6. Генераторы гармонических колебаний

Генератор – источник сигналов в радиоэлектронных устройствах: радиопередатчиках, модемах, компьютерах, электронных часах и т.п. В генераторе осуществляется преобразование энергии источника питания в энергию колебаний.

Генератор – усилитель с цепью обратной связи.

Если вещественна, то при ; имеется сигнал.

Усилитель сам становится источником колебаний.

Условия стационарных колебаний:

Условие баланса амплитуд:

Условие баланса фаз:

Колебания, возникшие на входе усилителя усиливаются в K раз, ослабляются обратной связью в æ раз и вновь поступают на вход усилителя с той же амплитудой и фазой.

– условие нарастания колебаний

- условие затухания колебаний

LC-генератор гармонических колебаний

Н еинвертирующий усилитель

При частоте

Сопротивление колебательного контура ,

Коэффициент передачи делителя ОС

при .

Если , колебания будут нарастать, пока U_вых не станет примерно равно E_{питания}.

Колебания на LC синусодиальны.

R C-генератор гармонических колебаний

при :

Усл. баланса фаз: ; вып-ся при

Усл. баланса амплитуд: при K=3.

Мультивибратор

Возьмем неинвертирущий усилитель с . Соединим выход со входом через конденсатор. Весь сигнал с выхода передается на вход в той же фазе >1.

Усл. баланса амплитуд и усл. баланса фаз выполняются для выхода f.

Небольшое случайное изменение U_вых через С поступает на вход, усиливается и вызывает дальнейший рост U_вых. U_вых растет, пока не достигает

Конденсатор заряжается током через R, по окончании заряда ток через R прекращается U₊<U_-, напряжение на выходе начинает падать и процесс повторяется.

T=nRC; n>1

T≈8RC

Форма генерируемых колебаний:

7. Импульсные и цифровые устройства

Импульсные и логические сигналы

Для передаци информации используется факт наличия или отсутствия импульса. Используемые в ЭВМ импульсные сигналы несут двоичную информацию: низким значениям соответствует логический нуль, а высоким – логическая единица.

И мпульсному сигналу соответствует логический сигнал, равный в некоторые моменты времени логической «1», а в другие – логическому «0».

Последовательности логических 0 и 1 можно сопоставить двоичное число.

Логический сигнал – последовательная во времени порязрядная передача двоичного числа.

Такой сигнал называют «цифровым».

Устройства для обработки цифровых сигналов называют цифровыми устройствами.

Базовые логические элементы

- это схемы, выполняющие основные логические операции.

Сложные логические функции можно выразить через совокупность базисных:

• Инверсия НЕ (NOT) – логическое отрицание

• Конъюнкция И (AND) – логическое умножение

• Дизъюнкция ИЛИ (OR) – логическое сложение

Условные обозначения и таблицы истинности:

Инвертор конъюнктор дизъюнктор исключающее или

БЛЭ изготавливаются в виде отдельных интегральных микросхем или являются элементами БИС, содержащих на одном кристалле (чипе) тысячи и миллионы элементов.

Комбинационные устройства – преобразователи совокупностей входных логических сигналов x₁, x₂, …, x_n (входное слово) в соответств. совокупность выходных сигналов y₁, y₂, …, y_n (выходное слово).

Дешифратор – преобразователь параллельного двоичного числа в унитарный код.

Преобразует каждое двоичное число в одну и только одну логическую 1 на соответствующем выходе, помеченном десятичным или шестнадцатиричным числом. Двоичное число на входе указывает номер выхода, на котором устанавливается 1.

Дешифраторы используются в устройствах индикации двоичного числа в десятичном виде, для выбора устройства, с которым в данный момент ведется обмен информацией и выборя ячейки памяти в микросхемах памяти.

Шифратор – осуществляет преобразование унитарного кода в параллельное двоичное число.

