6.2. Генераторы импульсов
В цифровых устройствах широкое применение находят различные генераторы с самовозбуждением, создающие непрерывную последовательность прямоугольных импульсов. Вариант схемы генератора на логических элементах, называемый автоколебательным мультивибратором, представлен на рис. 6.2. В схеме две цепи емкостной обратной связи. Такое устройство имеет два квазиустойчивых состояния и непрерывно переходит из одного состояния в другое, генерируя прямоугольные колебания.
Рис. 6.2. Автоколебательный мультивибратор
Период выходного колебания равен:
,
где t1 и t2 – длительность первого и второго полупериода колебания,
U1 – напряжение логической единицы – 3,6 В,
U2 – пороговое напряжение – 1,4В.
Резисторы в схеме должны иметь величину менее 1 кОм. Для обеспечения мягкого режима самовозбуждения, по крайней мере, один из элементов переводится в линейный режим за счет введения местной отрицательной обратной связи через конденсатор С1. Третий логический элемент играет роль буферного усилителя.
Стабильность частоты колебаний мультивибратора невысока. Для повышения стабильности в качестве времязадающего элемента используют кварцевый резонатор, включаемый вместо одного из конденсаторов (второй конденсатор при этом является разделительным или вообще исключается из схемы). В этом случае частота генерируемых импульсов определяется типом используемого кварцевого резонатора. Целесообразно выбирать кварцевые резонаторы при частотах более 100 кГц.
6.3. Формирователи коротких импульсов по перепадам входного сигнала
На рис. 6.3 приведены временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие использование логических элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ в качестве формирователей коротких импульсов по перепадам входного сигнала. В зависимости от типа применяемой логики можно выделять положительные или отрицательные перепады. Кроме того, выходные импульсы могут иметь как положительную, так и отрицательную полярность.
Рис. 6.3. Формирователи коротких импульсов по перепадам входного сигнала
Формирование выходного импульса происходит благодаря задержке распространения сигнала в логических элементах. Именно с этой целью схема содержит цепочку инверторов, число которых должно быть нечетным (3, 5 и т.д.). Из временных диаграмм видно, что импульсная последовательность В инвертирована и задержана относительно входного сигнала А на время задержки распространения в трех элементах и длительность выходного импульса равна этому интервалу времени.
Определить выходной сигнал логического элемента можно с помощью его таблицы истинности. Время задержки распространения в одном логическом элементе микросхемы серии К155 можно принять равным 10-20 нс.
Выходной импульс С сформирован по положительному перепаду входного сигнала А, а импульс D – по отрицательному перепаду. Такие формирователи коротких импульсов по перепадам измеряемого интервала могут быть использованы для получения импульсов сброса счетчиков и импульсов записи в память.
Если выходным элементом является ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, то схема будет выделять и положительные, и отрицательные перепады входного сигнала.
6.4. Формирователи коротких импульсов при включении питания
Очень часто стоит задача обнуление счётчиков при включении питания. Для этой цели используют последовательную цепочку из конденсатора и резистора, включенную между «землёй» и питанием (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Формирование короткого импульса при включении питания: а – схема, б – временные диаграммы
При включении питания напряжение на конденсаторе начинает расти до напряжения питания. Если напряжения с конденсатора подать на вход логического элемента, то на его выходе получаем импульс, начало которого определяется моментом включения питания, а конец – моментом достижения напряжения заряда конденсатора (uc) порогового напряжения логического элемента (Uпор), когда логический элемент воспринимает это напряжение, как логическую «1». Длительность импульса будет зависеть от постоянной времени RC цепи и определяется по формуле.
.