Принцип работы триггера Шмитта на оу

Триггер Шмитта -  это компонент электронного устройства, функция  которого  является формирование постоянно изменяющегося сигнала на входе в серию прямоугольных импульсов на выходе. Применяется  в аналого-цифровых преобразователях, фильтрах, линиях связи. Триггер Шмитта имеет свое отличие от других видов триггеров тем, что он имеет единственный вход и один выход и не имеет свойства памяти. Триггер Шмитта состоит из двух инверторов, имеющих положительно-обратную связь (ПОС), в результате чего состояние выхода триггера может меняться лавинообразно.

Описание работы схемы

Триггер Шмитта  это компаратор, имеющий ПОС.  В данной схеме доля выходного электрического сигнала ОУ поступает на прямой вход и устанавливает уровень, при котором схема будет переключаться.

Принципиальная схема работы триггера Шмитта на ОУ изображена ниже.

ОУ подключен к двухполярному блоку питания на 5 вольт. На инверсный вход DA1 поступает синусоидный  сигнал равный амплитуде 2 В. Сопротивления R1 и R2 имеют значения 25 кОм и 10 кОм. Напряжение на прямом выводе DA1 поступает с делителя напряжения построенного на резисторах R1 и R2, который подключен к выходу ОУ.  Формула расчета для определения напряжения насыщения:

1. Uвх1 = +U*R2/(R1+R2) = 3,5*10/35 = 1 В

2. Uвх1 = -U*R2/(R1+R2) = -3,5*10/35 = -1 В 

Когда на выходе ОУ напряжение с положительным потенциалом насыщения – на прямом входе напряжение равно  1 вольту. Предположим, входной электрический сигнал постепенно увеличивается с нуля. Пока потенциал входного сигнала не превышает напряжения на прямом входе – схема находится в стабильном состоянии. Чуть только входной электрический сигнал превзойдет величину в  1 вольт, напряжение на входе ОУ сменит свою полярность на отрицательное напряжение  насыщения. Это поменяет напряжение на прямом входе ОУ, и оно будет равно -1 вольт.

Входной электрический сигнал постепенно будет увеличиваться до максимума, а затем начнет уменьшаться. После того как амплитуда сигнала на входе станет менее 1 вольта, то на выходе ОУ будет так же отрицательный потенциал насыщения. Как только сигнал на входе пройдет величину -1В, напряжение на выходе   поменяется и будет равным положительному потенциалу насыщения.

На графике можно наблюдать зависимость выходного напряжения триггера Шмитта от входного.

В результате такой работы схемы, шумы входного сигнала не будут влиять на выходной сигнал.

44.

КОМПОРАТОРЫ НА ОУ

 

 

 

 

Передаточная характеристика

Функциональное назначение компаратора заключается в изменении состояния выхода при переходе входным напряжением некоторого порогового значения. В качестве компаратора может применяться ОУ. При этом  ОУ работает преимущественно в области  положительного или отрицательного ограничения выходного напряжения, проходя область усилительного режима только вблизи порога.

Компараторы: определение, структура, принцип действия.

Устройство сравнения аналоговых сигналов (компаратор) выполняет функцию сравнения либо двух (или более) входных сигналов между собой, либо сравнение одного входного сигнала с опорным сигналом (эталонным), которое называют порогом срабатывания устройства сравнения; в этом случае на выходе устройства сравнения формируются только два уровня выходного сигнала – высокий и низкий, которые могут отличаться как по величине, так и по знаку.

Если в качестве схемы сравнения используется обычный ОУ, то на выходе формируется напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях.

Компаратор

Принцип действия основан на очень большом собственном коэффициенте усиления ОУ. При достижении разности входных напряжений:

ОУ входит в насыщение. Т.к. КУ очень большой, то это происходит при очень небольшой разности входных напряжений. При этом если U2 больше U1, Uout имеет положительный знак и наоборот (конечно при двуполярном питании). Если питание однополярное, то Uoutизменяется от 0 до напряжения питания.

