Импульсная техника – раздел электроники, предметом которого является разработка теоретических основ, практических методов и технических средств генерирования, преобразования и измерения параметров электрических импульсов, а также исследование импульсных процессов в электрических цепях.
Наиболее часто в импульсных электронных устройствах используются импульсы прямоугольной (рис. 34,а), трапецеидальной (рис. 34,б), треугольной (рисунок 34,в) и экспоненциальной (рис. 34,г) формы. Импульсы, формы которых приведены на рис. 34,а…г, являются идеализированными. Форма реальных импульсов не является геометрически правильной из-за нелинейности характеристик полупроводниковых приборов и влияния реактивных сопротивлений в схемах. Поэтому реальные прямоугольные импульсы, наиболее часто используемые в практических импульсных схемах, имеют форму, приведенную на рис. 34,д.
Участки быстрого нарастания и спада напряжения или тока называются фронтом и срезом импульса, а интервал, на котором напряжение или ток изменяются сравнительно медленно,- вершиной импульса.
Активные длительности фронта τфа и среза τса определяются между уровнями 0,1Um и 0,9Um, где Um – амплитуда импульса. Активная длительность вершины τа оценивается на уровне 0,5Um. Импульс, показанный на рис. 34,д, имеет обратный выброс с амплитудой Um обр. Кроме того, на его вершину наложены затухающие синусоидальные колебания, который, как правило, возникают из-за наличия в схеме паразитных колебательных цепей, образованных распределенными индуктивностями и емкостями.
Рисунок 34
Упрощенная форма реального прямоугольного импульса показана на рис. 34,е. Спрямленные отрезки ab, bc, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и ef – нарастание и спад обратного импульса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 34,е характеризуется крутизной фронта импульса, а убывание напряжения или тока на вершине относительным снижением.
Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность импульсов. Помимо указанного параметра τа, определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5Um, длительность импульса характеризует время tи, определяемое либо на уровне 0,1Um, либо по основанию импульса (рис. 34,е).
К основным параметрам импульсов относится период повторения импульсов Т – интервал времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину, обратную периоду повторения, называют частотой следования импульсов ν. Часть периода Т занимает пауза tп – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов tп = T – tи.
Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполнения
Величина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью импульсов
Качество работы импульсных устройств во многом определяется временем восстановления импульса tвос (рис. 34,е). Чем меньше tвос, тем надежнее работает схема, тем выше ее быстродействие.
Мультивибраторы. Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора приведена на рис. 35. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных на однотипных транзисторах VТ1, VT2. При R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 и одинаковых параметрах транзистора мультивибратор называется симметричным.
Рисунок 35
На рис. 36 приведены временные диаграммы токов, протекающих в транзисторах, и напряжений на коллекторах и базах транзисторов. Исходный момент t0 соответствует тому случаю, когда транзистор VT1 заперт, а транзистор VT2 открыт. Моменты t1, t2, t3 соответствуют переключению схемы.
Рисунок 36
Базовые логические элементы. Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств используется соответствующий математический аппарат, получивший название булевой алгебры или алгебры логики. Каждую конкретную комбинацию значений аргументов называют набором. При n аргументах существует 2n наборов. Для краткости набор записывается в виде двоичного числа, цифрами которого являются значения переменных, расположенных в определенном порядке. Двоичное число, представляющее набор, называется номером набора и обозначается α..
При n аргументах совокупность всех значений функции на 2n наборах содержит 2n нулей и единиц. Каждой функции соответствует своя комбинация этих 2n значений. Общее количество всех возможных функций n аргументов определяется числом  .
Логические функции одной переменной приведены в таблице 1,
Таблица 1
α
|
х
|
f0
|
f1
|
f2
|
f3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
где
f0 – константа нуля;
f1 – тождественная функция;
f2 – логическое отрицание (функция НЕ);
f3 – константа единицы.
Логические функции двух переменных приведены в таблице 2. В данном случае n = 2, поэтому число наборов переменных 2n = 4, а число всех возможных переключательных функций = 16.
Таблица 2
α
|
х1
|
х0
|
y = f(x1, x0)
|
f0
|
f1
|
f2
|
f3
|
f4
|
f5
|
f6
|
f7
|
f8
|
f9
|
f10
|
f11
|
f12
|
f13
|
f14
|
f15
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
2
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
3
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
Дизъюнкция (логическое сложение) – функция y = f14(x1, x0) = x1 x0, которая истинна тогда, когда истинны или х1, или х0, или обе переменные. Дизъюнкцию также называют функцией ИЛИ. Устройство, предназначенное для реализации логического сложения, называют логическим элементом ИЛИ, условное обозначение которого показано на рис. 37,а.
Конъюнкция (логическое умножение) - функция y = f8(x1, x0) = x1 x0, которая истинна только тогда, когда истинны х1 и х0. Эта функция называется также функцией И. Устройство, предназначенное для реализации логического умножения, называется логическим элементом И, условное обозначение которого показано на рис. 37,б.
Функция Пирса - функция y = f1(x1, x0) = x1 x0 =  , которая истинна только тогда, когда х1 и х0 ложны. Эта функция также называется функцией ИЛИ-НЕ (отрицанием дизъюнкции). Устройство, предназначенное для реализации функции Пирса, называется логическим элементом ИЛИ-НЕ, условное обозначение которого показано на рис. 37,в.
Штрих Шеффера - функция y = f7(x1, x0) = x1|x0 =  , которая ложна только тогда, когда х1 и х0 истинны. Эта функция называется также функцией И-НЕ (отрицание конъюнкции). Устройство, предназначенное для реализации этой функции, называется логическим элементом И-НЕ, условное обозначение которой показано на рис. 37,г.
Функция равнозначности - функция y = f9(x1, x0) = x1x0, которая истинна, когда значения истинности х1 и х0 совпадают, и ложна, когда значения истинности х1 и х0 не совпадают.
Функция неравнозначности - функция y = f6(x1, x0) = x1 x0, которая истинна, когда значения истинности х1 и х0 не совпадают, и ложна, когда значения истинности х1 и х0 совпадают. Эту функцию называют также функцией отрицания равнозначности, функцией ИЛИ-ИЛИ или функцией сложения по модулю 2 (mod 2).
Функция импликации - функция y = f11(x1, x0) = x1→x0, которая ложна в том и только в том случае, когда х1 истинна, а х0 ложна.
Функция y = f13(x1, x0) = x0→x1 также является функцией импликации.
Функция запрета – функция y = f4(x1, x0) = x1 x0, которая истинна в том и только в том случае, когда х1 истинна, а х0 ложна.
Функция y = f2(x1, x0) = x0 x1 также является функцией запрета.
Функции y = f0(x1, x0) = 0 и y = f15(x1, x0) = 1 являются константами.
Функции y = f3(x1, x0) =, y = f5(x1, x0) =, y = f10(x1, x0) =, y = f12(x1, x0) = зависят только от одной переменной и не представляют интереса.
а) б) в) г)
Рисунок 37
Переключательная функция составляется на основании таблицы истинности. при этом она записывается или в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ), или в совершенной конъюнктивной нормальной форме (СКНФ).
Основная литература: [2, 5, 6];
Дополнительная литература: [7, 8].
|
Скачать 1.88 Mb.