ biến khác - Uref) được cung cấp cho đầu ra analog. Tín hiệu đầu ra là điện áp Uout (ký hiệu khác là Uo) hoặc Iout dòng điện (ký hiệu khác lo). Trong trường hợp này, dòng điện đầu ra hoặc điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với mã đầu vào và điện áp tham chiếu. Đối với một số vi mạch, điện áp tham chiếu phải có mức được chỉ định nghiêm ngặt; đối với các vi mạch khác, có thể thay đổi giá trị của nó trong giới hạn rộng, bao gồm cả việc thay đổi cực tính của nó (dương sang âm và ngược lại). DAC có dải điện áp tham chiếu lớn được gọi là DAC nhân vì nó có thể dễ dàng sử dụng để nhân mã đầu vào và bất kỳ điện áp tham chiếu nào.
Ngoài tín hiệu thông tin, chip DAC còn yêu cầu kết nối một hoặc hai bộ nguồn và một dây dẫn chung.
Ví dụ, hãy xem xét một mạch để thực hiện DAC 4 bit (n - 4).
Công tắc bóng bán dẫn S1...S4 được điều khiển bằng mã số X3X2X1X0. Các điện trở R0 /8, R0 /4, R0 /2, R0 có trọng số nhị phân có độ chính xác cao.
Việc chuyển đổi mã kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự đầu ra dựa trên biểu diễn số nhị phân X dưới dạng tổng lũy thừa của 2: X=X3g23 +X2g22 +X1g21 +X0g20, trong đó X3, X2, X1, X0 có thể nhận các giá trị 0 hoặc 1. (0 - khi phím mở, 1 - khi phím đóng). Điện áp đầu ra DAC sẽ liên hệ với mã đầu vào X và điện áp tham chiếu Uop theo công thức:
Dấu trừ thu được do sự đảo ngược của tín hiệu op-amp.
Như vậy, với mã đầu vào 0000 thì điện áp đầu ra Uout = 0, còn với mã đầu vào 1111 sẽ chính xác là Uout = - K (X = 1g23 +1g22 +1g21 +1g20 ) = - K. 15. Giá trị K được chọn sao cho Uout ≤ Uop.
Thay đổi mã đầu vào gây ra thay đổi điện áp ở đầu vào DAC:
Từ một ở chữ số đầu tiên (Ho = 1), điện áp Uout = ΔU (0001) xuất hiện ở đầu ra. Với mã 1111, điện áp ở đầu ra DAC là:
Uout = 1 (8. ΔU) + 1(4. ΔU) + 1(2. ΔU) + 1. ∆U = 15. ∆U. Do đó, tín hiệu đầu ra của DAC bao gồm các bước, chiều cao của nó là bội số của Uout / 2n và mô-đun Uout tỷ lệ với số, mã nhị phân của mã này được xác định bởi trạng thái của các phím S1.. .. S4. Dòng điện của các phím được tổng hợp tại điểm A, còn dòng điện của các phím khác nhau là khác nhau (có trọng số khác nhau: 23, 22, 21, 20,).
Thông số ADC và DAC
Các thông số chính của ADC và DAC bao gồm điện áp tối đa Umax (đầu vào cho ADC và đầu ra cho DAC), số bit mã n, độ phân giải và lỗi chuyển đổi.
Độ phân giải DAC- điện áp đầu ra tương ứng với một trong chữ số có nghĩa nhỏ nhất của mã đầu vào: Δ=Umax /(2n -1), trong đó 2n -1 là trọng số tối đa của mã đầu vào.
Ví dụ: với Umax = 10 B n = 12, Δ =10/(212 -1) = 2,45 mV. N càng lớn thì Δ càng nhỏ và điện áp đầu ra có thể biểu thị mã đầu vào càng chính xác. Giá trị độ phân giải tương đối δ= Δ/Umax = 1/2n-1
Tham số ADC tương tự được xác định bởi các biểu thức trên và biểu thị điện áp đầu vào tương ứng với mức tăng của mã đầu ra thêm một trong bit có trọng số nhỏ nhất. Trong trường hợp này, Δ là bước nhỏ nhất có thể nhận thấy được của tín hiệu đầu vào. ADC sẽ không đăng ký tín hiệu ở mức thấp hơn. Theo đó, độ phân giải được xác định bằng độ nhạy của ADC.