45. .

46.

Импульсная модуляция

Импульсная модуляция — это модуляция, при которой в качестве несущего сигнала используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

Поскольку периодическая последовательность характеризуется четырьмя информационными параметрами (амплитудой, частотой, фазой и длительностью импульса), то различают четыре основных вида импульсной модуляции:

• амплитудно-импульсная модуляция (АИМ); происходит изменение амплитуды импульсов несущего сигнала;

• частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), происходит изменение частоты следования импульсов несущего сигнала;

• фазо-импульсная модуляция (ФИМ), происходит изменение фазы импульсов несущего сигнала;

• широтно-импульсная модуляция (ШИМ), происходит изменение длительности импульсов несущего сигнала.

Временные диаграммы импульсно-модулированных сигналов представлены на рисунке 12.

При АИМ происходит изменение амплитуды несущего сигнала S(t) в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала u(t), т. е. огибающая импульсов повторяет форму модулирующего сигнала (рисунок 12, в).

При ШИМ происходит изменение длительности импульсов S(t) в соответствии с мгновенными значениями u(t) (рисунок 12, г).

Рисунок 12 - Временные диаграммы сигналов при импульсной модуляции

При ЧИМ происходит изменение периода, а соответственно и частоты, несущего сигнала S(t) в соответствии с мгновенными значениями u(t) (рисунок 12, д).

При ФИМ происходит смещение импульсов несущего сигнала относительно их тактового (временного) положения в немодулированной несущей (тактовые моменты обозначены на диаграммах точками Т, 2Т, 3Т и т. д.). ФИМ сигнал представлен на рисунке 12, е.

Поскольку при импульсной модуляции переносчиком сообщения является периодическая последовательность импульсов, то спектр импульсно-модулированных сигналов является дискретным и содержит множество спектральных составляющих. Этот спектр представляет собой спектр периодической последовательности импульсов в котором возле каждой гармонической составляющей несущего сигнала находятся составляющие модулирующего сигнала (рисунок 13). Структура боковых полос возле каждой составляющей несущего сигнала зависит от вида модуляции.

Рисунок 13 - Спектр импульсно-модулированного сигнала

Также важной особенностью спектра импульсно-модулированных сигналов является то, что ширина спектра модулированного сигнала, кроме ШИМ, не зависит от модулирующего сигнала. Она полностью определяется длительностью импульса несущего сигнала. Поскольку при ШИМ длительность импульса изменяется и зависит от модулирующего сигнала, то при этом виде модуляции и ширина спектра также зависти от модулирующего сигнала.

Частоту следования импульсов несущего сигнала может быть определена по теореме В. А. Котельникова как f₀ =2Fmax. При этом Fmax это верхняя частота спектра модулирующего сигнала.

Передача импульсно модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи невозможна, т. к. спектр этих сигналов содержит низкочастотные составляющий. Поэтому для передачи осуществляютповторную модуляцию. Это модуляция, при которой в качестве модулирующего сигнала используют импульсно-модулированный сигнал, а в качестве несущего гармоническое колебание. При повторной модуляции спектр импульсно-модулированного сигнала переносится в область несущей частоты. Для повторной модуляции может использоваться любой из видов аналоговой модуляции: АМ, ЧС, ФМ. Полученная модуляция обозначается двумя аббревиатурами: первая указывает на вид импульсной модуляции а вторая — на вид аналоговой модуляции, например АИМ-АМ (рисунок 14, а) или ШИМ-ФМ (рисунок 14, б) и т. д.

Рисунок 14 - Временные диаграммы сигналов при импульсной повторной модуляции

47. Структурная схема АТСЭ аналогична структурной схеме АТСКЭ и отличается от нее только принципом построения коммутационного поля и схемами отдельных функциональных блоков ПУУ.

