9.6. Применение цифровых имс в импульсных цепях

Непосредственное назначение цифровых ИС – выполнять те или иные логические функции. Однако реальные цифровые и аналого-цифровые устройства содержат, как правило, вспомогательные импульсные узлы: генераторы и формирователи импульсов. Эти узлы могут строиться как на традиционных дискретных компонентах (транзисторах, диодах и т.д.), так и на специализированных ИМС, которые имеются в составе некоторых серий. Однако очень часто подобные узлы удобнее реализовать на основе стандартных цифровых ИМС, тем более что при разработке цифровых устройств в корпусах, как правило, остаются незадействованными отдельные логические элементы. Ниже описаны некоторые типовые схемы цифровых узлов.

Генераторы импульсов. При построении генераторов типа мультивибраторов на основе цифровых ИС используются усилительные свойства инверторов. Чтобы обеспечить возникновение и существование устойчивых автоколебаний, следует исходно вывести инверторы по постоянному току на линейный участок передаточной характеристики – участок между уровнями 0 и 1, где инверторы работают как инвертирующие усилители входного сигнала. После этого остается ввести в устройство положительную обратную связь с помощью внешних конденсаторов. Базовая схема генератора прямоугольных импульсов показана на рис. 9.13а. Стабилизация режимов инверторов по постоянному току обеспечивается в данном случае за счет общей отрицательной обратной связи через резистор R, охватывающий три последовательно включенных инвертора. Положительная обратная связь реализуется за счет конденсатора С. При подаче на вход V сигнала логического 0 генерация прекращается. Период колебаний можно оценить по формуле Т  1,4RС.

Рекомендуемые значения сопротивления резистора составляют для ТТЛ инверторов 360–820 Ом, для КМОП – от 10 до 100 кОм.

Триггер Шмитта применяется для получения из произвольного входного сигнала выходного сигнала прямоугольной формы со стандартными значениями логических уровней. На рис. 9.13б представлена схема ТШ на двух инверторах. Положительная обратная связь с выхода на вход здесь вводится через делитель напряжения на резисторах R2 и R1. Входной сигнал ослабляется этим делителем, что также влияет на чувствительность формирователя к входному сигналу. Рекомендуемые значения сопротивлений резисторов составляют: для ТТЛ инверторов R1 = 0,5 кОм, R2 = 5 кОм; для КМОП значения сопротивлений надо увеличить в 20 раз. Подобный ТШ работает удовлетворительно до частоты порядка единиц мегагерц при подаче на вход синусоидального сигнала амплитудой порядка 1 В.

Рис. 9.13

Одновибраторы обеспечивают получение выходных импульсов при соответствующем перепаде входного сигнала. На рис. 9.13в приведена схема одновибратора короткого отрицательного импульса. В статическом режиме на выходе второго инвертора всегда присутствует сигнал 1. Нуль на выходе появляется только в том случае, когда сигнал на входе первого инвертора переходит из 0 в 1. Длительность выходного импульса определяется постоянной времени RС-цепи, включенной между выходом первого и входом второго инверторов.

Более крутые фронты выходного импульса обеспечивает одновибратор на основе тактируемого фронтом триггера (рис. 9.13г), позволяющий получить выходной импульс положительной полярности. Перепад из 0 в 1 на тактовом входе триггера устанавливает его в состояние 0. По истечении времени, необходимого для разряда конденсатора, на выходе RС цепи, подключенной к триггеру, также появляется сигнал 0. Этот сигнал возвращает триггер в состояние 1.

Формирователь импульсов от механических контактов. При проектировании цифровых устройств довольно часто возникает необходимость формирования четкого перехода или короткого импульса при срабатывании реле или другого механического переключателя. Специфика такого переключателя состоит в том, что его срабатывание сопровождается дребезгом контактов – многократным переходом в течение короткого времени от замкнутого состояния к разомкнутому и обратно. Это может привести к формированию пачки импульсов вместо желаемого одиночного импульса или перепада потенциала. Для устранения явления дребезга контактов, возникающего, например, в клавиатуре, очень часто применяется триггерный формирователь (рис. 9.13д).

Сигнал 0, прикладываемый с помощью переключателя к одному из входов RS-триггера, опрокидывает его. Причем при каждом срабатывании переключателя триггер реагирует на первое же замыкание соответствующей контактной пары и последующая вибрация уже не изменяет его состояния.