книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

то коллекторный ток нарастает по экспоненте до значения / к п . Дли­ тельность положительного фронта ^+ф определяется из уравнения заряда базы [141]

заряда в базе. В течение времени рассасывания неосновных носите­

Транзистор в этой стадии работает в активном режиме, и ток кол­ лектора уменьшается пропорционально заряду от / к = / К н до / к = 0.

Время отрицательного фронта

388

Переходные процессы ключа в действительности развиваются сложнее, так как необходимо учитывать влияние коллекторной ем­

мулы являются достаточно точными, тем более что при выборе зна­ чений т и т н могут быть допущены погрешности.

Схемы логических блоков. В аналоговых и цифровых вычисли­ тельных устройствах логические схемы служат для преобразования двоичных сигналов. В аналоговых устройствах двоичные сигналы

Рис. 177. Диодные схемы для выполнения логических операций «И» и «ИЛИ»

используются в качестве управляющих переменных. В цифровых устройствах все переменные представлены в двоичной системе счис­ ления.

Логические схемы обычно используются для выполнения опера­ ций «И», «ИЛИ», «НЕ». Сигнал на выходе схемы «И» появится, если на всех его входах присутствуют входные переменные. Сигнал на выходе схемы «ИЛИ» появится, если хотя бы на одном из его

рис. 177, а приведена диодная схіема, выполняющая операцию «И». Двоичные переменные 0 и 1 представлены соответственно уровнями

589

схемы соответствует нулевому уровню. За счет нулевого сопротив­

и напряжение на выходе соответствует единичному уровню. Однако

Максимально допустимое число входов п можно определить из фор­ мулы (509)

При отсутствии сигналов на всех входах сигнал на выходе ра­ вен нулю.

Синхронизация работы импульсных схем обычно производится с помощью генератора тактовых импульсов. В этом случае необхо­ димо предусмотреть в логической схеме «И» еще один вход, на ко­ торый поступают тактовые импульсы, тогда выходные сигналы фор­ мируются в моменты времени, заданные передним и задним фрон­ тами тактовых импульсов. Длительность переходных процессов в логических схемах определяется теми же параметрами, что и в клю­ чевых схемах. Практически длительность тактовых импульсов долж­ на быть в 5—10 раз больше постоянной времени Г, определяющей скорость нарастания фронта импульса

Т = Сп — ,

R + Roi

где С п — паразитная емкость, определяемая параметрами нагрузки и монтажом.

На практике широко распространены транзисторные логические схемы. Они являются более экономичными по сравнению с диодны-

390

ми, так как не ослабляют входной сигнал. На рис. 178, а приведена схема операции «НЕ». Роль логического элемента «НЕ» выполняет транзисторный ключ. Если на входе такого элемента сигнал отсутст­ вует, то транзистор заперт и на его выходе напряжение соответству­ ет единичному уровню (отрицательный потенциал « — Е ) . Если на вход схемы подать отрицательный потенциал, то транзистор от-

ся при отсутствии сигналов на всех ее входах. Если выход схемы по­ дать на элемент «НЕ», то общая схема будет выполнять опера­ цию «И».

Параллельное соединение транзисторов образует логическую схему «НЕ—ИЛИ» (рис. 178, б). Логическую схему «ИЛИ» можно получить, соединив выход данной схемы с элементом «НЕ».

При импульсном управлении транзисторными логическими схе­ мами переходные процессы рассчитываются так же, как в транзис­ торных ключах, которые уже рассматривались выше [141, 159].

391

Релаксационные схемы с двумя устойчивыми состояниями. При построении различных вычислительных устройств находят широкое применение релаксационные схемы с двумя устойчивыми состояния­ ми. К релаксационным схемам относятся триггерные схемы и схемы мультивибраторов.

