ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОРМИРОВАТЕЛЯХ

В настоящее время для укорачивания прямоугольных импульсов по длительности широко применяются ИМС. Принцип работы укоротителя с использованием интегральных микросхем основан на временной задержке перепада напряжения.

Структурная схема формирователя с элементом задержки приведена на рис. 5.1.

Сигнал на выходе элемента DD1 перед поступлением на вход элемента DD2 задерживается на время . \

Срабатывание элемента DD2 происходит только при наличии двух сигналов, в данном случае U_ВХ1 и U_ВХ2.

В зависимости от необходимой длительности выходного импульса нашли распространение два варианта укоротителей:

· без RC-элемента;

· с RC-элементом.

Для получения импульсов малой длительности (единицы мкс) используются укоротители без RC-элемента. Одна из схем такого формирователя выходного сигнала показана на рис. 5.2.

Принцип действия такого формирователя импульсов основан на суммировании временной задержки. После прохождения сигнала от элемента к элементу перепад напряжения меняется по фазе и задерживается на время задержки t_ЗАД. Число элементов i в схеме должно быть нечётным, чтобы на последний элемент (DD6) сигналы поступали с разными фазами.

Временные диаграммы работы формирователя показаны на рис. 5.3.

В исходном состоянии , . Время задержки перепада напряжения на выходе элемента DD1 будет t_ЗД. После прохождения прямого перепада входного сигнала через этот элемент через время t_ЗД фаза сигнала изменится на противоположную и сигнал принимает значение . Через интервал на выходе элемента DD2 появляется положительный перепад, напряжение на выходе элемента DD2 принимает значение . Каждый элемент через интервал времени t_ЗД изменяет фазу сигнала на противоположную. Таким образом, на выходе формируется импульс, длительность которого

,

где - среднее время задержки элемента при его включении t¹⁰ и выключении t⁰¹;

i – число ИЛЭ, обеспечивающих задержку импульса.

В схемах вычислительных устройств находят применение укоротители длительности импульсов на триггерах (рис. 5.4). Число логических элементов в цепи обратной связи определяет длительность выходного импульса. Как и в предыдущей схеме без RC-цепи, число логических элементов обязательно должно быть нечётным.

Если требуется получить выходной сигнал по длительности , то число элементов задержки может получиться очень большим. Тогда строится схема укоротителя импульсов по длительности с RC-элементом. Такой укоротитель может быть реализован по схеме, в которой при формировании выходного импульса имеет место зарядка или разрядка конденсатора.

В качестве примера на рис. 5.5а) приведена принципиальная

схема формирователя, а на рис. 5.5б) идеализированные временные диаграммы, иллюстрирующие его работу. Идеализация заключается в предположениях идеализированной передаточной характеристики элементов И–НЕ: отсутствия задержек в элементах , выходные сопротивления элементов , входные сопротивления элементов . Элемент задержки собран на RC-цепи, ограничивающей верхние частоты.

В исходном состоянии (t=t₀) , элементы DD1 и DD2 закрыты, на их выходах имеют место высокие уровни напряжения («1»), конденсатор C будет заряжен через большое выходное сопротивление элемента DD1 до напряжения . При t=t₁ на вход DD1 поступает положительный перепад напряжения, элементы DD1 и DD2 переключаются в состояние «0», конденсатор С начинает разряжаться через резистор R и выходную цепь элемента DD1. В момент t=t₂, когда напряжение на конденсаторе достигнет значения , элемент DD2 переключается в состояние «1».

Таким образом, на выходе формируется прямоугольный импульс, длительность которого определяется временем разрядки конденсатора от уровня до . При подаче на вход отрицательного перепада напряжения (, момент t₃) восстанавливается исходное состояние формирователя; в процессе восстановления конденсатор заряжается до уровня . Длительность выходного импульса находится согласно выражению:

или , так как .

Длительность импульса можно регулировать изменением сопротивления резистора R_ОГР (рис. 5.5).

Длительность восстановления равна . Для сокращения длительности восстановления резистор R можно шунтировать диодом VD: зарядка конденсатора С будет происходить выходным током элемента DD1 и через диод VD. Однако при этом возможна перегрузка элемента DD1, то есть выходной ток элемента может превосходить допустимое значение , поэтому целесообразно последовательно с диодом включить ограничивающее сопротивление .

Глава 2. Расширители импульсов на ИЛЭ

Для изменения формы импульсов по длительности используются различные методы, но в интегральной микросхемотехнике в основном нашли распространение два:

· схемы ждущих мультивибраторов;

· формирователи с использованием триггера и элемента задержки.

На рис. 5.6 изображена схема расширителя импульсов по

длительности с RS-триггером и элемент задержки с RC-цепью.

Такие схемы по основным показателям лучше ЖМВ с времязадающей цепью в петле обратной связи (см. рис. 4.16). Основу расширителя составляет формирователь прямоугольных импульсов с элементом задержки (эта часть схемы на рисунке

обведена пунктиром).

В исходном, устойчивом состоянии расширителя триггер на элементах DD2 и DD3 находится в состоянии: , , то есть, в триггере на выходе Q имеет место низкий потенциал U⁰, на выходе – высокий потенциал U¹. Действительно, на входах элемента DD2 действуют, как видно из схемы рис. 5.6а), взаимно инвертированные сигналы; если на одном входе «0», то на другом «1» и, следовательно, и .

В момент t=t₁ на вход схемы поступает короткий отрицательный запускающий импульс низкого уровня «0», под действием которого через время в триггере на выходах устанавливаются состояния и , а по истечении времени 2 устанавливаются напряжения и . Положительный перепад напряжения на выходе Q переключает элемент DD1, и его выходной потенциал становится равным . Отрицательный перепад напряжения с выхода элемента DD1 поступает на вход элемента задержки и на его выходе в течение времени 2 сохраняется временно устойчивое состояние триггера (, ).

По истечении времени t_ЗД, то есть в момент t=t₂, отрицательный перепад напряжения с выхода элемента DD1 поступает на R-вход триггера, в результате чего триггер переключается через время 2t_ЗД в состояние , .

Временные диаграммы работы расширителя приведены на рис. 5.7.

Как видно из временных диаграмм, на выходах Q и триггера соответственно формируются прямоугольные импульсы длительностью . Если элемент задержки выполнен на RC-элементах, то длительность выходного импульса определяется разрядкой конденсатора до значения напряжения элемента DD2 (разрядка конденсатора С осуществляется через открытый по выходу элемент DD1), когда элемент DD2 находится в закрытом состоянии) и определяется согласно выражению, аналогичному для схемы ЖМВ и имеет вид:

.

Длительность восстановления в схеме с RC-цепью определяется зарядкой конденсатора, когда элемент DD1 закрыт.

Наличие элементов резистора R_ОГР и диода VD оказывает аналогичное влияние, такое же, как и в рассмотренной схеме укоротителя, то есть осуществляется существенное уменьшение времени восстановления.

Расширители на RS-триггерах обладают рядом достоинств по сравнению с мультивибраторами с RС-цепью в цепи обратной связи, работающими в ждущем режиме:

1) времязадающая RС-цепь непосредственно не связана ни с одним из выходов схемы формирователя, и подключение нагрузки к любому из них практически не влияет на стабильность длительности формируемого импульса;

2) на обоих выходах формируются импульсы, форма которых близка к прямоугольной;

3) отсутствуют нежелательные выбросы напряжения в выходном сигнале; особенно важно отсутствие отрицательных выбросов, так как режим работы большинства логических элементов не допускает отрицательных бросков напряжения.