4.4 Генератор импульсов на четырех логических элементах
с одним конденсатором
На рисунке 4.10, а) приведена схема генератора импульсов, в которую введены два операционных усилителя, б), в), г) относятся к логическим элементам.
Первый операционный усилитель совместно с навесными компонентами R1, R2, R3 реализует схему неинвертирующего триггера, второй – интегратора (R4, С).
Если на вход интегратора подать напряжение U1(t), то на выходе получим U2(t) (см. рисунок 4.11). И наоборот, если отдельно U2(t) подать на вход неинвертирующего триггера, то получим U1(t).
Рисунок 4.10 — Схемы на четырех логических элементах с одним конденсатором
Рисунок 4.11 — Графики входного и выходного напряжений
После объединения этих двух схем получится генератор импульсов на двух ОУ с одним конденсатором, так как формы колебаний на входах и выходах элементов соответствуют друг другу.
При выборе логического элемента вместо ОУ для интегратора получается условный эквивалент интегратора на логическом элементе (см. рисунок 4.12).
Рисунок 4.12 — Интегратор на логическом элементе
В качестве триггера можно использовать прозрачный Д–триггер (см. раздел 3.10) на четырех логических элементах (триггер–защелка). Но можно сделать проще: вместо триггера взять два логических элемента &1 и &2, соединенных последовательно (см. рисунок 4.10, б). Четвертый логический элемент &4 устанавливают для нормализации формы импульсов. Нормализация – это придание П–образности, формы меандра. Таким образом, получаем такую же схему, что и на рисунке 4.10, а).
В книгах схему рисунка 4.10, б) изображают несколько иначе, а именно, как на рисунке 4.10, в). Здесь все то же самое, что и на рисунке 4.10,б), только другие цифры номеров логических элементов.
Четвертый вариант схемы (см. рисунок 4.10, г) используется в случаях, если необходима частичная регулировка длительности и частоты генерируемых импульсов, которые рассчитываются по следующей формуле:
 , 
Если R=0, то в качестве него берётся выходное сопротивление логической микросхемы &1.
К достоинствам генератора следует отнести высокую стабильность, небольшую зависимость от температуры, устойчивость к внешним электромагнитным излучениям.
Устойчивость объясняется тем, что в контуре с обратной связью три логических элемента. Следовательно, на временных интервалах фронтов и спадов конденсатор С – это короткое замыкание (&2 закорачивается в схеме на рисунке 4.10, в). В контуре остаются элементы &1, &3, дающие повторение импульсов, т.е. фазовый сдвиг  . Это условие является необходимым для организации положительной обратной связи (условие генерации). На интервалах вершин и оснований импульсов конденсатор С не закорачивает &2, в итоге в контуре три логических элемента, которые в целом дают инверсию (переворот фазы). Таким образом, действует отрицательная обратная связь, стабилизирующая вершины и основания, а, следовательно, и частоту генерируемых импульсов. В предыдущей схеме рисунка 4.9 такого нет, поэтому, она менее нестабильна. Схема рисунка 4.10, в) хорошо работает на логических элементах с открытым коллектором типа ЛА7, ЛА8. Она также работает на обычных элементах типа ЛА3, но импульсы непрямоугольные.
4.5 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 4.13).
Рисунок 4.13 — 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 4.14.
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 4.14 – это экспоненты, т.к. заряд–разряд происходит по экспонентам, но здесь, с целью упрощения, импульсы изображены прямоугольными.
Рисунок 4.14 — Генерирование короткого импульса.
В том случае, когда сопротивление R велико, образует разрыв в цепи входного электрода 4 логического элемента &2 схемы рисунка 4.13, 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.
Короткий входной импульс (график 5 рисунка 4.15) 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.
Рисунок 4.15 — Генерирование длинного импульса
Расчет длительности генерируемого импульса может быть сделан по формуле: 
где  , – уровни нулей, единиц и напряжения питания в схеме.
|
Скачать 8.24 Mb.