книги из ГПНТБ / Коган В.С. Телеграфия и основы передачи данных учебник

на значительную величину 2Вг (от + ВГ до —Вг). Соответственно изменяется и магнитный поток, а, поскольку выходное напряжение пропорционально изменению магнитного потока, в выходной обмот­ ке возникает импульс напряжения. Если же не было произведено записи единицы, магнитная индукция изменяется на незначитель­ ную величину (Вт—Вг) и импульс в выходной обмотке практиче­ ски отсутствует. Временная диаграмма работы магнитного элемен­ та показана на рис. 4.3в, а его условное обозначение — на схемах на рис. 4.3г. Точками на рис. 4.3а обозначены начала обмоток. При-

Рис. 4.3. Магнитный элемент:

а) схема; 6) петля гистерезиса; в) временные диаграммы; г) условное обозначение

нято, что направление тока от начала обмотки к концу переводит сердечник в состояние «О», а обратное направление тока — в со­ стояние «1». Точка на выходной обмотке обозначает, что наводи­ мая в ней эдс будет иметь плюс на конце обмотки с точкой, если ток (записи или считывания) протекает от начала к концу обмот­ ки. Показанные на условном изображении сердечника 1 и 0 указы­ вают на те состояния сердечника, в которые стремятся установить его импульсы записи и считывания. Символ 0 у выходной обмотки указывает на то, что сигнал «1 » на выходе будет в том случае, ког­ да сердечник перемагничиваетея в состояние «О».

4.4.ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Втелеграфном оборудовании и аппаратуре передачи данных широкое распространение получили логические схемы, управляю­ щие работой электронных и электромеханических устройств. Ло­ гические схемы осуществляют преобразование логических перемен­ ных, принимающих два значения — 0 и 1. Этим переменным могут соответствовать следующие электрические сигналы: 1 ) высокий или низкий уровень напряжения, 2 ) отсутствие или наличие им­ пульса.

80

В первом случае логические схемы называются потенциальны­ ми, а во втором — импульсными. Если часть переменных отобра­ жается импульсами, а часть потенциалами, то схемы носят назва­ ние импульсно-потенциальных. В дальнейшем будем считать, что логической единице соответствует либо высокий потенциал, либо наличие импульса, а логическому нулю — либо низкий потенциал, либо отсутствие импульса.

К элементарным логическим схемам относятся схемы, реали­ зующие операции логического сложения (схема ИЛИ), логическо­ го умножения (схема И или схема совпадения) и логического от­ рицания (схеме НЕ). Логические схемы могут выполняться на диодах, транзисторах, магнитных элементах, электромагнитных реле.

Схема НЕ изменяет логический 0 на 1 либо 1 на 0. Потенциаль­ ная схема НЕ обычно выполняется в виде транзисторного переклю­ чателя ('рис. 4.2в). При наличии на входе низкого потенциала тран­ зистор заперт, а на входе имеется высокий потенциал. Если на вход подается высокий отрицательный потенциал, транзистор вхо­

ного поля равна нулю. Поэтому при считывании сигнала на вы­ ходе не будет. Временная диаграмма работы схемы показана на рис. 4.46, а условное обозначение схемы НЕ — на рис. 4.4в.

Схема ИЛИ реализует следующую логическую функцию. Еди­ ница на выходе появляется в том случае, если хотя бы на одном входе есть единица. Схемы Е1ЛИ, выполняемые на диодах, могут

81

быть импульсными и 'потенциальными, а на магнитных элемен­ тах— только импульсными. Схема ИЛИ на два входа на диодах для положительных входных сигналов показана на рис. 4.5а.

Y

Рис. 4.5. Логическая схема ИЛИ

При появлении на одном входе, например Xi, этой схемы высо­ кого потенциала диод Д 1 открывается и на выходе появляется вы­ сокий потенциал. Если на входе х2 имеется низкий потенциал, то диод Дз будет заперт и отключит источник низкого напряжения от выхода.

При использовании для создания схемы ИЛИ магнитного эле­ мента (рис. 4.56) в одну из обмоток, или х2, записывается 1 и далее импульсом считывания сердечник переводится в состояние «О». Если хотя бы по одному входу была записана 1, то на выходе появляется импульс, если нет — импульс на выходе отсутствует. Условное обозначение схемы ИЛИ представлено на рис. 4.5в.