Lỗi chuyển đổi có thành phần tĩnh và thành phần động. Thành phần tĩnh bao gồm lỗi phương pháp lượng tử hóa (độ rời rạc) và lỗi công cụ do sự không hoàn hảo của các phần tử chuyển đổi. Lỗi lượng tử hóa Δк được xác định theo nguyên tắc biểu diễn tín hiệu liên tục bằng các mức lượng tử hóa cách nhau một khoảng đã chọn. Độ rộng của khoảng này là độ phân giải của bộ chuyển đổi. Sai số lượng tử hóa lớn nhất là một nửa độ phân giải và trong trường hợp tổng quát: Δк = ± 0,5 Δ = ± 0,5 Umax /(2n -1); δк = ± 0,5 (1/(2n -1))
Lỗi công cụ không được vượt quá lỗi lượng tử hóa. Trong trường hợp này, tổng sai số tĩnh tuyệt đối và tương đối: Δst = ±Umax /(2n -1), δst = ± (1/(2n -1)), tương ứng với độ phân giải của bộ chuyển đổi.
Thành phần động của sai số liên quan đến tốc độ của bộ chuyển đổi (với thời gian chuyển đổi tpr) và tốc độ thay đổi của tín hiệu đầu vào (V). tpr và V càng nhỏ thì thành phần này càng nhỏ. Cụ thể, việc lựa chọn DAC có thể được thực hiện theo giá trị của tpr: trong thời gian tpr, mã ở đầu vào không được thay đổi nhiều hơn một ở chữ số có nghĩa nhỏ nhất. Đối với ADC, chu kỳ Top, trong đó điện áp đầu vào được thăm dò (kết nối ADC với nó), phải được chọn lớn hơn tpr: Top > tpr, tức là tỷ lệ giữa tốc độ chuyển đổi 1/tpr và tần số lấy mẫu ( ƒref = 1/T) phải được tuân thủ (1/ tpr) >ƒop. Mặt khác, theo định lý Kotelnikov, ƒop liên hệ với tần số cao nhất ƒmax trong phổ của tín hiệu đầu vào liên tục bởi bất đẳng thức ƒop ≥ 2 ƒmax. Do đó, ADC phải có tốc độ chuyển đổi (1/ ƒpr) ≥ 2 ƒmax. Với tpr lớn, sẽ cần phải tăng thời gian thăm dò để tránh biến dạng động lớn. Để giảm chúng, ADC thường được chọn với thời gian chuyển đổi tpr trong đó tín hiệu đầu vào thay đổi không quá độ phân giải Δ = Umax/(2n - 1).
Tải sách Xung và thiết bị số hoàn toàn miễn phí.
Để tải xuống một cuốn sách miễn phí từ các dịch vụ lưu trữ tệp, hãy nhấp vào các liên kết ngay sau phần mô tả của cuốn sách miễn phí.
"Động lượng là lực duy nhất có thể thắng được cả quán tính và trọng lực."/Will Ferguson/
Sách giáo khoa hay nhất thời Xô Viết cho khóa học "Thiết bị xung và kỹ thuật số". Nếu may mắn, giờ đây bạn có thể tìm thấy nó ở những người bán sách cũ. Nói chung, mọi kỹ sư vô tuyến nên biết khóa học này như một lời cầu nguyện, vì các xung “theo” chúng ta khắp mọi nơi: xung điện từ, xung video, xung ngắn và xung dài, nguồn điện xung, máy phát xung, radar, tia laser, v.v.
Cuốn sách trình bày các thiết bị tuyến tính và phi tuyến để chuyển đổi và tạo tín hiệu xung, công tắc điện tử, các thiết bị xung tái tạo khác nhau, thiết bị tạo điện áp và dòng điện răng cưa, mạch logic, các phần tử cơ bản của thiết bị kỹ thuật số và thiết bị chức năng nhiều tầng.
Khi trình bày, cần chú ý đảm bảo chế độ hoạt động ổn định và đáng tin cậy của thiết bị dưới tác động của các yếu tố gây mất ổn định và xung nhiễu không thể tránh khỏi trong điều kiện vận hành.