Триггерные схемы используются как быстродействующие запо­ минающие элементы для хранения одной двоичной единицы, а так-

Рис. 179. Схемы симметричных транзисторных триггеров:

а — с разделенными входами; б — со счетным запуском

же для управления ключевыми и логическими схемами. На рис. 179, а приведена схема симметричного транзисторного триггера. На­ личие положительной обратной связи приводит к тому, что триггер всегда находится в одном из устойчивых состояний — когда один транзистор, например Ти полностью открыт, а второй, например 72 , полностью закрыт. Промежуточное состояние является неустойчи­ вым. Предположим, что имеет место состояние, при котором через оба транзистора протекают равные коллекторные токи / к і и /ь-г- При

392

этом в реальной схеме из-за наличия флуктуации в какой-то момент один из токов увеличится на небольшую величину, пусть, например,

ра Т2, что приведет к возрастанию потенциала коллектора Т2, а сле­ довательно, к дальнейшему увеличению тока / к і . Этот процесс, раз­ виваясь лавинообразно, приведет к тому, что транзистор 7\ полно­ стью откроется, а Т2 закроется. Для переключения схемы в другое

открытое состояние другого [42]. Для определенности будем считать,

где / к о max — максимальное значение теплового тока.

Величину смещения выбирают, исходя из требований к переход­ ному процессу. Поэтому, чтобы не вызвать глубокого запирания, за­ даются: Ее, < 0,2£к -

Необходимо учитывать, что быстродействие триггера зависит от

393

Для обеспечения максимального быстродействия необходимо выби­ рать сопротивление R K с учетом граничной частоты транзистора и схемы запуска триггера. Расчет динамических параметров тригге­ ра основан на рассмотрении переходных процессов в транзисторных ключах. Обычно триггеры управляются большими запускающими сигналами, поэтому расчет переходных процессов сводится к расче­ ту переходных процессов в системе двух ключей без обратной свя­ зи [42, 141].

Переключение (запуск) триггера может осуществляться двумя способами. В первом способе переключение триггера осуществляет­ ся либо подачей спусковых импульсов одинаковой полярности пооче­ редно на базу каждого из транзисторов, либо подачей импульсов чередующейся полярности на базу одного и того же транзистора (см. рис. 179). Этот режим называется режимом разделенных вхо­ дов. Во втором режиме, режиме счетного входа спусковые импуль­ сы одной и той же полярности подаются одновременно через разде­ лительные конденсаторы и диоды на базы или коллекторы обоих транзисторов (рис. 179,6). При счетном запуске наличие форсирую­ щих конденсаторов С является принципиально необходимым. В этом случае они не только способствуют ускорению переходного процес­ са, но и «запоминают» предыдущее состояние триггера и тем самым обеспечивают правильное переключение. Если запуск осуществляет­ ся на базы транзисторов, то длительность запускающих импульсов должна выбираться так, чтобы обеспечить надежное переключение триггера (при недостаточной длительности может не успеть запе­ реться открытый транзистор, при слишком большой длительности резко ухудшается длительность фронта на коллекторе отпирающе­ гося транзистора). Подробный расчет триггерных схем в статиче­ ском и динамическом режимах приведен в работах [42, 141].

В различных схемах вычислительных устройств применяются мультивибраторы, которые являются релаксационными генератора­ ми импульсов прямоугольной формы. Они также применяются в ка­ честве автоматических переключателей. Различают два режима ра­ боты мультивибраторов — автоколебательный и ждущий. В автоко­ лебательном режиме мультивибраторы обычно имеют симметрич­ ную схему (рис. 180, а ) . В отличие от триггера в этой схеме не суще­ ствует устойчивого состояния равновесия. Схема находится в одном из устойчивых состояний в течение определенного промежутка вре­ мени, пока происходит разряд емкости, подсоединенной к базе за­ крытого транзистора (например, емкости С2 ) через проводящий транзистор 7V По мере разряда емкости положительное напряже­

394

в течение которого происходит разряд емкости, определяет постоян­ ную времени релаксации. В условиях малого изменения температур для определения постоянных времени релаксации можно пользо­ ваться приближенными формулами:

Г ^ с у ^ In (l H - ^ ) ;

7 V ^ C , K 6 1 l n ( l + ^ - ) .

\ Ей j

Расчет параметров мультивибратора дан в работах [42, 141].