В схеме И 1 на выходе появляется в том и только в том случае, если на всех входах устройства действует 1. На рис. 4.6а показана схема И на диодах для положительных входных сигналов, на рис. 4.66 — на магнитном элементе. На рис. 4.6в приведено услов­ ное обозначение схемы. Во всех случаях рассматривается схема И на два входа. В схеме на рис. 4.6а напряжение Е0 лежит между высоким и низким уровнями входного сигнала. В этом случае, если на входах xi и х2 имеется высокий потенциал, то диоды Д 4 и Д2 заперты и на выходе схемы получается также высокий потенциал. Если хотя бы один из сигналов отсутствует, например Xi (низкий уровень напряжения на входе), то диод Д 1 открывается, напряже­ ние Еа через источник этого сигнала оказывается закороченным на землю. На выходе при этом получается низкий потенциал, диод Д2 закрывается и отключает источник с высоким уровнем от выхода.

В схеме И на магнитных элементах используются два сердеч­ ника, выходные обмотки которых включены встречно. Если дей­ ствует сигнал только на входе Xi, то оба сердечника переходят в состояние «1». При подаче импульса считывания токи в выход­ ных обмотках сердечников компенсируют друг друга и сигнал на выходе отсутствует. Если действует сигнал только на входе х2, то оба сердечника остаются в состоянии «О» и сигнала на выходе также нет. Если же сигнал подан на оба входа, то первый сердеч­

82

ник переходит в состояние «1 », второй остается в состоянии «О», так как сигналы Xi и хг в обмотках записи компенсируют друг друга. В этом случае при подаче импульса считывания на выходе появится сигнал.

Диодные логические схемы могут строиться и для отрицатель­ ных потенциалов. При этом необходимо лишь изменить полярности включения диодов и источников напряжения.

$

Рис 4.6. Логическая схема И

Рассмотренные выше логические диодные схемы обладают ря­ дом недостатков. В частности, каждая из схем уменьшает перепад напряжения между высоким и низким уровнями сигнала, поэтому последовательное соединение большого числа таких схем оказывается невозмож­ ным. Диодные логические схемы не поз­ воляют иметь большое число входов и обладают плохой нагрузочной способно­ стью. Перечисленные недостатки приве­ ли к тому, что в настоящее время диод­ ные логические схемы практически ис­ пользуются лишь в комбинации с тран­ зисторным переключателем, который усиливает сигнал с выхода диодной ло­ гической схемы и выполняет операцию логического отрицания.

Диодно-транзисторная логическая схема показана на рис. 4.7. Она состоит из диодной схемы И, отличающейся от разобранной выше тем, что работает от отрицательных входных сигналов и тран­

83

зисторного переключателя. Такая схема носит название И—НЕ. Схемы И, ИЛИ, НЕ образуют систему элементарных логических схем. Используя их, можно строить другие логические схемы, осу­ ществляющие более сложные логические операции. В качестве' примера рассмотрим образование схемы ЗАПРЕТ, называемой так­ же схемой НЕТ. Схема НЕТ должна иметь два входа: сигнальный и запрещающий. Если есть сигнал и нет запрета, то на выходе появляется сигнал. При поступ­ лении импульса запрета сигнал на выходе должен отсутствовать.' Схема, реализующая операцию запрета, показана на рис. 4.8.

Она содержит схему НЕ, на ко­ торую подается импульс запре­ та, и схему И на два входа. На один вход схемы И подается сиг­ нал, а на другой — инвертиро­ ванный импульс запрета. Если импульс запрета отсутствует, то на выходе переключателя — вы­ сокий потенциал, диод Д2 заперт и при поступлении импульса сиг­ нала на выходе схемы НЕТ так­

же появляется сигнал. Если появляется сигнал запрета, то транзи­

реключателей. Выход первого переключателя соединен со входом второго, а выход второго — со входом первого. Благодаря этому образуется положительная обратная связь и триггер может нахо­ диться в одном из двух устойчивых состояний: либо Ti заперт, а Т2 насыщен — состояние «О», — либо Т2 заперт, а Т4 насыщен — состояние «1». Триггер имеет два выхода — коллекторы Ti и Т2 — и два входа — базы Ti и Т2. Переход из одного устойчивого состоя­ ния в другое осуществляется под действием входного сигнала, ко­ торый называется импульсом запуска. Различают раздельный за­ пуск триггера, когда однополярные импульсы запуска подаются поочередно на оба входа триггера или двухполярные импульсы — на один вход, и счетный запуск, когда однополярные импульсы запуска подаются одновременно на оба входа.

