KonspLektsy

Процесс прохождения одиночного прямоугольного импульса через такую RC

цепь:

	Uвх
	E	t
	u
	Uвых=UR
	E	t
	E
	отрицательный	Рис.4.4
	выброс

Импульс получил следующие искажения:

o Появился спад вершины выходного импульса.

o Импульс стал биполярным,

появился отрицательный выброс длительностью 3 .

Чем больше , тем медленнее заряжается конденсатор, и импульс

искажается меньше (в идеале → ).

Применяется для сохранения связи каскадов по переменному и разделения по постоянному току. Требования:

o По возможности большая развязка каскадов по постоянному напряжению.

oКак можно меньшие искажения формы импульсов.

4.3Формирователи прямоугольных импульсов.

Будем рассматривать формирователи импульсов с использованием элемента задержки. Такие формирователи предназначены для формирования коротких импульсов заданной длительности из перепадов напряжения или импульсов большей длительности. Рассмотрим механизм формирования импульса в схеме, приведенной на рис. 4.5

			Э1					Э2
Uвх				U1		U2			Uвых
			&		D			&	Э1	– буферный элемент
									D – элемент задержки
									Э2	– формирующий элемент

71

Uвх

U1

U2

Uвых

t

Из перепадов напряжения формируется короткий

t

импульс, длительность которого определяется t временем задержки в устройстве D.

На практике применяют различные варианты технической реализации элементов задержки. Самые типичные для цифровых устройств варианты – это цепочки логических элементов и RC-цепи.

Формирователь с использованием в качестве элемента задержки

логических элементов.

В качестве элемента задержки можно

использовать цепочки из последовательно

&

&

&

&

соединенных

логических

элементов

(рис.4.6). В

этом случае

используется

Рис. 4.6

естественная

инерционность

логических

элементов. Для целей задержки естественно применять простейшие элементы:

инверторы или повторители. Это удобный способ, т.к. в простейшем корпусе микросхемы уже размещены шесть инверторов или повторителей. Задержку можно регулировать дискретно, изменяя число элементов в цепочке. Если цепочка составлена из инверторов, то при четном их числе получается просто задержка сигнала, а при нечетном – задержка с инверсией. Длительность формируемых импульсов в таких схемах не больше, чем десятки–сотни наносекунд. Для формирования импульсов большей длительности в качестве элемента задержки можно использовать RC-цепи.

72

Формирователи с использованием в качестве элемента задержки RCцепей

Формирователь с дифференцирующей RC-цепью:

	Э1					Э2	Uвх
Uвх	&			U2		&	Uвых
		U1 +		-		+	U1
						-	U2

Uвых

Рис.4.7

Формирователь с интегрирующей RC-цепью:

	Э1		Э2		Uвх
Uвх	&	U2	&	Uвых		t
					U1
						t
		U1
					U2	Uпор
					Uвых	t
		Рис.4.8

t

Элемент Э2 открывается по фронту входного импульса. RC-цепь формирует экспоненциальные процессы перезаряда конденсатора через резистор R с

постоянной времени = RC. При достижении напряжением на RC-цепи порогового уровня (уровня переключения логического элемента) Э2

закрывается. В результате формируется импульс длительностью:

		U	2 ( ) U 2 (t1 )				E1
и	RC ln					RC ln			RC ln 2 0.7RC
		U 2		( ) U 2	(t2 )		U
								пор

Для уменьшения времени восстановления схемы резистор шунтируют диодом.

73

4.4 Мультивибраторы

Мультивибратор – это генератор импульсов с резистивно-

емкостными межкаскадными связями, обладающий одним или двумя

квазиустойчивыми состояниями. Мультивибраторы могут работать:

1)в автоколебательном режиме. В этом режиме они формируют последовательность импульсов.

2)в ждущем режиме. В этом случае они формируют длинные импульсы заданной длины из коротких запускающих импульсов.

Эти схемы можно построить на основе триггеров с задержанными обратными связями.

Ждущий мультивибратор

Ждущий мультивибратор (одновибратор) имеет одно устойчивое состояние,

которое является исходным. С поступлением запускающего импульса ждущий мультивибратор переходит во второе, временно устойчивое (квазиустойчивое)

состояние, длительность которого зависит от параметров схемы. Затем мультивибратор возвращается в свое устойчивое состояние. Простейший ждущий мультивибратор содержит две ЛЭ И-НЕ и может быть получен из асинхронного RS-триггера, если одну из непосредственных межкаскадных связей заменить на резистивно-емкостную.