•л.

о

Рис. 180. Схемы мультивибраторов:

а— симметричного транзисторного; б — заторможенного

Вждущем режиме мультивибратор имеет одно устойчивое со­ стояние. Под действием запускающего сигнала схема из исходного устойчивого состояния переходит в квазиустойчивое и самостоятель-

395

но возвращается в исходное состояние (рис. 180,6). В исходном со­ стоянии транзистор Ті открыт. Запуск схемы осуществляется пода­ чей на базу транзистора Т2 отрицательного импульса или положи­ тельного импульса на базу транзистора 7Ѵ

Время, в течение которого схема находится в квазиустойчивом состоянии, равно длительности импульса на выходе заторможенно­ го мультивибратора. Длительность импульса на выходе схемы оп­ ределяется процессом перезаряда емкости С2 , т. е.

Следующий запускающий импульс можно подавать после того, как напряжение на емкости С2 станет равным исходному значению. Это время называется временем восстановления схемы

Запускающий импульс должен быть достаточно коротким, и его влияние на происходящие в схеме процессы после начала опрокиды­ вания не учитывается.

Расчет и разновидности схем идущих мультивибраторов приве­ дены в работах [42, 141].

Счетчики импульсов. Счетчики импульсов применяются для под­ счета числа импульсов, а также для их распределения и преобразо­ вания. Широкое применение нашли счетчики импульсов в триггерных схемах, которые можно разделить на двоичные, десятичные

иреверсивные [147, 100, 144].

Всхемах двоичных счетчиков все триггеры соединяются последо­ вательно. Для п последовательно соединенных триггеров емкость счетчика N будет равна N = 2™.

На рис. 181, а приведена блок-схема двоичного счетчика для под­ счета N импульсов. Импульсы поступают на счетный вход первого триггера. Выход первого триггера подсоединен к счетному входу второго триггера и т. д. до п-го триггера. Работу схемы можно пояс­ нить циклограммой, приведенной на рис. 181,6. Триггер перебрасы­ вается из одного положения в другое при поступлении каждого сле­ дующего импульса. На циклограмме «0» и «1» представлены уров­

нями напряжения. Когда триггер 7\ переходит из положения «1» в положение «0», положительный импульс поступает на вход тригге­ ра 7*2, и он изменяет свое состояние. Переброс триггера из положе­

число импульсов, поступивших на вход счетчика в двоичной системе счисления. Как видно из циклограммы, каждое двоичное число опи­ сывает состояние всех триггеров в данный момент времени. На триг­ гере Ті записан младший разряд числа, на триггере Т2 — второй от начала и т. д. Индикацию состояния каждого триггера можно осу­ ществить с помощью неоновых лампочек, подключенных к одному

396

из выходов каждого триггера. Кроме того, число импульсов, посту­ пивших на счетчик, можно определить по показаниям миллиампер­ метра, если выход каждого триггера через сопротивление опреде­ ленной величины подключить к миллиамперметру.

Значительное распространение получили десятичные счетчики. Преимущество десятичных счетчиков заключается в удобстве счи-

Л Л Л Л А К А А

ö

іывания показаний, так как десятичная система является более при­ вычной.

Десятичные счетчики состоят из последовательного соединения одинаковых блоков-декад. Первая декада отсчитывает число им­ пульсов до девяти, при поступлении десятого импульса производит­ ся сброс показаний до нуля в первой декаде и поступает импульс во вторую декаду. Вторая декада отсчитывает десятки импульсов, третья — сотни и т. д. Декады можно строить из четырех триггеров или из десяти по кольцевой схеме [147, 100].

397