9.5. Генератори імпульсів

Генератори імпульсів є важливою складовою багатьох електронних пристроїв. Найпростіший генератор імпульсів – мультивібратор.

Мультивібратори – це релаксаційні автогенератори напруги прямокутної форми. Мультивібратори можуть працювати у трьох режимах: чекаючому, автоколивальному та режимі синхронізації. Найчастіше вони працюють в автоколивальному режимі, коли мультивібратор має два квазісталих (нестійких) стани рівноваги і переходить з одного стану в інший самочинно під впливом внутрішніх перехідних процесів. Активні елементи (транзистори) працюють в них у ключовому режимах. В такому режимі мультивібратор працює як генератор прямокутної напруги. Загалом, мультивібратори повинні забезпечувати стабільність частоти і тривалості імпульсів, а також необхідну (зазвичай, мінімальну) тривалість їх фронтів.

Мультивібратори на ОП

Схема мультивібратора на ОП зображена на рис.9.9.а.

Рис.9.9. Мультивібратор на ОП:

а – схема електрична принципова;

б –асові діафрагми роботи мультивібратора.

Автоколивальний режим (збудження генератора) забезпе-чується додатнім зворотним зв’язком (R₁, R₃).

Часові характеристики вихідного сигналу визначаються інтегруючим R₂C₁ ланцюжком, увімкненим у коло від’ємного зворотного зв’язку з виходу ОП на його інвертуючий вхід. ОП в цьому випадку фактично працює як компаратор, порівнюючи величини напруг, що подаються на його інвертуючий та на неінвертуючий входи.

Величина напруги на неінвертуючому вході є частиною вихідної напруги ОП. Для абсолютних величин становить:

Тому маємо два пороги спрацювання компаратора +U_вих та -U_вих. При роботі мультивібратора порівнюється фіксована величина напруги, що змінюється з дільника, зі зміною напруги на кондесаторі С1, який намагається зарядитися до вихідної напруги ОП U_вих. (рис.9.9,б)).

Як тільки величини напруг зрівняються U_вих, змінює свій знак, і конденсатор починає заряджатись до нового значення.... і так далі. На виході ОП формується прямокутна напруга типу “неандр”. Період генерованих імпульсів становить:

Мультивібратори на логічних елементах

Принцип роботи мультивібраторів на логічних елементах (інтегрованих цифрових мікросхемах (ІМС)) базується на процесах, зв’язаних із зарядом і розрядом конденсаторів.

На рис.9.11. зображена схема мультивібратора на логічних елементах І-НЕ. (в якості яких можуть бути використані елементи DD₂ на вхід елемента DD₁ і додаванням кола R₁ – VD₁ на вході елемента _DD1. Стан квазірівноваги (“1” на виході одного елемента і “0” на виході іншого) утримується протягом часу, необхідного для перезарядження конденсатора С₁ (або С₂) до рівня, що відповідає порогу спрацювання елемента DD₂ (або DD₁). Після цього стани логічних елементів змінюються на протилежні і процеси повторюються. На виходах 1 і 2 мультивібратор генерує прямокутні імпульси протилежних полярностей. Якщо R₁ = R₂ = R, С₁ = С₂ = С, то імпульси симетричні і мультивібратор називають симетричним.

Тривалість імпульсу визначається виразом:

, (9.14)

де U¹ – рівень логічної одиниці; U_nop – пороговий рівень логіч-ного елемента.

Рис. 9.11. Мультивібратори на логічних елементах

Частота повторення імпульсів:

. (9.15)

Генератори лінійно-змінної напруги

Генератори лінійно-змінної напруги (ГЛЗН), тобто напруги, що зростає пропорційно часу, знаходять широке застосування в радіоелектронних приладах. Вони використо-вуються, наприклад, у осцилографах для створення горизонтальної розгортки електронного променя. Такі періодичні імпульси лінійно-змінної напруги мають вигляд зубців пилки, тому подібні імпульси називають пилкоподібними (рис.9.10,б).

Рис. 9.1. Генератор лінійно-змінної напруги:

а – схема електрична принципова; б – часова діаграма

Створити імпульси за формою близькою до пилкоподіб-них можна за допомогою найпростішої схеми, зображеної на рис. 9.10,а. Короткий позитивний прямокутний імпульс (1) відкриває транзистор, який постійно утримується в закритому стані негативною напругою Е_Б. Цим імпульсом конденсатор (С) повністю розряджається через відкритий транзистор. Після закінчення імпульсу (1) транзистор закривається, і конденсатор починає поволі заряджатися через опір R від джерела E за законом: . (9.16)

Покращити форму імпульсів та наблизити їх до дійсно пилкоподібних можна застосувавши замість резистора R деякий нелінійний опір, струм якого І буде слабко залежить (в певних межах) від спаду напруги на цьому опорі, тобто елемент з великим диференціальним R_диф опором. Тоді струм, що заряджає кондесатор, буде майже незмінним і напруга на ній зростатиме пропорційно від часу:

Запитання для самоперевірки

1. Що уявляють собою електронні генератори?

Класифікація електронних генераторів

2. Який принцип отримання незатухаючих гармонійних коливань?

3. Що уявляють собою LC- та RC-т автогенератори?

4. Якій найпростіший генератор імпульсів? Область застосування

5. Яка основна відмінність мультивібраторів на ОП та

логічних елементах?

У яких випадках використовуються ГПН?

Лекція 10

ОСНОВИ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ ТЕХНІКИ

10.1. Загальні відомості та визначення

10.2. Система команд мікропроцесорів

10.3. Організація та призначення шин

10.4. Принципи побудови мікропроцесорних систем

10.5. Архітектура мікропроцесорів

10.6. Архітектура мікропроцесорів

10.7. Багатоядерні процесори