Формувачі імпульсів: класифікація та принципи дії

Цифрові вузли і пристрої, такі як логічні елементи, комбінаційні та запам’ятовуючі пристрої, працюють з інформаційними імпульсами (як правило, прямокутної форми), обробляючи та зберігаючи їх. Джерелами цих імпульсів є так звані формувачі імпульсів – генератори, які є обов’язковим елементом будь-якого цифрового пристрою. Формувачі імпульсів є також джерелами тактових (синхронізуючих) імпульсів, які задають темп роботи цифрового приладу. За схемотехнічною побудовою та призначенням формувачі імпульсів можна розділити на дві групи:

· автоколивальні, які самостійно створюють (генерують) періодичні послідовності імпульсів;

· затримані, що запускаються зовнішніми сигналами.

До перших відносять автоколивальні генератори прямокутних імпульсів, до других – затриманий мультивібратор.

Автоколивальні генератори прямокутних імпульсів використовуються практично у кожному пристрої цифрової електроніки. Їхньої схемною основою, у найпростішому випадку, є кільцева схема з затримуючим RC- колом. Затримуюче коло – це електричне коло, що забезпечує задану затримку у часі перед формуванням певного рівня напруги відносно порогового рівня. Найпростішим затримуючим колом є RC-коло. Розглянемо схему, зображену на рис. 6.90.

При низькому потенціалі на вході ємність С розряджена, і на виході інвертора – логічна одиниця (високий рівень напруги). Стрибок вхідного потенціалу до рівня, який відповідаєрівню логічної одиниці спричиняє зарядження ємності і зростання напруги на вході інвертора. При U_C >U_пор відбудеться перемикання рівня напруги на виході інвертора. Таким чином, після стрибка напруги на вході схеми з “0” в “1”, стрибок вихідної напруги з “1” в “0” відбудеться не одразу, а з певною затримкою, час якої напряму залежить від сталої часу RC-кола t = R ×C. Таким чином, найпростіший автоколивальний генератор прямокутних імпульсів можна скласти з двох послідовно з’єднаних електричних кіл, розглянутих вище. При цьому автоматично утворюється позитивний зворотній зв’язок, ініціюється затримка в RC-колах і на виході утворюється послідовність прямокутних імпульсів. Період коливань та тривалість імпульсів визначаються сталими часу RC-кіл. На практиці такі схеми використовуються дуже рідко через низьку стабільність частоти генерованих імпульсів, яка зумовлена, у першу чергу, неідеальністю параметрів елементів затримуючих кіл. Крім того, такі схеми мають низькі можливості для керування частотою генерованих коливань.

Більш широко використовують генератори з одним затримуючим колом (рис. 6.93).

При увімкненні живлення потенціали на вході інвертора DD1 та на виході інвертора DD2 однакові і відповідають рівню логічного нуля (ємність розряджена). Потенціал точки “а” схеми – високий. Він обумовлює зарядження ємності С через резистор R. Коли напруга на вході DD1 змінить своє значення і сформує рівень логічного нуля в точці “а” схеми, то це, у свою чергу зумовить появу на виході DD2 напруги високого рівня (логічна одиниця). Почнеться перезарядження ємності і процес циклічно повториться. Інколи, при побудові схем автоколивальних генераторів буває необхідно забезпечити керування його запуском та зупинкою. При цьому зручно використовувати логічні можливості елементів генератора, як це показано, наприклад, на рис. 6.94.

При створенні цифрових пристроїв різного призначення дуже важливим параметром формувачів імпульсів є стабільність частоти генерованих ними коливань. Як відомо, найпоширенішим способом підвищення стабільності частоти є використання кварцових резонаторів які вмикаються у коло зворотного зв’язку розглянутих вище схем автоколивального генератора. Кварц, як резонатор, пропускає лише свою власну резонансну частоту і, тим самим, “нав’язує” її автогенератору.

Затриманий мультивібратор — це пристрій, здатний знаходитися в стані чекання як завгодно довго і формувати імпульсний сигнал заданої тривалості лише при дії на його вхід короткочасного імпульсу запуску. Типова схема затриманого мультивібратора, побудованого на логічних елементах, зображена на риунку.

Розглянемо роботу такої схеми. У початковому стані на входах кон’юнктора DD1 присутні два сигнали високого рівня, оскільки ємність С розряджена і на вході інвертора DD2 — сигнал низького рівня. При надходженні на один з входів кон’юнктора DD1 негативного імпульсу запуску в ін. перемикається і ініціює процес зарядки ємності С. Струм зарядки ємності створює спад напруги на опорі R, якого достатньо для утримання на виході інвертора DD2 сигналу низького рівня навіть по закінченні імпульсу запуску. Після припинення зарядки ємності С спад напруги на опорі R стане рівним нулю і на виході інвертора DD2 встановиться високий рівень сигналу. Таким чином схема знову перейде у стан очікування. Тривалість сформованого імпульсу t≈0,7×R×C . Діод, увімкнений паралельно опору R, запобігає дії негативних напруг, які формуються в точці “а” при перезарядженні ємності С, на вхід інвертора DD2, коли утворений вихідний імпульс скінчиться.

Поиск по сайту: