13. Ждущий мультивибратор на биполярных транзисторах. Схема, назначение элементов, осциллограммы напряжений, принцип действия

Ждущий мультивибратор.

Это генератор однократного импульса, который создается по команде – запускающему импульсу.

Cхема ждущего  мультивибратора приведена на рис.12.10.

Рис.12.10.demo12_9. Схема ждущего мультивибратора.

Ассиметрия схемы приводит к отсутствию автоколебаний. В исходном состоянии (режим ожидания) транзистор V2 заперт и транзистор V1 - открыт. Напряжение на коллекторе V2 максимальное. При появлении короткого управляющего импульса напряжения на базе транзистора V1 от источника Vimp транзистор V1 начинает закрываться, потенциал его коллектора увеличивается. Этот положительный импульс через конденсатор С1 подается на базу транзистора V2 и он открывается.  Увеличение тока эмиттера транзистора V2 увеличивает напряжение на резисторе R4 и напряжение на базе транзистора V1 уменьшается, что приводит к ускоренному закрытию V1 и открытию V2. Далее начинается разряд конденсатора С1 и увеличение напряжения на базе V1. Как только транзистор V1 начнет открываться возникнет лавинный процесс перехода схемы в первоначальное стабильное состояние: V1 – открыт, V2 – закрыт. На каждый короткий запускающий импульс ждущий мультивибратор генерирует один прямоугольный импульс заданной длительности.

 

Рис.12.11.demo12_9. Схема ждущего мультибратора.

14. Генератор пилообразного напряжения. Схема, назначение элементов, осциллограммы напряжений, принцип действия.

Генераторы пилообразного напряжения.

Эти генераторы еще называют генераторами линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). ГЛИН могут быть построены с использованием одного из двух принципов.

Во- первых, на основе перезаряда конденсатора в RC-цепи в переходном процессе, вызванным прямоугольным импульсом напряжения источника. Используются близость экспоненты при малых значениях аргумента к линейной функции.

Форма зависимости напряжения отличается от линейной тем больше, чем больше аргумент экспоненты. Поэтому качество таких генераторов невысокое.

Во-вторых, на основе линейной зависимости напряжения на конденсаторе при его перезаряде постоянным током I_C.

 

 Ниже приведена схема и осциллограммы напряжений для ГЛИН, основанном на заряде конденсатора постоянным током.

 

Рис.12.12. demo12_11. Схема ГЛИН.

Рис.12.13. Зависимости напряжений в схеме на рис.12.12.

1. Цифро-аналоговый преобразователь. Характеристика преобразования. Примеры реализации цап сумматором на оу. Пример интегральной микросхемы цап с внешним оу.

         ЦАП формирует аналоговый сигнал в соответствие с цифровым кодом числа. На рис.13.1 –характеристика  преобразования четырехразрядного ЦАП. Здесь:

U_вых =ΔU*K – выходное напряжении ЦАП,K = (2⁰a₀+2¹a₁+2²a₂+2³a₃) – входное число в двоичном коде,a₀,a₁,a₂,a₃ – значения битов (двоичных разрядов  - 0 или 1),ΔU= U_шк /15 –шаг изменения U_вых,δU= ΔU / U_шк = 1/15 – шаг преобразования,U_шк - наибольшее выходное напряжение (шкала преобразования).

              

Рис.13.1. К принципу действия ЦАП

          Выходное напряжение – функция от числа в  двоичном коде

U_вых= U_шк /15 *(a₀+2a₁+4a₂+8a₃).                                            (13.1)

Аппаратная реализация такой функции достигается с помощью сумматора

.

Рис.13.2а. Пример устройства  ЦАП с суммированием токов (вариант 1).

         Из схемы следует

U_вых= -U_шк R_ос *( a₀/R₀ + a₁/R₁ + a₂/R₂ +  a₃/R₃).  (13.2)

         Переменные a₀,a₁,a₂,a₃ –получают значения  0 или 1 с помощью ключей S₀,S₁,S₂,S₃. Значения 1 соответствуют замкнутым ключам, 0 – разомкнутым.

         Для реализации преобразования по уравнению (13.1) необходимо иметь в уравнении (13.2):R_ос / R₀ =1/15, R₀/R₁ =2,  R₀/R₂ =4, R₀/R₃ =8

         В схеме на рис.13.2а, необходимо иметь 5 резисторов с разными сопротивлениями. При реализации ее в интегральной микросхеме это не выгодно. В следующей схеме ЦАП (вариант 2), реализующей тот же принцип суммирования, резисторы имеют только два значения сопротивления. Поэтому она лучше.   

Рис.13.3. Пример устройства  ЦАП с суммированием токов (вариант 2).

1. Аналого-цифровой преобразователь. Характеристика преобразования. Примеры реализации ЦАП на основе АЦП с последовательным уравновешиванием алгоритмом и с поразрядным уравновешиванием. Достоинства и недостатки.

Аналого-цифровые преобразователи.

         АЦП - устройства, преобразующие аналоговую величину в число в цифровом коде.  Существует много типов АЦП, основанных на разных алгоритмах. АЦП описывается характеристикой преобразования, аналогичной ЦАП. Отличие в том, что для АЦП аргумент располагается на оси ординат, а функция - на оси абсцисс. 

         На рис. 13.5 приведен пример АЦП последовательного уравновешивания.

Рис.13.5. К принципу действия АЦП последовательного счета.

В этой схеме:

U_вх – преобразуемое аналоговое напряжение (подается на неинвертирующий вход ОУ),

U_вхИ –напряжение, создаваемое с помощью ЦАП  D/A.

DA1 (ОУ) – компаратор, - устройство для сравнения напряжений на входах:

            +Um при U_вх < U_вхИ

U_вых=

                   -Um при U_вх ≥ U_вхИ,

f_{T –} последовательность прямоугольных импульсов,

CT2 _–счетчик числа импульсов,

DA2- (D/A) – ЦАП.

         После запуска счетчик начинает подсчет импульсов. Их количество растет и возрастает U_вхИ., которое формируется с помощь ЦАП .

         По достижении U_вх ≥ U_вхИ  напряжение U_вых становится отрицательным и счетчик останавливается. На выходе счетчика формируется число.

         В непрерывном процессе преобразования циклически повторяется процесс уравновешивания напряжения.      Очевидно, что погрешность преобразования зависит от скорости изменения U_вх и длительностью цикла. Рассмотренный АЦП имеет небольшую скорость преобразования, поэтому применяется в дешевых вольтметрах.

         На рис. 13.6. приведена схема АЦП с поразрядным уравновешиванием, обладающая меньшим временем преобразования. 

Рис.13.6. К принципу действия АЦП с поразрядным уравновешиванием.

          Здесь вместо счетчика включен регистр RG, который по команде «Пуск» устанавливает на выходе число в двоичном коде, начиная с 1 старшего разряда. ЦАП создает напряжение U_вхИ, соответствующее этому значению.

         Компаратор сравнивает напряжения U_вхИ и U_вх. Если U_вхИ <U_вх, то добавляется 1 в младшем разряде, в ином случае сбрасывается 1 в старшем разряде и устанавливается 1  в следующем младшем разряде.

         Эта операция повторяется в цикле до уравновешивания в самом младшем разряде.

1. Типовые цифровые устройства. Комбинационные и последовательностные ЦЭУ. Дешифраторы, назначение, пример. Шифраторы, назначение, пример. Мультиплексоры, назначение, пример. Демультиплексоры, назначение.

Цифровые электронные устройства (ЦЭУ) преобразуют совокупность входных сигналов [X] в выходные сигналы [Y]. Различают комбинационные и последовательностные ЦЭУ.

В комбинационных ЦЭУ состояние выходов полностью определяется состоянием входов (т.е. не зависят от предыстории).

Различают комбинационные ЦЭУ:- дешифраторы, -шифраторы, -мультиплексоры,-демультиплексоры,-арифметические,-арифметико-логические устройства (АЛУ).

В последовательностных ЦЭУ (конечных автоматах) состояние выходов зависит не только от значений входных сигналов, но и от последовательности их установления. Поэтому в этих устройствах есть элементы памяти.