Аналоговый компаратор Триггер Шмитта Параметры компараторов Генераторы импульсных сигналов Несимметричный мультивибратор времени автоколебаний Ждущий мультивибратор (одновибратор) Генераторы линейного изменяющегося напряжения (ГЛИН) Аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи Аналого-цифровые преобразователи (АЦП или ADC) Устройство выборки и хранения (УВХ) Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП или DAC) Параметры АЦП и ЦАП

Раздел 3 цифровые и импульсные электронные устройства

Устройства импульсной и цифровой электроники существенно отличается от устройств аналоговой электроники видом используемых сигналов (цифровые сигналы) и приёмами проектирования.  Цифровой сигнал может принимать два значения (высокого уровня и низкого уровня). Устройства, работающие с цифровыми сигналами, называются цифровыми.  Цифровыми сигналами сигналом представляются двоичные числа. Элементами сигнала являются нуль(0) и единица(1).  Цифровой сигнал может быть потенциальным или импульсивным:

Элементами потенциального уровня (рисунок а)) являются потенциалы уровней u⁰ и u¹.  Каждый уровень остаётся неизменным в течении тактового интервала.  Потенциалу u¹ соответствует 1, потенциалу u⁰  — 0.  Элементами импульсивного сигнала (рисунок б)) являются импульсы неизменной амплитуды и их отсутствие. Импульс представляет 1, а отсутствие импульса представляет 0. Обоим цифровым сигналам, изображённым на рисунке, соответствует двоичное число: 10011010. В природе практически все сигналы аналоговые, которые чувствительны к действию паразитных сигналов — шумов, наводок, помех. В отличии от аналоговых, цифровые сигналы, имеющие всего два разрешённых уровня, защищены от действий паразитных сигналов гораздо лучше. Для преобразования аналоговых сигналов в цифровые применяются специальные схемы, например АЦП.

Устройства для формирования цифровых сигналов

Для получения цифровых уровней, соответствующих логической 1 и логическому 0 применяют специальные схемы. 

Аналоговый компаратор

Компаратор предназначен для сравнения аналоговых сигналов: входного (измеряемого) U_х и опорного (U_оп). В момент равенства сигналов U_х = U_оп напряжение U_вых резко изменяются.  До момента t1 U_оп > U_х и U_вых =U⁺_нас.  В момент t1 U_х ≥ U_оп и U_вых=U^-_нас.  В момент t2 вновь наступает U_оп ≥ U_х и U_вых=U⁺_нас.  Пунктиром показано характеристика идеального компаратора, у которого переключение происходит мгновенно при U_х= U_оп. Сплошная линия соответствует реальному компаратору, у которого переключение происходит с запаздыванием относительно t1 и t2. Для получения на выходе компаратора цифровых уровней, соответствующих логическому нулю (0) и логической единицы (1), вводят ограничитель, состоящий из диодов VД1 и VД2. 

Напряжение на открытом диоде около 0,7 В. По этому напряжение на выходе не может быть выше 5,7 В ( при U_вых > 0 и открыт VД1). И ниже — 0,7 В (при U_вых < 0 и открыт VД2). Однако рассмотренные схемы компараторов отличаются низкой помехозащищённостью. Указанный недостаток устраняется при введении в схему положительной обратной связи. 

Триггер Шмитта

Компаратор, уровни включения и выключения которого не совпадают, называют триггером Шмитта. Резисторами R2 и R4 введена положительная обратная связь. Напряжение в точке А равна сумме напряжений Uоп и U_ос. Напряжение U_ос=(U’_вых*R2)/(R2+R4)  Когда U’_вых = U⁺_нас напряжение в т. А равно напряжению срабатывания U_сраб = U_оп + U_ос. Когда U’_вых = U^-_нас напряжение в т. А равно напряжению отпускания U_отп = U_оп — U_ос.  За счёт положительной обратной связи компаратор обладает гистерезисом (рис в): переходы Uвых от одного уровня к другому происходят при разных входных напряжениях (U_сраб, U_отп.) Если амплитуда помехи меньше разности U_сраб — U_отп, то сложного срабатывания не будет (устраняется «дребезг»). Напряжение на выходе Uвых изменяются от уровня логической 1 до уровня логической 0.