книги из ГПНТБ / Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных приборах

ДЗ и резисторы R4. Подобные ячейки могут быть построены, например, на основе логических расширителей 2ЛП173, входя­ щих в серию K2I7. Резисторы R2 сопротивлением 33 ком слу­ жат для ограничения напряжения на коллекторах усилитель-

Рис. 48. Схемы индикации состояний десятичного счетчика (код 8—4—2—1) на основе цифровой газоразрядной лампы

пых транзисторов на уровне не выше 50 в. Подобное ограниче­ ние обеспечивает надежную работу транзисторов, в то время как перепад напряжения на катодах порядка 40—50 в вполне достаточен для четкого управления цифровой лампой.

Дешифратор по схеме рис. 48, а в целом работает следую­ щим образом. Напряжение около 6 в, существующее на выходе одной из диодных ячеек «И», создает предпосылки для откры­ вания соответствующей пары усилительных транзисторов. Од­

98

нако откроется только один из них, а именно тот, на1эмиттер которого подан нуль с выхода первого триггера. В индикаторе будет высвечиваться цифра, соответствующая состоянию счет­ чика. Остальные девять транзисторов будут надежно закрыты благодаря наличию смещающих диодов Д2, а также резисто­ ров R3, соединяющих базы транзисторов с нулем источника пи­ тания.

Источники анодного напряжения лампы и коллекторного на­ пряжения транзисторов К.Т315И представляют собой в данном случае однополупериодные выпрямители переменного напряже­ ния. Такое питание обеспечивает меньшее потребление энер­ гии при надежной работе индикатора. Необходимо лишь про­ следить за тем, чтобы полупериоды питающего напряжения по­ являлись одновременно и на аноде лампы, и на коллекторных резисторах транзисторов, т. е. выпрямляемые переменные на­ пряжения должны быть синфазны.

Рис. 48,6 иллюстрирует способ использования в дешифра­ торе ячеек «И — НЕ». Для управления цепью индикации по схеме рис. 48, б достаточно только прямых выходов с триггеров счетчиков, работающих в коде 2—4—2—1 или 8—4—2—1. Как и в дешифраторе по схеме рис. 47, здесь также исключается од­ новременная индикация двух цифр.

Упрощение цепи индикации возможно в случае использова­ ния двуханодных цифровых ламп (например, типа ИН-4). На рис. 49 приведена схема цепи индикации с такой лампой. В этой цепи содержатся лишь пять усилительных транзисторов, с кол­ лекторов которых поданы напряжения на попарно соединенные катоды цифровой лампы. На аноды ламп поступают сдвинутые на полпериода однополупериодные выпрямленные напряжения. На входы ячеек «И» дешифратора наряду с сигналами тригге­ ров подаются также импульсы с выхода схемы равнозначности,

реализующей логическую функцию QiP + Qip, где р — напряже­ ние, снимаемое с дополнительного однополупериодного выпря­ мителя.

На базах четырех из пяти усилительных транзисторов де­ шифратора на схеме рис. 49 напряжение равно нулю, а на базе пятого транзистора напряжение пульсирует с частотой сети. В зависимости от состояния первого триггера (Qt) изменяется фаза этого пульсирующего напряжения. Таким образом, на пару катодов цифровой лампы подается пульсирующее с частотой сети напряжение. Однако высвечивается цифра, соответствую­ щая только одному из этих катодов, а именно тому, который находится против анода, напряжение на который подается в тот полупериод, когда открыт соответствующий усилительный тран­ зистор.

Цепи индикации с другими типами индикаторов отличаются от рассмотренных выше только схемами усилительных каскадов.

99

Так, например, для зажигания лампочек накаливания, как правило, требуется усиливать не напряжение, а ток. Вследст­ вие этого в цепях индикации с лампочками накаливания усили­ тельные каскады обычно содержат эмиттерные повторители.

Исключение составляют индикаторы на светодиодах. Напря­ жения порядка нескольких вольт и токи порядка нескольких единиц или десятков миллиампер, требуемые для нормального свечения светодиодов, очень хорошо согласуются с параметрами

~ 2 2 0 в

Рис. 49. Схема индикации состояний двоично-десятичного счетчика (код 8—4—2—1) с помощью двуханодной цифро­ вой лампы

большинства логических ИС. Цепь индикации со светодиодами может содержать лишь простейшие усилительные каскады, пи­ таемые от того же источника, что и логические ИС. Более того, в отдельных случаях возможно непосредственное включение ма­ ломощных светодиодов вместо нагрузок инверторов логических ИС, что позволяет обходиться вообще без специальных усили­ телей.

