21Охарактеризуйте работу компаратора

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство^[1]) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного и выходного каскадов:

• Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения.

• Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по логическим уровням и токам с конкретным типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ иКМОП логикой).

• Для формирования гистерезисной передаточной характеристики, компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.

При подаче эталонного напряжения сравнения на инвертирующий вход, входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения сравнения на неинвертирующий вход, входной сигнал подаётся на инвертирующий вход и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (см., например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).

При математическом моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить, если принять доопределение, что, в точке неустойчивого равновесия выходное напряжение компаратора остаётся в предыдущем состоянии.

22Охарактеризуйте работу декодера и мультиплексора

Выполнение над двоичными кодами таких операций, как дизъюнкция, конъ­юнкция, сложение и т. д., целесообразно осуществлять с помощью только одной комбинационной схемы, обеспечивающей возможность не только выполнения, но и выбора нужной операции. Выбор одного из нескольких вариантов осуществ­ляется с помощью схемы, которая называется декодером.

В общем случае в декодере за каждым из рассматриваемых вариантов закрепля­ется поступающий на входные линии схемы я-разрядный двоичный код. Оче­видно, что с его помощью можно закодировать 2я различных вариантов. Каждому из них в схеме соответствует отдельный я-входовый вентиль «И», входы кото­рого соединяются с входами схемы либо напрямую, либо через вентиль «НЕ» (рис. 3.11, а). Таким образом, все входы отдельно взятого вентиля «И» в сово­купности соответствуют конъюнкту, зависящему от я аргументов. Для любого значения поступившего на вход схемы двоичного кода только для одного из вен­тилей «И» значение конъюнкта оказывается равным 1, и, следовательно, только на его выходе формируется значение 1. На выходах всех остальных вентилей формируется значение 0. Появление на одном из выходов схемы значения 1 трак­туется как выбор варианта, который соответствует поступившему на вход управ­ляющему коду.

В качестве примера рассмотрим двухвходовый декодер, изображенный на рис. 3.11, а. Этот декодер управляется двухбитовым кодом, обеспечивающим выбор одного из четырех вариантов. В схеме использованы следующие обозначения: р и q — входы, принимающие управляющий код, a D0-D3 — выбираемые выходы. За­крепим за выходами схемы управляющие коды: 002 —> D0, 012 —> Du 102 —> D3, 112 -> £>3, — и составим конъюнкты, которые определяют подсоединяемые к вен­тилям входы схемы или их отрицания. В результате за каждым вентилем закреп­ляется один из четырех возможных конъюнктов. На рис. 3.11 эти конъюнкты приведены над соответствующими им выходами схемы. При подаче на входы схемы любого из двухбитовых кодов только один из вентилей сформирует на своем выходе 1. Именно этот выход считается выбранным. Пусть, например, р = 0 и q = 1. Тогда значение 1 имеет только конъюнкт, которому соответствует выход Dx, а на всех остальных выходах формируется 0. Таким образом, декодер по поступившей на входные линии комбинации битов 012 выбирает выход Д.

Рис. 3.13. Преобразование параллельного кода байта в последовательный

Одновременная передача по различным линиям нескольких битов называется па­раллельной передачей, а код, передаваемый таким способом, принято называть параллельног кодом. Если биты кода передают последовательно, друг за другом по одной и той же линии, то такой способ называется последовательной передачей, а передаваемый код называется последовательным кодом.

Для выполнения обсуждаемого преобразования нужно подсоединить к основ­ным входам мультиплексора все линии, по которым одновременно передаются биты. А на его управляющие входы подавать последовательность двоичных кодов, которые осуществляют выбор основных входных линий в желательном порядке. Например, подача на управляющие линии четырехвходового мультиплексора кода 002, то есть р = 0 и q = 0, приведет к выбору основного входа D0 и передаче находящегося на нем бита на выход схемы. Если немного позднее подать на вхо­ды управляющий код 012, то на выход попадет бит с основного входа Dx. После­дующая подача кодов 102 и 112 передаст на выход биты сначала со входа D2l а затем и со входа D3. Таким образом, параллельно передаваемый код окажется преобра­зованным в код, передаваемый последовательно. Нужно только своевременно фиксировать или же передавать дальше биты, последовательно попадающие на выход схемы.