Коммутационное поле АТСЭ может быть построено как с пространственной, так и с временной коммутацией каналов. При пространственной коммутации производится соединение между одноименными каналами или уплотненными соединительными линиями (УСЛ) посредством точек коммутации, занимающих определенное место в коммутационном поле, а при временной коммутации осуществляется соединение между каналами с различными временными признаками за счет изменения их временных позиций. В АТСЭ с пространственной коммутацией каналов используются соединители, у которых в точке коммутации находится электронный элемент (транзистор, оптрон и т.п).

Современные АТСЭ строятся с пространственной и временной коммутацией каналов с импульсно-кодовой модуляцией. В качестве основной цифровой аппаратуры принята 32-канальная аппаратура, на основе которой строятся различные цифровые системы передачи.

Коммутационное поле АТСЭ

Рассмотрим принцип действия коммутационного поля, имеющего два входа и два выхода (рис.4.22). К каждому из входов подключена своя входящая, а к выходу – своя исходящая соединительная линия системы передачи.

Электронные контакты КП, коммутирующие импульсы канала, выполнены в виде схемы И. От импульсного генератора (ИГ) к УУ подаются канальные импульсы P₁, P₂, P₃, сдвинутые во времени. Управляющее устройство может подключать любые из импульсных последовательностей на вход любого ЭК. Входящие и исходящие каналы работают синхронно, т.е. если кодовая комбинация поступила, например, по первому каналу на входе КП, то она может быть принята на выходе КП только по первому каналу. Следовательно, пространственное КП допускает коммутацию только между одноименными каналами. Такое ограничение уменьшает пропускную способность всей системы.

 

Рис.4.22. Структурная схема коммутационного поля пространственного типа

 

Для устранения данного недостатка на входе или выходе КП устанавливаются устройства, способные коммутировать кодовые комбинации входящих каналов на любой исходящий канал. Такое устройство называется временным коммутатором (ВК) или коммутатором типа В. Временной коммутатор состоит из отдельных ячеек информационной памяти (ИП) (рис.4.23), каждая из которых придается определенному временному каналу. ЗУ информационной памяти имеет элементы памяти, число которых равно числу разрядов кодовой комбинации канала. Кроме того, информационная память содержит две схемы И. Одна из схем, стоящая на входе ЗУ, необходима для выделения канала. Поэтому, за каждой из указанных схем постоянно закрепляется импульсная последовательность, характеризующая данный канал. Вторая схема И, стоящая на выходе ЗУ, необходима для считывания кодовой комбинации с ЗУ на свободный канал. На вход этой схемы из У подается импульсная последовательность канала, в который необходимо передать информацию с ЗУ.

 

Рис.4.23. Структурная схема и временные диаграммы работы временного коммутатора

 

Каждой входящей соединительной линии системы передачи, уплотненной  каналами, придается временной коммутатор, содержащий  ячеек информационной памяти (в рассмотренном примере  ). Первая ячейка ИП₁придается первому каналу, поэтому за первой схемой И1 закрепляется импульсная последовательность Р₁. Аналогично выполняется закрепление схем и последовательностей для других каналов.

Обычно на коммутационном узле имеется большое число уплотненных линий. Для увеличения пропускной способности АТСЭ в коммутационном поле используются и временная (типа В), и пространственная (типа П) коммутации.

 

Рис.4.24. Структурная схема коммутационного поля, построенного по принципу ВПВ

 

В схеме коммутационного поля типа ВПВ временные коммутаторы установлены на входах и выходах пространственного КП (рис.4.24). Каждая входящая соединительная линия системы передачи и исходящая соединительная линия системы передачи имеет  каналов, поэтому УУ содержит импульсный генератор, выдающий  временных последовательностей Р₁, Р₂,..., Р_n, которые могут подаваться как на временные коммутаторы, так и в точки коммутации пространственного коммутатора. В АТСЭ коммутационные поля могут содержать несколько звеньев В и П.

Использование ИКМ для передачи информации по соединительным линиям и временной коммутации каналов в АТСЭ обеспечило возможность образования интегральной цифровой системы передачи (ИЦСС) на базе единых принципов и систем передачи.