Э1

&

Q

uзап

S

C

&

С

&

R

A

&

Q

R

Э2

Рис.4.9 Ждущий мультивибратор.

74

До прихода запускающего

импульса 

1

схема находится в устойчивом состоянии (Э1

S

t

открыт, Э2 закрыт). Различают

три стадии

S

работы ждущего мультивибратора.

Q

t

1. Запуск и опрокидывание.

С

приходом

запускающего импульса Э1

закрывается,

U A

U A Uпор

Uпор

Э2 открывается. Логический “0” с выхода

t

Э2 по цепи обратной связи поступает на

Q

t

вход Э1 и удерживает его

в

закрытом

и

состоянии после окончания запускающего

импульса.

2.Состояние квазиравновесия. Конденсатор начинает заряжаться (заряд происходит на экспоненте). Напряжение на входе второго элемента U А

уменьшается по экспоненциальному закону и в некоторый момент времени достигает порогового напряжения срабатывания элемента. При U А Uпор

Э2 начинает закрываться.

3.Обратное опрокидывание и восстановление схемы. Э2 закрывается,

логическая “1” с его выхода поступает на вход Э1 и он открывается.

Конденсатор разряжается через резистор и выходные цепи Э1.

Часто резистор шунтируют диодом

(рис.4.10). В

этом случае

разряд

C

Uвх

&

+

-

UR

A

&

Q

конденсатора

происходит

через

Ic

R

VD

сопротивление прямосмещенного диода

Рис.4.10

и

время

восстановления

схемы

значительно уменьшается.

Длительность импульса на выходе (длительность состояния

квазиравновесия) определяется длительностью переходного процесса в RC-

цепи: и RС ln

U A ( ) U A (t1 )

.

U

A

( ) U

A

(t

2

)

75

По графику видим: U A ( ) E 0 ; U A (t1 ) E1 ; U A (t2 ) U пор Обычно Uпор = Е1/2.

		E 0	E1			E1
Тогда и	RC ln				RC ln			0,7RC .
		E 0	U			U
				пор			пор

Таким образом, длительность импульса мультивибратора определяется постоянной времени RC-цепи, поэтому регулировка длительности

осуществляется изменением либо емкости, либо сопротивления.

При требовании регулировки в широком диапазоне длительности, этот диапазон разбивается на поддиапазоны за счет выбора емкостей. А внутри любого поддиапазона главная регулировка осуществляется за счет величины

сопротивления.

Рассмотрим еще одну схему ждущего мультивибратора –

мультивибратор с вынесенным элементом задержки.

За основу можно взять любой триггер. В нашем случае взят RS-триггер с инверсным управлением. Предположим, что он до прихода запускающего

импульса находится в нулевом состоянии: Q 0,	U1 1,	U2 1, вход R не
активен (на нем единица).

Q

S

S

S

T

&

U1

R

Q

Q

U2

Э

D

U1

tзд

U2

Рис.4.11

Q

и tзад

можно

менять

длительность

импульса, меняя tзад .

Время восстановления схемы равно длительности импульса и , что является недостатком.

					t
					t
					t
					t
tзд			tзд

t

и

сформированного

76

Автоколебательный мультивибратор

Автоколебательные мультивибраторы используют в качестве генераторов прямоугольных импульсов с заданной длительностью и частотой повторения в тех случаях, когда нет жестких требований к стабильности этих параметров.

Они относятся к классу астабильных генераторов, не имеющих длительно

устойчивых состояний равновесия.

Э1

Простейшая

схема

автоколебательного

R2

&

Q

мультивибратора

приведена

на

рис.4.12. Схема

C1

возбуждается и генерирует импульсы. Она не будет

иметь устойчивого состояния. Изменения потенциалов

C2

на входах и выходах элементов Э1 и Э2 обусловлены

A

&

Q

перезарядкой конденсаторов С1

и С2.

R1

Э2

Длительность импульсов на выходе элементов Э1

и Э2 соответственно равны:

Рис.4.12

и1 0,7R1C1

и2

0,7R2C2

Период колебаний

Т и1 и 2 .

При С1=С2=С и R1=R2=R (схема симметрична) период колебаний

Т и1 и2

1,4RC .

Скважность для симметричной схемы q T и

2 .