Для индикации состояний счетчиков на ИС разработаны цифро-синтезирующие индикаторы на светодиодах. Такие инди­ каторы содержат набор светодиодов, зажигаемых в комбина­ циях, обеспечивающих высвечивание контуров цифр. Например, индикатор типа КЛ104А содержит восемь светящихся сегментов (напряжение 5,5 в, ток одного сегмента 10 ма), позволяющих синтезировать десятичные цифры [47]. Яркость свечения индика­

100

тора 20—50 нт, габаритные размеры (не включая выводов) 016X15 мм. Цифры, высвечиваемые таким индикатором, хо­ рошо различимы на расстоянии до 3 м.

21. Динамическая индикация состояний десятичных счетчиков

Динамическая индикация состояний счетчиков основывается на кратковременном периодическом высвечивании соответствую­ щей цифры в индикаторе, так что при достаточно высокой ча­ стоте повторения этого процесса глаз человека не замечает мер­ цаний, цифра в индикаторе представляется оператору высвечи­ вающейся непрерывно.

~220в

Рис. 50. Структуры устройств динамической индикации с поочеред­ ным опросом десятичных разрядов для многоразрядного (а) и двухразрядного (б) счетчиков и пример реализации набора ключей (НК) на ячейках «И—ИЛИ—НЕ» (а)

Динамическая индикация с поочередным опросом декад счет­ чика может быть построена так, как, например, для случая трехразрядного счетчика показано на рис. 50, а. Она включает в себя три цепи переписи ЦП 1—ЦПЗ, позволяющие по коман­ дам с коммутатора опроса КО производить поочередную пере­ пись информации с декад счетчика СТ10-1 — СТ10-3 в регистр памяти RG. К регистру присоединен дешифратор DC, который подает напряжения одновременно на катоды всех трех цифро­ вых ламп. На аноды этих ламп напряжение подается с форми­ рователей F1—F3, также управляемых коммутатором опроса.

Работает цепь индикации по схеме рис. 50, а следующим об­ разом. Импульсы частоты /0 непрерывно переключают коммута­ тор опроса КО. По сигналу с коммутатора опроса в регистр па­ мяти RG заносится информация с одной из декад счетчика, и одновременно с выхода возбужденного формирователя из числа F1—F3 подается напряжение на анод одной из цифровых ламп.

101

Несмотря на то, что напряжения с дешифратора подаются па­ раллельно на одноименные катоды всех ламп, свечение возни­ кает в одной из них, а именно в той, на анод которой в этот момент подается положительное напряжение. При очередном переключении коммутатора в регистр RG перепишется инфор­ мация с другой декады счетчика, откроется следующий анодный ключ, и в соответствующей цифровой лампе будет высвечена цифра, относящаяся к очередному десятичному разряду счет­ чика.

Если частота опроса каждой декады счетчика будет не ниже 30—50 гц, то оператор будет видеть непрерывно светящиеся цифры во всех трех лампах. Подобным образом можно пооче­ редно опрашивать до десяти счетных декад. Естественно, что чем больше разрядов опрашивается, тем выше скважность им­ пульсов тока в каждой лампе и тем больше должно быть мгно­ венное значение тока в импульсе, необходимое для поддержания нужной величины среднего тока. Это положение должно учиты­ ваться при расчете дешифратора и анодных формирователей.

Возможно построение цепи индикации по схеме рис. 50, а и без применения регистра памяти. Действительно, если вместо цепей переписи применить наборы потенциальных ключей (схем совпадения), управляемых коммутатором опроса и обеспечиваю­ щих поочередную подачу на дешифратор DC потенциалов с де­ кад счетчика, то вся цепь индикации будет работать аналогично тому, как только что было рассмотрено.

Схемная реализация выходных усилителей дешифратора и анодных формирователей будет рассмотрена ниже.

Для двухразрядных десятичных счетчиков возможно построе­ ние подобных цепей индикации без применения анодных клю­ чей. Соответствующая схема приведена на рис. 50, б. На аноды двух цифровых ламп подаются сдвинутые на полпериода два однополупериодных выпрямленных напряжения (аналогично тому, как это было сделано в двуханодном индикаторе рис. 49). В такт с этими напряжениями переключаются наборы ключей НК1 и НК2, пропускающие на дешифратор DC сигналы то с од­ ной, то с другой декады счетчика. В результате одним дешифра­ тором обеспечивается высвечивание цифр двух десятичных раз­ рядов счетчика.

Наборы ключей, условно показанные на рис. 50, б\, в дейст­ вительности могут представлять собой единую логическую цепь, построенную, например, на ячейках «И — ИЛИ — НЕ». Пример подобной цепи приведен на рис. 50, в. Инверсные сигналы с триг­

геров первой декады QE—Q41 и второй декады Qi2—Q42 по­ даются на входы схем «И — ИЛИ — НЕ», на вторые входы ко­

102

с декады СТ10-1, а при pi = 0 и р2= 1— прямому коду с декады СТ10-2. Действительно, для первого разряда Qi = Qjpi +

Jr'Q\pz=Q\Pi + Q\P2 При условии, ЧТО Р2 = р1 -

При построении цепей индикации состояний десятичных счет­ чиков находят также применение методы фазо-импульсной инди­ кации.