Рассмотрим принцип работы триггера. После включения пита­ ния вследствие некоторого разброса параметров транзисторов Ti

84

и Т2 и элементов схемы ток в базовой цепи одного из них, 'напри­ мер Ti, нарастает быстрее, чем в базовой цепи То. Поэтому ток коллектора Ti увеличивается, а напряжение на его коллекторе по абсолютной величине уменьшается. Это изменение напряжения по

Рис. 4.9. Триггер с раздельным запуском

по абсолютной величине. Увеличение напряжения на коллекторе Т2 по цепи обратной связи i?iCi передается на базу Т\ и вызывает еще больший рост базового тока Ti и т. д. Мы видим, что причи­ н а — увеличение базового тока Ti — вызывает следствие — рост этого же тока. В этом и проявляется действие положительной об­ ратной связи. Процесс нарастания коллекторного тока Ti и умень­ шения коллекторного тока Т2, называемый регенеративным процес­ сом, происходит за время порядка единиц микросекунд и оканчи­ вается, когда Т2 переходит в режим отсечки. При этом элементы схемы триггера выбираются таким образом, что транзистор Ti пе­ реходит в режим насыщения. Запертое состояние Т2 поддерживает­

85

ся источником £>>, а насыщение Т4 обеспечивается высоким отри­ цательным потенциалом с коллектора Т2. Такое 'состояние может

сохраняться довольно долго.

Для переключения (опрокидывания) триггера в состояние «О» необходимо или вывести Ti из режима насыщения или Тг из ре­ жима отсечки. Это осуществляется подачей либо отрицательного импульса на базу Т2, либо положительного импульс на базу 7Т. Пусть на базу Tt подан положительный импульс. При этом тран­ зистор Т1 выходит из режима насыщения, напряжение на его кол­ лекторе увеличивается и благодаря этому Т2 выходит из режима отсечки. Далее описанный выше регенеративный процесс повто­ ряется в обратном направлении, т. е. коллекторный ток Ti умень­ шается, а Т2 увеличивается. В результате Ti переходит в режим отсечки, а Тг— в режим насыщения. Возникает новое устойчивое состояние, в котором Ti заперт, а Т2 насыщен. Это устойчивое со­ стояние поддерживается за счет источника Еб и высокого отрица­ тельного потенциала на коллекторе Т2.

Для нового переключения триггера необходимо подать либо отрицательный импульс на базу Ti, либо положительный импульс на базу Т2. Если на базу Ti (или Т2) подаются поочередно разнополярные импульсы, то получается схема раздельного запуска по одному входу, если импульсы одной полярности подаются пооче­ редно на входы Ti и Та, то такая схема носит название схемы раз­ дельного запуска по двум входам.

Выходными сигналами триггера является изменение напряже­ ния на коллекторах Т и Т2 при переключении триггера из состоя­ ния «1» в «О» и наоборот. Так как при этом транзистор переходит из режима насыщения в режим отсечки, то напряжение на выходе изменяется от нуля до напряжения порядка 0,8-у0,9 Ек. Неболь­ шое отличие напряжения наколлекторе запертого транзистора от

дятся в противофазе. Временные диаграммы работы триггера при раздельном запуске по одному входу и условное обозначение этой схемы приведены на рис. 4.96 и в, а диаграммы работы по двум входам и условное обозначение этой схемы — на рис. 4.9г и д. Вре­ менные диаграммы даны без учета переходных процессов при за­ пуске триггера.

В условном обозначении триггера с раздельным запуском по двум входам различают входы установки 1 и установки 0 основной и инверсный выходы. При подаче импульса запуска на вход Уст.«1» (1 на рис. 4.96) единица (высокий потенциал) появляется на основ­ ном выходе, а на инверсном — 0 (низкий потенциал). Если импульс подан на вход Уст.«0», (0 на рис. 4.9(3), то на основном выходе возникает 0, а на инверсном— 1. Триггер с раздельным запуском используется для запоминания двоичного сигнала. Если в некото­ рый момент времени на вход Ует.«1» подан импульс, отображаю­

86

щий наличие 1 в двоичном числе, то триггер устанавливается в со­ стояние «1 », и это состояние хранится как угодно долго.