Недостаток: Этот мультивибратор

имеет

жесткое

самовозбуждение.

Может возникнуть такое состояние, при котором оба элемента оказываются одновременно закрытыми: генерация отсутствует (например, при медленном нарастании питающего напряжения при включении). В этом случае требуется схема предустановки начального состояния триггера.

77

Дополним схему элементами

Э1

Э3

и Э4. Если оба элемента

&

Q 0 1 0

R2

Э4

(Э1 и Э2) закрыты, на входах

C1

Э3

&

&

Э3

логические “1” и на

C2

выходе Э4 также логическая

A

&

“1”, которая открывает Э2 – в

Q

1

0

1

R1

Э2

схеме появляются

условия

для

возникновения

Рис.4.13

колебательного

процесса.

Если открыт только один из элементов, то R1 заземлен, и схема работает в автоколебательном режиме.

5. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

ЗУ служат для хранения информации и обмена ею между отдельными частями ЦВМ.

В составе ЗУ обычно выделяют:

Запоминающую среду

Средство для записи и считывания информации

Средства, управляющие и синхронизирующие работу ЗУ.

Обычно ЗУ характеризуют емкостью. Емкость ЗУ определяется максимально возможным объемом хранимой информации. Минимально возможные объемы хранимой информации равны 1 бит, который хранится одним запоминающим элементом (ЗЭ). Многоразрядное слово хранится в ячейке памяти. Этим термином обычно называют часть ЗУ, хранящую множество слов.

Емкость ЗУ выражают в битах или в количестве слов с указанием их разрядности.

Слово, длиной в 9 разрядов, из которых 8 – информационные, а один – контрольный, называется байтом.

78

Для выражения емкости ЗУ используют 1 К (1 килобит или 210 бит) и 1 М (мегабит или 220 бит). Обычно емкость задают в виде 32 8, это означает, что емкость составляет 256 бит или 32 слова по 8 разрядов.

Важной характеристикой ЗУ является быстродействие, которое оценивают временем считывания, записи и обращения к информации.

Временем обращения называют интервал между двумя последовательными обращениями к ЗУ.

Максимальная скорость передачи слов из ЗУ в ЗУ обратна времени обращения.

5.1 Классификация ЗУ.

1) По назначению ЗУ:

Внешние ЗУ (ВЗУ). Это ЗУ большой емкости до 100 М, с длительными сроками хранения информации, с малым быстродействием.

Оперативные ЗУ (ОЗУ). Это ЗУ с более высоким быстродействием, с

информационной емкостью до нескольких Мегабит.

Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ). Это ЗУ быстродействием, сравнимым с быстродействием процессоров.

Буферные ЗУ (БЗУ). Они занимают промежуточное положение между ВЗУ и ОЗУ, используются для временного хранения информации при обмене между узлами ЭВМ, которые, как правило, имеют разное быстродействие.

Виртуальные (абстрактные). В большинстве случаев ЗУ ЭВМ строятся по иерархическому принципу, при этом организация передачи информации в пределах ЗУ производится так, что вместе взятые ЗУ выступают в виде единого ЗУ.

2) По способу доступа к информации:

ЗУ с произвольной выборкой. У них время обращения не зависит от адреса.

ЗУ с последовательным доступом. Выбор числа по конкретному адресу осуществляется так, что необходимо просмотреть предыдущие ячейки с предыдущими адресами.

79

ЗУ с ассоциативным доступом. Считывание и запись происходит по

некоторому признаку информации.

3) По характеру хранимой информации:

ЗУ с кратковременным хранением оперативной информации (ОЗУ).

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).

Программируемые полупостоянные запоминающие устройства (ППЗУ).

4) По принципу работы запоминающих элементов:

Статические ОЗУ

Динамические ОЗУ

полупроводников ые ЗУ

на транзисторах МДП-типа

						с 1-координатной
произвольной			стати-
						выборкой
	выборки		динами-
			ческого			с 2-координатной
			типа
						выборкой
						с 3-транзисторной
ЗУ			ческого			ячейкой ЗЭ
						с 1-транзисторной
			типа
						ячейкой ЗЭ
						программируемое
	ПЗУ					фотошаблоном
						программируемое
						плавкими
						перемычками
						со стиранием
ППЗУ						ультрафиолетом
						с электрической
						перезаписью

на приборах ППЗ

ПЗС цепочки МДП

80