Lời nói đầu
PHẦN MỘT. THÔNG TIN CHUNG VỀ QUY TRÌNH PULSE
Chương 1. Giới thiệu
§1.1. Chế độ hoạt động xung và các tính năng của nó
§ 1.2. Vai trò của công nghệ xung trong điện tử vô tuyến
§ 1.3. Khóa học
§ 1.4. Từ lịch sử phát triển của công nghệ xung
Chương 2. Đặc điểm hình dạng xung
§2.1. Hình dạng xung và các thông số
§ 2.2. Thông số xung điển hình
§ 2.3. Biểu hiện phân tích của xung
§ 2.4. Ước tính gần đúng về thời lượng phía trước
§ 2.5. Độ rộng xung hoạt động
PHẦN HAI. THIẾT BỊ TUYẾN TÍNH ĐỂ HÌNH THÀNH VÀ CHUYỂN ĐỔI XUNG
Chương 3. Mạch tích hợp
§ 3.1. Mục đích và nguyên lý hoạt động của mạch tích hợp
§ 3.2. Yêu cầu về các thông số của mạch tích hợp
§ 3.3. Tùy chọn cho mạch tích hợp
Chương 4. Phân biệt và rút ngắn chuỗi
§ 4.1. Chuỗi phân biệt
§ 4.2 Rút ngắn chuỗi
Chương 5. Máy biến áp xung
§ 5.1 Mục đích của máy biến áp xung
§ 5.2. Từ hóa lõi máy biến áp
§ 5.3. Mạch tương đương mạch máy biến áp
§ 5.4. Sự biến dạng của hình dạng xung biến đổi
§ 5.5. Yêu cầu thiết kế máy biến áp
Chương 6. Đường trễ thời gian tín hiệu
§ 6.1 Phân công dòng trễ thời gian
§ 6.2. Đặc tính của hệ thống trễ thời gian điện không bị biến dạng
§ 6.3. Đường trễ thời gian điện từ
§ 6.4. Đường trễ nhân tạo (IDL)
§ 6.5. Đường trễ siêu âm (ULL)
Chương 7. Mạch hình thành tuyến tính
§ 7.1. Các quy định chung
§ 7.2. Hình thành đường dây điện từ
§ 7.3. Đường tạo hình nhân tạo
§ 7.4. Mạng hai đầu cuối phản ứng hình thành
§ 7.5. Sơ đồ kết nối các mạch hình thành
PHẦN BA. CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU PHI TUYẾN TUYẾN
Chương 8. Chìa khóa điện tử
§ 8.1. Các quy định chung
§ 8.2. Công tắc bóng bán dẫn (TC)
§ 8.3. Các quá trình nhất thời trong chuyển mạch bóng bán dẫn
§ 8.4. Tùy chọn cho mạch khóa bán dẫn
§ 8.5. Công tắc đi-ốt
Chương 9. Thiết bị chuyển đổi tín hiệu phi tuyến và tạo xung
§ 9.1. Bộ hạn chế biên độ
§ 9.2. Định hình xung bằng cách giới hạn và phân biệt điện áp hình sin
§ 9.3. Máy biến áp đỉnh
§ 9.4. Kẹp mức
PHẦN BỐN. THIẾT BỊ XUNG TÁI SINH
Chương 10. Đặc tính chung của thiết bị xung tái tạo
§ 10.1. Nguyên lý xây dựng thiết bị tái sinh
§ 10.2. Các phương thức hoạt động của thiết bị tái tạo
Chương 11. Bộ dao động đa năng
§ 11.1. Bộ đa năng với kết nối lưới anode
§ 11.2. Bộ đa năng với các kết nối cơ sở thu thập
§.11.3. Bộ dao động dự phòng kết hợp bộ phát
§ 11.4. Mạch điển hình của bộ đa hài dự phòng
§ 11.5. Bộ dao động chờ với các bóng bán dẫn có độ dẫn điện khác nhau
§ 11.6. Bộ đa năng với mạch cầu
§ 11.7. Máy rung đa pha
Chương 12. Chặn máy phát điện
§ 12.1. Đặc điểm chung của máy tạo chặn
§ 12.2. Máy phát điện chặn ống
§ 12.3. Tùy chọn cho mạch dao động chặn ống
§ 12.4. Bộ dao động chặn bóng bán dẫn
Chương 13. Bộ chia tần số xung
§ 13.1 Nguyên lý hoạt động của bộ chia tần
§ 13.2. Độ ổn định của chế độ phân chia tần số
§ 13.3. Bộ chia tần số bước