Схема симметричного триггера с управляемым счетным запус­ ком представлена на рис. 4.10а. Применение управляемого счет­ ного запуска вызвано тем, что при счетном запуске импульс за­ пуска поступает одновременно на оба транзистора, препятствуя-

правильному переходу схемы. Благодаря применению управляемо­ го запуска счетный запуск сводится к раздельному по двум входам. Рассмотрим работу схемы. Цепь управления запуском состоит из диодов Дл и Д2, а также из резисторов РД 1 и Rfl2. Диод Д 1 подклю­ чен параллельно переходу база—коллектор Ti, а диод Д2— парал­ лельно переходу база—коллектор Т2. Предположим, что в исход­ ном состоянии Ti насыщен, а Т2 находится в режиме отсечки. При этом диод Д 1 будет открыт, так как переход база—коллектор насы­ щенного транзистора включен в прямом направлении, а диод Д2 заперт отрицательным напряжением на коллекторе Т2. Импульс за­ пуска положительной полярности поступит на базу Ц через откры­ тый диод Д 1 и не попадет на базу так как диод Д2 заперт. Про­ изойдет переброс схемы, в результате чего сменится состояние транзисторов: теперь Т2 насыщен, a Ti находится в режиме отсечки. Следовательно, диод Д 1 заперт, а Д2 открыт. Следующий импульс запуска через диод Д2 попадет на базу Т2 и вызывает новый пере­ брос схемы. Таким образом триггер с-управляемым счетным запус­ ком меняет состояние от импульсов, подаваемых одновременно на оба входа схемы. Временная диаграмма работы триггера без учета переходных процессов показана на рис. 4.106, а его условное обо­ значение— на рис. 4.10е.

Триггер со счетным запуском применяется для операции сум­ мирования по модулю 2 , которая осуществляется но правилу:

0 ® 0 = 0

0 0 1 = 1

1 0 0 = 1

1 0 1 = 0.

87

Пусть состояние триггера в данный момент времени отобра­ жается первой цифрой равенств, приход импульса запуска — вто­ рой цифрой, а цифра после знака равенства говорит о состоянии триггера после прихода импульса запуска. Если триггер находится в состоянии «О», то с приходом импульса запуска он перебрасы­ вается в состояние «1 », если же он находится в состоянии «1 », то перебрасывается в состояние «О» (вторая и четвертая строки пра­ вила). Если же импульс запуска не приходит, триггер остается в прежнем состоянии (первая и третья строки правила).

Одновибратор с коллекторно-базовыми связями

Схема одновибратора дана на рис. 4.11а, временная диаграмма его работы — на рис. 4.116. Одновибратор может быть получен из триггера после замены резистора R2 на емкость С и подключения резистора R&2 к источнику 5)

реход из устойчивого в квазиустойчивое состояние осуще­ ствляется при воздействии импульса запуска. Находясь в квазиустойчивом состоянии, одновибратор генерирует импульс, дли­ тельность ta и амплитуда которого определяются элементами схе­ мы одновибратора, после чего возвращается в устойчивое состоя­ ние. Таким образом при подаче на вход одновибратора последо­ вательности запускающих импульсов одновибратор выдает серию импульсов, период следования которых Тп определяется периодом следования запускающих импульсов, а длительность и амплиту­ да — элементами схемы одновибратора.

Рассмотрим работу схемы. !В исходном устойчивом состоянии Ti заперт за счет источника Еб, а Т2 насыщен за счет протекания

88

зультате которого Ti переходит в режим насыщения, а Тг — в ре­ жим отсечки. При этом напряжение на выходе становится равным (0,8-н0,9) £ к, аналогично тому, как это было в триггере, и поддер­ живается постоянным в течение всего квазиустойчивого состояния. В возникшем состоянии режим насыщения Т4 поддерживается за счет высокого отрицательного потенциала на коллекторе Тг, а за­ пертое состояние Тг — за счет напряжения на емкости С, которая через насыщенный транзистор Ц включена между базой и эмитте­ ром Тг. Полярность напряжения на емкости С такова, что плюс подключен к базе, а минус — к эмиттеру Тг. В квазиустойчивом состоянии емкость С разряжается по цепи: сопротивление Rez, ис­ точник Ек, насыщенный транзистор Ti. Цепь разряда емкости по­ казана пунктиром на рис. 4.11а. Как только в процессе разряда напряжение на емкости станет равным нулю, Тг открывается и про­ исходит переброс одновибратора в исходное устойчивое состояние и напряжение на выходе становится снова равным нулю. Далее емкость С заряжается по цепи: +ЕК, переход база—эмиттер Тг, емкость С, резистор RKu —Ек. После окончания заряда емкости одновибратор готов к приему следующего импульса запуска. Та-

г

-61

6)

Пь

Рис. 4.12. Упрощенная схема измерения вибрации. телеграфного реле

89