4.5 Генератор импульсов на двух логических элементах с одним конденсатором

На рисунке 4.13, а, б изображены схемы на двух логических элементах с одним конденсатором.

Рисунок 4.13, а, б – Схемы на двух логических элементах с одним конденсатором

Если переключатель вибрирует, то при левом положении на выходе &2 будет нуль, который передается через конденсатор С на вход &1, а следовательно на выходе &1 будет единица. При правом положении переключателя на выходе &2 наблюдается единица, которая через конденсатор С передается на вход &1 , на его выходе выделяется нуль и т.д.

Если удалить вибратор, сделать соединение и включить резистор R, то получится схема, изображенная на рисунке 4.13, б. В данной схеме конденсатор С вначале имеет нулевой заряд, это значит, что на входе &1 будет нуль, на выходе &1– единица, а на выходе &2 – нуль. С выхода цепи &1 уровнем единица через резистор R, а также из входной цепи &1 происходит заряд конденсатора по экспоненте. Этот заряд достигает уровня единицы, следовательно, на входе &1 будет единица, а на выходе &1 – нуль, на выходе &2 установится единица принудительно. Эта единица в сущности перезаряжает конденсатор С и т.д.

Длительность импульса, периода и частоты определяется на основании предыдущей формулы.

Возможно построение генераторов импульсов без конденсатора. ПОС охватывает четное количество последовательно соединенных элементов. В этом случае постоянная времени определяется задержкой логических элементов, входящих в контур. Однако эти генераторы практически не используются в связи с их нестабильностью.

156

4.6 Генераторы импульсов на логических элементах в ждущем режиме

Схемы генераторов импульсов на логических элементах в ждущем режиме строятся аналогично схемам триггеров на логических элементах, но одна из непосредственных связей заменяется на емкостную, кроме того вводится цепь смещения посредством резистора R (рисунок 4.14).

	1	2
	3	&1
		C
R	4
		6
	5	&2

Рисунок 4.14 Схема генератора импульсов на логических элементах в ждущем режиме

При этом схема может формировать короткий или длинный импульсы, все зависит от величины сопротивления R. Если сопротивление R невелико, т.е. на вход 4 свободно проходит уровень земли – логический нуль, то следовательно схема &2 находится под запретом, управлять ею по входу 5 бесполезно. Единица с выхода 6 поступает на вход 3 схемы &1, поэтому можно управлять по входу 1, т.е. подавать на него нули или единицы. Примем в режиме ожидания на входах 1, 5 единицы, подадим затем на вход 1 длительный нуль, как показано на рисунке 4.15.

Рисунок 4.15 – Генерирование короткого импульса.

157

На выходе 2 получаем обычное инвертирование входного сигнала. Но фронт выхода 2 практически свободно проходит через конденсатор C на вход 4 (график 4), следовательно, на обоих входах &2 – единицы, выделяют на выходе 6 &2 – нуль. Причем, этот нуль (импульс нуля) короче входящего импульса (график 1), так как сопротивление резистора R невелико, конденсатор C заряжается и разряжается быстро. Более точно, графики 4 и 6 на рисунке 4.15 – это экспоненты, т.к. заряд-разряд происходит по экспонентам, но здесь, с целью упрощения, импульсы изображены прямоугольными.

В том случае, когда сопротивление R велико, образует разрыв в цепи входного электрода 4 логического элемента &2 схемы рисунка 4.14, то это эквивалентно присутствию единицы на входе 4, следовательно, на двух входах &2 – единицы; на выходе &2 – нуль, поступающий на 3 вход &1, запрещающий передачу сигналов через вход 1. Т.е. в этом случае электрод 1 схемы &1 нельзя использовать в качестве входного, как это было в предыдущем случае. Остается только электрод 5 схемы &2, он может быть входным. Процессы генерирования представлены на рисунке 4.16.

Рисунок 4.16 – Генерирование длинного импульса

158

Короткий входной импульс (график 5 рисунка 4.16) своим низким уровнем выделяет на выходе 6 схемы &2 высокий уровень (единицу), которая поступает на вход 3 схемы &1, следовательно, две единицы &1 логически умножаясь, выделяют на выходе &1 нуль (низкий уровень, график 2). Этот низкий уровень, нуль, проходит через конденсатор C на вход 4 логической схемы &2, заряд конденсатора C происходит длительно (график 4), так как сопротивление резистора R велико, как было принято. До тех пор, пока будет заряжаться конденсатор C, т.е. на входе 4 – низкий уровень, на выходе 6 сохраняется высокий уровень (график 6), поэтому на обоих входах &1 единицы, логически умножаясь, они образуют нуль на выходе 2 (график 2). В итоге, схема генерирует длинный импульс при запускающем коротком.