При наличии логической 1 более чем на одном входе, на выходе может быть ложный код. Чтобы исключить ошибки делают «приоритетные» шифраторы. Входам устанавливают разные приоритеты, и при одновременной подаче сигналов на несколько входов, шифратор формирует на выходах код входа с максимальным приоритетом.

Шифраторы используются в устройствах ввода цифровой информации для преобразования десятичного кода в цифровой.

Мультиплексор – коммутатор, осуществляющий передачу сигнала с одного из 2ⁿ входов на единственный выход. Выбор входа производится заданием его n-разрядного адреса.

Используется для приема цифровой информации от нескольких источников в разные интервалы времени, для передачи сигналов от неск. источников по одной линии с разделением по времени.

Демультиплексор. С единственного информационного входа передает сигнал на один из 2ⁿ выходов. Номер этого выхода задается n-разрядным двоичным числом на адресных входах. Специальные микросхемы-демультиплексоры не производятся. Демультиплексор реализуется на дешифраторе, имеющем вход разрешения.

Сумматор – комбинационная схема, выполняющая арифметическое сложение двух двоичных чисел.

Суммирование многоразрядных чисел производится путем их поразрядного сложения. Сумматор любой разрядности строится из одноразрядных полных сумматоров. На входы подаются сигналы соответствующего разряда суммируемых чисел (a_n,b_n) и сигнал переноса p_n из предыдущего младшего разряда с номером (n-1). На одном из выходов формируется сумма в данном разряде S_n, а на другом выходе формируется сигнал переноса в следуюзщий разряд p_n+1.

Сумматор – часть АЛУ микропроцессора. Все арифметические действия в МП выполняются на основе операции сложения.

Триггер – устройство с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых – логическая 1, а другое – 0. Это одноразрядный элемент памяти. Под действием управляющих сигналов триггер может переключаться из одного состояния в другое. При отсутствии управляющих сигналов триггер сохраняет состояние сколь угодно долго.

RS-триггер строится путем соединения «крест-накрест» двух инверторов.

Синхронный RS-триггер

Состояние может изменяться только при подаче лог. 1 на вход синхронизации С.

Пока синхроимпульс не подан, изменение сигналов на S и R входах не изменяет состояние триггера.

JK-триггер отличается от RS-триггера тем, что у него отсутствует запрещенная комбинация выходных сигналов. По синхроимпульсу меняет свое состояние на противоположное.

D-триггер (триггер –защелка)

D – информационный вход. При поступлении импульса С триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия D.

Регистр – совокупность триггеров, предназначенная для хранения двоичного слова. Записываемое слово подается на D-входы триггеров. Запись происходит при появлении синхроимпульса. Информация с регистра читается с выходов Q триггеров.

Подачей импульса на входы R устанавливаются все входы в 0. Далее на последовательный вход D подается первый бит данных D₀. При воздействии тактового импульса выход Q₀ принимает значение D₀. Затем на последовательный вход подается второй бит данных D₁.

Второй импульс: Q₀= D₁, Q₀= D₀

Третий импульс: Q₀= D₂, Q₀= D₁, Q₀= D₀

Информация считывается параллельно с выходов Q₀-Q₂.

Регистр работает как преобразователь последовательного входа в параллельный или наоборот.

Счетчик – устройство, содержащее несколько триггеров, состояние которых определяется числом поступивших на вход счетчика импульсов.

при условии y=K=1 состояние триггера меняется на противоположное при поступлении на вход импульса синзронизации С. Пусть исходное состояние триггеров Q₀=Q₁=Q₂=0. При поступлении первого импульса С состояние первого триггера меняется на противоположное Q₀=1. При поступлении второго первый триггер устанавливается в Q₀=0. При этом на инверсном выходе появляется логическая 1. Сигнал выполняет роль синхромипульса для второго триггера и приводит его состояние в Q₁=1.

Третий импульс: Q₀=1, Q₁=1

Четвертый импульс: Q₀=0, Q₁=0, Q₂=1

выходные двоичные числа и число N поступивших на вход импульсов:

.