Параметры импульсных и цифровых устройств

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

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. Мы надеемся, что Вам понравилась книга и Вы получили удовольствие от чтения. В качестве благодарности можете оставить ссылку на наш сайт на форуме или блоге:) Электронная книга Импульсные и цифровые устройства предоставлена исключительно для ознакомления перед покупкой бумажной книги и не является конкурентом печатным изданиям.

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.

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?

МОСКВА «СОВЕТСКОЕ РАДИО»

Книга может служить учебником по курсу «Импульсные и цифровые устройства». В книге излагаются 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.

Ицхоки Я. С, Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые устройства. Москва, Издательство «Советское радио». 1972, 592 с

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

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга может служить учебником по курсу «Импульсные и цифровые устройства» для ряда радиотехнических вузов. В соответствии с программой курса в книге излагаются линейные и нелинейные устройства преобразования и формирования импульсных сигналов, электронные ключи, релаксаторы, импульсные делители частоты, триггеры, устройства формирования пилообразного напряжения и тока, устройства для выполнения логических операций и некоторые многокаскадные устройства функционального назначения.

Рассматриваются импульсные устройства, построенные на электронных лампах и, в особенности, на полупроводниковых приборах: транзисторах (в основном), диодах, туннельных диодах и лавинных транзисторах. Наряду с изложением принципа работы устройств, и анализом протекающих в них процессов выводятся основные закономерности процессов и расчетные соотношения. При этом особое внимание уделяется выявлению условий устойчивой и надежной работы устройств и выбору надлежащих режимов их работы с учетом действия неизбежных при эксплуатации устройств дестабилизирующих факторов и помеховых импульсов.

Каждая глава книги имеет свою порядковую нумерацию формул, рисунков и таблиц. При ссылке на формулу, рисунок и таблицу другой главы первая цифра указывает номер главы. В целях использования учебника при программированном обучении каждый параграф подразделяется на пункты, пронумерованные по порядку.

Главы 1-15 написаны Ицхоки Я. С., главы 16-24 написаны Овчинниковым Н. И.; общее редактирование книги выполнено Ицхоки Я. С.

Рукопись книги была внимательно просмотрена и обсуждена коллективами специалистов некоторых вузов; при этом был дан ряд полезных советов и рекомендаций. Авторы выражают признательность всем, принявшим участие в просмотре рукописи и ее обсуждении и, в особенности, официальным рецензентам-С. Я. Шацу и Г. Д. Федотову, а также А. А. Куликовскому, Б. X. Кривицкому, В. В. Григорину-Рябову, В. К. Любченко, В. Г. Позднякову, В. П. Дья-Еонову, Я. Е; Беленькому и Б. С. Мушу.

Скачать книгу Ицхоки Я. С., Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые устройства . Москва, Издательство «Советское радио»». 1972