Фазо-импульсные цепи индикации могут быть построены, на­ пример, так, как показано на рис. 51, а. Опорная декада СТ10-0 и дешифратор DC обеспечивают непрерывную подачу сдвинутых во времени отрицательных импульсов одновременно на одно­ именные катоды всех цифровых ламп. Причем вначале пояз-

Рис. 51. Структуры устройств динамической фазо-импульсной инди­ кации состояний многоразрядных десятичных счетчиков

ляется импульс на девятых катодах, потом на восьмых, потом на седьмых и т. д. Импульсы опроса подаются также на входы всех декад счетчика. При переполнении декады присоединенный к ее выходу формирователь анодного импульса F1—F3 возбуж­ дается и вырабатывает положительный импульс. В лампе вспы­ хивает цифра, соответствующая тому катоду, на который подан в этот момент отрицательный импульс. Нетрудно убедиться, что высвечиваемая цифра будет соответствовать числу, исходно за­ писанному в декаде счетчика.

В фазо-импульсной цепи индикации повышенные требования предъявляются к нагрузочной способности формирователей ка­ тодных импульсов, поскольку, во-первых, импульсы тока через лампы имеют скважность, равную десяти, и, следовательно, большую амплитуду и, во-вторых, возможно совпадение импуль­ сов тока во всех цифровых лампах.

Рис. 51, а проиллюстрировал применение так называемого метода досчета при построении фазо-импульсных цепей индика­ ции [19]. На рис. 51,6 показан принцип построения цепи фазо­ импульсной индикации с применением другого. метода, назван­ ного в [19] методом компарации.

103

В цепи индикации на рис. 51,6 введены три схемы совпаде­ ния кодов ССК, запускающие формирователи анодных импуль­ сов F1—F3 тогда, когда коды в соответствующей декаде счет­ чика (СТ10-1—СТ10-3) и в опорной декаде СТ10-0 оказываются равными. Дешифратор непрерывно подает отрицательные им­ пульсы вначале на первые катоды всех цифровых ламп, потом на вторые, потом на третьи и т. д. В момент совпадения соответ­ ствующего катодного импульса с положительным импульсом на аноде в лампе высвечивается цифра, показывающая число, за­ писанное в соответствующей декаде счетчика.

Рис. 52. Пример схемной реализации анодного и катод­ ного формирователей, подающих импульсы на цифро­ вую газоразрядную лампу в устройствах динамической индикации

Преимущество метода компарации (рис. 51, б) заключается в том, что в нем не требуется производить переключение вход­ ных цепей декад счетчика, в то время как в методе досчета (рис. 51, а) в период индикации цепи переноса между декадами отключаются и на их входы подаются импульсы опроса.

Примеры схемной реализации анодного и катодного форми­ рователей, пригодных для любого из описанных методов дина­ мической индикации, показаны на рис. 52. Оба формирователя

что входные импульсы на него подаются через разделительный конденсатор С1 (0,05 мкф). Эмиттерный повторитель, выполнен­ ный на транзисторе КТ315, увеличивает входное сопротивление формирователя. Диод Д1 улучшает передачу отрицательного фронта входного импульса. Диод Д2 ограничивает величину на­ пряжения отрицательного смещения на базе транзистора П308.

104

На анод индикаторной лампы через резистор сопротивле­ нием 68 ком подано постоянное напряжение +100 в и одновре­ менно через конденсатор емкостью 0,033 мкф подаются им­ пульсы с формирователя, выполненного на транзисторе МП26Б. Указанные на схеме величины емкостей рассчитаны на частоту опроса 10—20 кгц и скважность 10. При этом средний ток через лампу устанавливается на уровне 1 —1,5 ма, что обеспечивает достаточно яркое свечение индикатора.

Глава восьмая

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

22. Формирователи импульсов

Формирователи импульсов типа триггера Шмитта на основе ИС могут быть построены по классическим схемам, аналогич­ ным схемам, реализуемым на дискретных элементах. При этом1

Рис. 53. Схемы формирователей прямоугольных импульсов на основе логических ИС

могут использоваться как готовые триггеры Шмитта, содержа­ щиеся в некоторых сериях ИС, так и составляться цепи с ча­ стичным использованием навесных элементов.

