12.3. Схемы укорачивания импульсов

Схема 1. Создание импульса короче входного можно осуществить по схеме, представленной на рис. 12.2. Схема содержит два логических элемента И-НЕ и интегрирующую цепочку. Здесь RC-цепочка «заваливает» фронт на выходе элемента DD1 (напряжение U_С). Логический элемент DD2 работает по прямому назначению: на один вход поступает входное напряжение U_вх непосредственно, а на другой – через интегрирующую RC-цепь. Только в интервале от t₁ до t₂ напряжение на конденсаторе U_С превышает U_пор и совпадает с положительным напряжением на другом входе элемента DD2, вследствие чего на выходе DD2 возникает импульс низкого уровня. При построении временных диаграмм не учитывается длительность фронтов импульсов.

а б

Рис. 12.2. Схема укорачивания импульса на двух логических

элементах (а) и временная диаграмма (б)

Описанный процесс возможен для схем ТТЛ при R < 500 Ом. Если R > 5000 Ом, то на нижнем входе элемента DD2 будет постоянно присутствовать логическая единица. Схема будет выполнять функцию простого инвертора.

При 500 < R < 5000 Ом характер работы схемы будет определяться параметрами логических элементов.

Схема 2. Когда для получения укороченного импульса применяют выходной сигнал триггера (рис. 12.3), элемент DD1 становится не нужным. В таком случае обычно используют оба выхода триггера Q и , сигналы на которых взаимно инверсные. Временные диаграммы имеют вид, как и в предыдущем случае.

При анализе работы схемы здесь также следует учитывать величину сопротивленияR.

Рис. 12.3. Схема укорачивания импульса с использованием триггера

Схема 3. В следующей схеме (рис. 12.4, а) используется тот же принцип, что и в первой схеме, но сигнал U_вх подается прямо на RC-цепочку. Временные диаграммы представлены на рис. 12.4, б, в.

Не трудно заметить, что в зависимости от уровня входного импульса U_вх совпадение сигналов высокого уровня на входах элемента DD2 обеспечивает укороченный импульс на выходе, совпадающий либо с передним фронтом входного сигнала низкого уровня (рис. 12.4, б), либо с задним фронтом положительного входного импульса (рис. 12.4, в).

аб в

Рис 12.4. Схема формирования короткого импульса из переднего или заднего фронта (а) и временные диаграммы (б) и (в)

Выводы:

• Укорочение импульса достигается за счет подачи на входы логического элемента взаимно инверсных сигналов, один из которых проходит через интегрирующую RC-цепь.

• Длительность полученного импульса зависит от номинальных значений R и C. Допускается R £ 500 Ом и C = 1¸3 нф.

• Точность длительности импульсов невелика.

Схема 4. Укорочение импульсов посредством одного логического элемента и дифференцирующей цепочки для U_вх высокого уровня (рис. 12.5, а).

При анализе работы схемы следует учитывать величину сопротивления в дифференцирующей цепочке. Схема позволяет вырабатывать укороченные импульсы по переднему или заднему фронту входного сигнала высокого уровня.

а б

Рис. 12.5. Схема формирования короткого импульса с одним

логическим элементом

Если R < 500 Ом, то в результате дифференцирования RC-цепочкой на входе ЛЭ образуются два остроконечных импульса положительной и отрицательной полярности, соответствующие фронту и спаду входного импульса. Обратное сопротивление диода VD гораздо больше сопротивления резистора R и на положительный остроконечный импульс не влияет. Для отрицательного остроконечного импульса в точке А определяющим является прямое сопротивление диода, которое гораздо меньше R. Поэтому дифференцированный сигнал имеет вид, как на рис.12.5 б, т.е. не имеет отрицательного выброса. Только в интервале t₁–t₂ потенциал U_A превышает U_пор и действует как 1, тогда U_вых – низкого уровня. Здесь 100 < R < 500 Ом.

Для анализа работы устройства при R > 5000 Ом можно заменить его схему эквивалентной (рис. 12.6). Здесь входной сигнал представлен источником U_S, эмиттерный переход входного каскада логического элемента ТТЛ заменен резистором R_эп [6].

Рис. 12.6. Эквивалентная схема формирователя короткого импульса

В исходном состоянии (ключ S в положении 1) левая обкладка конденсатора соединена с общим проводом. Конденсатор заряжен до напряжения

U_С = U_А = U_п – U_R1– U_эп ,

гдеU_п – напряжение источника питания устройства; U_R1 – падение напряжения на резисторе R1 в базовой цепи многоэмиттерного транзистора (см. схему базового элемента ТТЛ); U_эп – падение напряжения на эмиттерном переходе многоэмиттерного транзистора. При подключении входного сигнала U_S (перевод ключа S в положение 2) на резисторе R возникнет импульсное падение напряжения, повышающее потенциал в точке А. Для защиты входной цепи логического элемента в этом случае следует подключить параллельно диоду стабилитрон или вход логического элемента соединить через диод с плюсом источника питания. Возникающий в результате дифференцирования переднего фронта входного сигнала положительный импульс напряжения не изменит состояния логического элемента (рис. 12.7), но перезарядит конденсатор.

Перевод ключа S в положение 1 аналогичен отключению входного сигнала (задний фронт импульса) и замыканию заряженного конденсатора на резистор R. Поскольку знак напряжения на обкладках конденсатора сменился, ток разряда конденсатора в первый момент снизит потенциал в точке А до нуля (рис. 12.7), а затем потенциал снова вернется к начальному значению:

U_С = U_А = U_п – U_R1– U_эп.

При этом в течение интервала t₁–t₂ потенциал на входе логического элемента будет ниже U_пор, что вызовет появление на выходе схемы короткого импульса высокого уровня. Картина протекания процессов представлена на рис. 12.7.