Chương 14. Kích hoạt
§ 14.1. Thuộc tính chung của trình kích hoạt và yêu cầu đối với chúng
§ 14.2. Kích hoạt bóng bán dẫn đối xứng
§ 14.3. Mạch kích hoạt kích hoạt
§ 14.4. Cung cấp trạng thái nghỉ kích hoạt
§ 14.5. Tùy chọn mạch kích hoạt
Chương 15. Thiết bị tạo xung dựa trên thiết bị bán dẫn có điện trở âm
§ 15.1 Thiết bị diode đường hầm (TDD)
§ 15.2. Thiết bị bóng bán dẫn Avalanche (ALD)
PHẦN NĂM. MÁY PHÁT ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG DÒNG
Chương 16. Máy phát điện đơn giản nhất có điện áp thay đổi tuyến tính. Phương pháp tuyến tính hóa
§ 16.1. Các thông số của điện áp dốc
§ 16.2. Nguyên lý cấu tạo máy phát điện LIN
§ 16.3. Các trình tạo LIN đơn giản nhất
§ 16.4. GLIN với bộ phận ổn định dòng điện
§ 16.5. GLIN có bù e. d.s, được giới thiệu thông qua bộ khuếch đại không đảo
§ 16.6. GLIN có bù e. d.s, được giới thiệu thông qua bộ khuếch đại đảo ngược
Chương 17. Máy phát điện LIN kiểu Phantastron
§ 17.1. Thông tin chung
§ 17.2. Fantastron với giao tiếp qua lưới che chắn
§ 17.3. Fantastron với khớp nối cực âm
§ 17.4. Bóng bán dẫn phantatron
Chương 18. Máy phát điện tăng dòng
§ 18.1. Thông số hiện tại của Ramp
§ 18.2. Nguyên lý hình thành dòng điện răng cưa
§ 18.3. Mạch tạo dòng điện răng cưa
PHẦN SÁU. CÁC YẾU TỐ CỦA MẠCH LOGIC
Chương 19. Đặc điểm chung của mạch logic
§ 19.1. Các phép toán logic cơ bản
§ 19.2. Phân loại và đặc điểm của mạch logic
Chương 20. Mạch logic cơ bản
§ 20.1. Mạch phủ định logic (NOT)
§ 20.2. Mạch nhân logic điốt (AND)
§ 20.3. Mạch cộng logic điốt (OR)
§ 20.4. Mạch logic dựa trên điốt đường hầm
Chương 21. Mạch logic phức tạp và mạch logic tổ hợp
§ 21.1. Mạch logic điốt-bóng bán dẫn (DTLS)
§ 21.2. Mạch logic bán dẫn (TLC)
§ 21.3. Logic ức chế (INHIBIT)
§ 21.4. Mạch logic tương đương và chênh lệch
§ 21.5. Mạch logic diode nhiều tầng
PHẦN BẢY. THIẾT BỊ XUNG ĐA NĂNG
Điều 22. Thiết bị mã hóa tín hiệu
§ 22.1. Tạo mã xung với khoảng thời gian cố định giữa các xung
§ 22.2 Tạo mã xung với khoảng thời gian có thể điều chỉnh giữa các xung
§ 22.3. Đăng ký mã số nhị phân
§ 22.4. Bộ giải mã điốt
§ 22.5. Máy đếm xung kỹ thuật số
§ 22.6. Mã hóa số lượng thay đổi liên tục
Chương 23. Lựa chọn tín hiệu xung
§ 23.1. Thông tin chung
§ 23.2. Lựa chọn biên độ xung
§ 23.3 Lựa chọn xung theo tần số lặp lại
§ 23.4 Lựa chọn xung theo thời lượng
§ 23.5. Lựa chọn chuỗi xung được mã hóa
Tiêu đề: Thiết bị xung và kỹ thuật số
Các độc giả thân mến, nếu nó không thành công với bạn
tải về thiết bị xung và kỹ thuật số
viết về nó trong phần bình luận và chúng tôi chắc chắn sẽ giúp bạn.Thiết bị xung
(ghi chú bài giảng)
Giới thiệu
Thiết bị xung là một loại thiết bị điện tử hoạt động với các dao động xung (tín hiệu), tức là. hoạt động trong một khoảng thời gian giới hạn và có thể lặp lại theo định kỳ hoặc theo khoảng thời gian ngẫu nhiên.