Расчет длительности генерируемого импульса может быть сделан по

	U		нач	−U	∞
формуле:	t = τ ln
		Uкон −U∞

где τ = RC, Uнач, Uкон, U∞ , - уровни нулей, единиц и напряжения питания в схеме.

4.7 Генератор импульсов на туннельном диоде в ждущем режиме

Нагрузочная прямая для схемы генератора располагается так, как показано на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 – Нагрурузочная прямая в схеме генератора на туннельном диоде в ждущем режиме

Построение дает цифровые значения E0 и Rн. Но для схемы генератора еще нужна реактивность, в качестве которой здесь применяют индуктивность, последовательно включаемую с туннельным диодом и Rн. В результате получаем схему, изображенную на рисунке 4.18.

159

Рисунок 4.18 – Схема мультивибратора на туннельном диоде в ждущем режиме

Первой устанавливается точка 1 на графическом построении рисунка 4.19 т.к. она первой встречается при нарастании напряжения питания от начала координат (нуля).

Рисунок 4.19 – Процессы генерации импульса

Это состояние продолжается до момента поступления запускающего импульса положительной полярности Uзап, проходящего через VDзап в прямом направлении. Точка 1 перемещается вправо, достигает уровня колена 2, превышает его, и в том случае, если запускающий импульс достаточно большой, превышает уровень точки 3| , то скачок в точку 3, затем скачкообразное движение в направлении точки 3| . При этом наклон нагрузочной прямой в точках 3, 3| не равен наклону Rн, т.к. дополняется сопротивлением цепи запуска, а ток в точках 3 и 3| образуется двумя составляющими: током последовательной цепи с индуктивностью L, который в течение действия скачка запускающего импульса удерживается на уровне точки

160

1 (закон сохранения тока), и током запускающей цепи, в которой нет индуктивности, поэтому эта составляющая зависит от величины запускающего импульса. Если запускающий импульс меньше в сравнении с точкой 3, то скачок из 2 может быть и в точку 3|| , но не ниже точки 3||| , положение которой определяется законом сохранения тока.

После снятия запускающего импульса (имеется ввиду, что запускающий импульс имеет короткий фронт, вершину и спад, так что ток в индуктивности L практически не изменяется в сравнении с точкой 1 рисунка 4.19), рабочая точка из положения 3| или 3, или 3|| скачком перемещается в точку 3||| , из нее начинается относительно медленное перемещение в направлении точки 4. Т.е. нагрузочная прямая R’н, параллельная Rн, удерживаемая ЭДС самоиндукции E , смещается влево вследствие убывания E .

Т.к. ЭДС самоиндукции убывает относительно медленно, то рабочая точка перемещается из положения 3||| в направлении 4 нижнего колена, и из точки 4 скачком в точку 5 (действует закон сохранения тока). В сущности, генерация импульса заканчивается. Но еще есть процесс установления. Он состоит в том, что рабочая точка из положения 5 относительно медленно перемещается в положение 1, т.е. нагрузочная прямая RIIн возвращается в свое первоначальное состояние Rн, начинается вновь режим ожидания следующего запускающего импульса.

ЭДС самоиндукции в момент обратного скачка это EI на графике рисунка 4.19.

В связи с тем, что в этой схеме присутствует индуктивность, расчет длительности генерируемых импульсов следует производить не по координатам напряжения, т.к. они разрывны (см. графики рисунка 4.19), а по координатам тока, используя стандартную формулу:

t = τln(I нач− I∞) , с.

I кон- I∞

В этой формуле τ - постоянная времени, для цепи с индуктивностью она равна τ = RLI , где L – индуктивность в Генри, RI – сопротивление в Омах.

Сопротивление Rтд надо рассчитывать отдельно для точек 3||| и 4, так как оно нелинейно (криволинейно) в связи с нелинейностью характеристики туннельного диода, просуммировать его с Rн ( схема рисунка 4.18):

RI=Rтд+Rн

Координаты Iнач, Iкон, I∞ легко определяются из графического построения рисунка 4.19, причем Iн = I'''; Iкон = I4;I∞ = I4'; , где ток I'4 соответствует точке

пересечения прямой Rн с характеристикой туннельного диода, построенной как продолжение участка 3||| -4 по направлению к началу координат, если бы туннельный диод был обычным диодом.

161