На рис. 53, а показана схема триггера Шмитта [44], в кото­ ром применены инверторы, входящие в серию логических тран­ зисторно-транзисторных интегральных схем (например, в се­ рию К155). Положительная обратная связь между инверторами обеспечивается за счет резистора R1 сопротивлением 22 ом, включенного в цепь питания, в провод, соединяющий ИС с от­ рицательным заземленным зажимом источника питания. Для увеличения влияния цепи обратной связи ток через второй ин­ вертор увеличивается путем включения между его выходом и положительным зажимом источника питания навесного ре­ зистора R2. Подобный формирователь на ИС типа К1ЛБ553 удовлетворительно работает до частоты порядка 5 Мгц> при

105

подаче на вход синусоидального напряжения с амплитудой 0,5— 5 в. Поскольку в этом формирователе (рис. 53, а) ток включен­ ного инвертора протекает через резистор R1, то уровню нуль на выходе формирователя соответствует некоторое положитель­ ное напряжение. Величина этого напряжения невелика и может не повлиять на работу последующих цепей. Однако, если тре­ буется, можно осуществить смещение выходного напряжения, снимая, например, его с выхода формирователя через эмиттерный повторитель, выполненный на п — р — /г-транзисторе.

В формирователе, показанном на рис. 53,6, положительная обратная связь вводится путем включения резистора между выходом второго инвертора и входом первого. Входное напря­ жение в этом формирователе подается через дополнительный резистор (470 ом на рис. 53,6), сопротивление которого также влияет на глубину положительной обратной связи. Увеличе­ ние сопротивления этого резистора увеличивает коэффициент положительной обратной связи и уменьшает чувствительность формирователя к входному напряжению. Диоды, подключенные ко входу первого инвертора в формирователях рис. 53, ограни­ чивают величину напряжения, приложенного к этому входу.

Наряду с использованием традиционной схемы возможно также построение узлов, выполняющих функцию триггера Шмитта, по принципам, характерным для интегральной элек­ троники. Возможный вариант подобного формирователя показан

тельный усилитель улучшает фронты формируемого напряже­ ния и переключает триггер, с выходов которого снимаются сформированные прямоугольные импульсы.

Формирователи коротких импульсов типа одновибратора

(«укоротители» импульсов) можно строить, используя усили­ тельные свойства инверторов. На рис. 54, а приведена схема одновибратора, построенного на основе двух ячеек «НЕ—И». Вход S в этом устройстве предназначен для управления работой формирователя, и исходно на него подается сигнал единица. На входы второго инвертора формирователя поданы взаимно-ин­ версные сигналы со входа и выхода первого инвертора, поэтому в статическом режиме сигнал на выходе устройства всегда ра­ вен единице. Сигнал нуль на выходе второго инвертора появля­ ется только в том случае, когда сигнал на входе первого ин­ вертора переходит из нуля в единицу. При этом, пока проис­ ходит переключение первого инвертора, на оба входа второго будет подан сигнал единица. Длительность выходного импульса формирователя можно увеличивать, увеличивая время переклю­ чения первого инвертора присоединением к его выходу навес­

106

Подобный формирователь может быть, очевидно, построен также и на основе ячеек «НЕ—ИЛИ» (рис. 54, б). Формиро­ ватель по рис. 54, б вырабатывает на выходе положительный импульс при переходе входного сигнала с уровня единица на уровень нуль. Для увеличения длительности выходного им­ пульса к выходу первого инвертора подключена интегрирую­ щая ДС-цепь.

Длительность выходного импульса одновибратора можно также увеличивать, включая несколько инверторов между вхо­ дом устройства и одним из входов выходного инвертора

Рис. 54. Схемы формирователей коротких импульсов на основе логических ИС

(рис. 54, в). Необходимо только помнить, что количество этих инверторов должно быть нечетным.

Более крутые фронты выходного импульса обеспечивает одновибратор на основе тактируемого фронтом 5Д-триггера (воз­ можно также применение триггера типа D или JK) (рис. 54, г ) . Перепад единица — нуль на тактовом входе триггера устанав­ ливает его в состояние единица. Однако при этом на выходе дополнительного инвертора, подключенного к инверсному вы­ ходу триггера, появляется сигнал единица, который, воздейст­ вуя на установочный вход R0 триггера, возвращает его в со­ стояние нуль.

Интересная схема формирователя коротких импульсов по­ казана на рис. 55, а [44]. Из диаграмм рис. 55, б, поясняющих работу формирователя, видно, что в данном случае перепад нуль — единица на входе приводит к появлению на выходе (точка Ь) отрицательного импульса, длительность которого равна устроенной средней задержке распространения сигнала, характерной для примененных инверторов.

Удвоитель частоты входных импульсов показан на рис. 56, а [44]. Здесь на входы цепи логической равнозначности поданы входные импульсы и их инверсия, несколько задержанная во

107