Các thiết bị xung phát sinh gần như đồng thời với sự ra đời của các thiết bị kỹ thuật khác sử dụng các thiết bị điện tử hiện có - ống chân không. Sự phát triển mạnh mẽ nhất của các thiết bị xung vào đầu những năm 40 gắn liền với một nhiệm vụ ứng dụng quan trọng - chế tạo các radar xung. Các thiết bị xung trong radar vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, trong khi các thiết bị vi sóng điện tử vẫn được sử dụng: magnetron, TWT, v.v. do nhu cầu lấy công suất tính bằng đơn vị và hàng chục megawatt, xác định yêu cầu về điện áp hoạt động hàng trăm volt và được không có sẵn cho công nghệ bán dẫn.
Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ máy tính vi điện tử không làm cạn kiệt việc sử dụng công nghệ xung, được sử dụng rộng rãi để giải quyết nhiều vấn đề thực tế trong các thiết bị kỹ thuật số chuyên dụng, bao gồm các thiết bị điều khiển cho máy công cụ, cơ chế, thiết bị điện dòng cao, thiết bị gia dụng. , vân vân. Kiến thức về các nguyên tắc và phương pháp thiết kế các thiết bị xung giúp phân biệt một chuyên gia trong lĩnh vực này với người dùng máy tính cá nhân ở bất kỳ cấp độ phần mềm nào.
Các thiết bị kỹ thuật số sử dụng cách biểu diễn dữ liệu được phân tích dưới dạng mã kỹ thuật số, trong phần lớn các trường hợp - mã nhị phân. Mã kỹ thuật số không phải là tín hiệu xung, nó chỉ đơn giản biểu thị một tập hợp các ký hiệu không tương thích, thường là các ký hiệu rời rạc “0” và “1”. Trong một thiết bị điện tử, các ký hiệu này được so sánh với sự hiện diện hay vắng mặt của giá trị tương tự - điện áp (dòng điện). Trong điều kiện không thể tránh khỏi nhiễu, mức độ chống ồn của mã được xác định bởi sự chênh lệch điện áp trên các phần tử điện tử ở trạng thái “0” và “1”. Khi truyền một chuỗi mã, các trạng thái này thay thế nhau tạo thành tín hiệu xung. Điều này xác định vai trò của các thiết bị xung là nguyên tắc thiết kế mạch cơ bản để xây dựng các thiết bị kỹ thuật số.
Theo thời gian, một số giải pháp mạch của công nghệ xung truyền thống đã mất đi ý nghĩa, nhưng các nguyên tắc cơ bản vẫn được bảo tồn trong các mạch vi điện tử hiện đại ở nhiều cấp độ tích hợp khác nhau, được các nhà phát triển các thiết bị điện tử khác nhau sử dụng. Do đó, kiến thức cơ bản về cấu tạo và các quy tắc sử dụng thiết bị xung là một phần cần thiết trong quá trình đào tạo các chuyên gia trong lĩnh vực mạch kỹ thuật số, điều này quyết định việc nên nêu bật phần “Thiết bị xung” làm phần sơ bộ trong môn học “ Thiết bị kỹ thuật số”.
Chủ đề 1. Các khái niệm và định nghĩa cơ bản của công nghệ xung
Loại dao động điện (tín hiệu) chính được sử dụng trong các thiết bị xung được gọi là xung. Trong văn học Anh, hai thuật ngữ được sử dụng: Impulse và Pulse. Đầu tiên đề cập đến một tín hiệu hữu hạn duy nhất có điểm bắt đầu và điểm kết thúc được chọn theo một quy tắc nhất định trên trục thời gian (Hình 1.1). Thuật ngữ thứ hai thường đề cập đến các tín hiệu xung được lặp lại ở một tần số nào đó, được tạo ra bởi một số loại máy phát xung (Pulser).
Trong thực tế, tín hiệu xung đơn có hình dạng khá phức tạp, như trong Hình 1.1, được xác định bởi tác động của nhiều yếu tố phát sinh trong quá trình xây dựng mạch và trong quá trình vận hành mạch. Nhiệm vụ đo lường yêu cầu sử dụng các tham số số được chọn có ý nghĩa quan trọng đối với vấn đề ứng dụng đang được giải quyết. Tín hiệu trong Hình 1.1 nhìn chung có dạng hình chữ nhật. Để mô tả độ lệch của tín hiệu thực so với hàm hình chữ nhật, nhiều tham số số khác nhau được sử dụng.
