книги из ГПНТБ / Белицкий В.И. Коммутаторы каналов радиотелеметрических систем учебное пособие

31

При проектировании полупроводниковых распределителей им­ пульсов обычно задаются следующие исходные данные:

Расчет матричного распределителя может быть произведен в следующем порядке:

1.Определение числа триггерных ячеек.

2.Составление функциональной схемы матрицы.

3. Расчет триггера.

4.Расчет матрицы.

§ I . I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТРИГГЕРНЫХ ЯЧЕЕК

Число выходов распределителя импульсов в матричной схеме определяется выражением

герных ячеек обратных связей.

Известно, что обратные связи, введенные в переечетную схе­ му, могут изменить коэффициент пересчета [4] . Например, на рис.1.5 приведена цепочка из трех триггеров, в которой коэффи­ циент пересчета уменьшен с 8 до 5.

33

на элементарные множители. В этом случае "мертвая зона" времени будет сведена к минимуму.

§ 1 .2 . СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СШИ МАТРИф

Как было указано выше, при числе выходов N , превышающем 8, матричный распределитель целесообразно проектировать по схеме

ше). Затем каждая из полученных групп таким же образом делится на подгруппы. Процесс деления продолжается до тех пор, пока число триггерных ячеек в подгруппе не станет равным 2 или 3.

Для каждой из элементарных подгрупп с 2 - 3 триггерными ячейками образуются одноступешатые матрицы с 4 - 8 выходами. Образованные таким образом многофазные генераторы импульсов питают импульсным напряжением матрицы второй ступени. Число выходов матрицы второй ступени равно произведению чисел вы­ ходов присоединенных к ней многофазных генераторов импульсов первой ступени, или 2 , где т - суммарное число триггерных ячеек, входящих в многофазные генераторы. Затем выходы мат-

Рис.1.6

рйц второй ступени объединяются в матрицах третьей ступени и т .д . Пример матричного распределителя импульсов параллельного

35

Более строгий расчет логических схем И приведен в главе ТУ.

§1.4. РАСЧЕТ ТРИГГЕРНОЙ ЯЧЕЙКИ

Вматричных распределителях импульсов применяются симмет­ ричные триггеры, работающие в режиме счетного запуска. Исход­ ными данными для расчета триггера являются его выходное напря­ жение USblx, максимальная рабочая температура t°max и предельная частота запускающих импульсов F3an пр , определяемая как произ­ ведение числа каналов N на частоту коммутации FK :

Fun- np-NF' . (1.7)

Запускающие импульсы подаются от синхронизатора радиотелеметрической системы на вход первой триггерной ячейки. Последую­ щиетриггеры запускаются импульсами, полученными от дифференци­ рования выходных сигналов предыдущих триггеров. Поэтому часто­ та запускающих импульсов на входе триггера снижается по мере увеличения его порядкового номера. Следовательно, наиболее вы­ сокие требования по быстродействию предъявляются к первой триг­ герной ячейке. Наибольшее распространение в распределителях им­ пульсов находит триггер с внешним смещением (рис.1 .8 ). Инженер­ ный расчет такого триггера может быть произведен до следующей методике.

I . По заданному значению выходного напряжения выбираются напряжения источника питания Ек и базового смещения Eg . Тран­ зисторы в триггере обычно работают вне активной области вольтамперных характеристик (в режиме отсечки и насыщения). Такой режим работы обеспечивает более высокую стабильность схемы и максимальное использование источника питания. При работе триг­ гера в режиме насыщения величины напряжений источников питания должны удовлетворять следующим соотношениям:

2.Исходя из заданной максимальной частота запуска тригг

ра Езаппрш определенного по формуле (1 .8) напряжения Ек , вы­ бирается транзистор. Максимально возможная частота переключе­ ний триггера определяется длительностью фронтов импульса на выходе схемы. Фронта выходного импульса триггерной ячейки тем короче, чем больше величины граничной частоты транзистора f , допустимого напряжения на коллекторе Цк доп и коэффициента уси­ ления по току р .

Расчет переходных процессов при счетном запуске триггера показывает, что в ненасыщенном режиме при оптимальных парамет­ рах схемы и запускающего импульса можно добиться предельной частоты запуска триггера

В реальных условиях всех этих условий выполнить не удает­ ся и практически при счетном запуске

Следовательно, транзистор триггера должен удовлетворять требованиям:

V ' 5F3anpj>r5NFK (I.I2 )

Следует заметить, что при использовании транзисторов с £ >10 Мгц быстродействие триггера в сильной степени зави­ сит от величины коллек­ торной емкости Ск и пас­ сивных элементов схемы. Поэтому неравенство

( I . 12) хотя и выполня- . ется, но не может слу­

жить основанием для выбора транзистора. Расчет величины F3an пр применительно к триггерам на транзисторах с ^ ^ 10 Мгц приве­ ден в [iO, 24].

4. Для-того чтобы другой транзистор находился в режиме на­ сыщения, величины сопротивлений Uк и Р1 должны удовлетворять требованиям:

такой, чтобы к концу самого короткого периода запускающих им­ пульсов все переходные процессы в цепи запуска закончились. Нормальным для триггера считается соотношение

Цепь запуска С~ Rf является нагрузкой триггерной ячейки. Поэтому величина сопротивления должна выбираться таким об­ разом, чтобы триггер нагружался не очень сильно. Для этого не­ обходимо потребовать выполнения неравенства

На этом расчет триггерной ячейки заканчивается.

По определенным параметрам схемы можно рассчитать следую­ щие основные рабочие характеристики триггера:

I . Амплитуду импульса на выходе:

2. Длительность фронтов импульса, которые важно знать для определения быстродействия электронного коммутатора:

3. Параметры необходимых запускающих сигналов:

-коллекторный ток открытого транзистора.

Враде случаев в распределителе импульсов может использо­ ваться триггер с автосмещением (см .рис.1 .3 ).Расчет такого триг­ гера не отличается от приведенного выше. В этом случае напря­

жение источника питания Е'к д о л ж н о быть:

(1.27)

Сопротивление автосмещения R3 рассчитывается по формуле

U .28)

ь к~^5

Для того чтобы напряжение, создаваемое на сопротивлении Р эмиттерными токами открытых транзисторов, за время переключе­ ния схемы не менялось, а также для улучшения чувствительности триггера к запуску сопротивление R3 шунтируется емкостью Сд , которая, исходя из сказанного, должна удовлетворять неравенству

рения этих неравенств существенно влияет на рабочие характери­ стики триггера (быстродействие, нагрузочную способность, чувст­ вительность к запуску и д р .). Для каждой из них существует свое оптимальное соотношение параметров триггера. Одновременное удов­ летворение всем поставленным требованиям невозможно. Поэтому при проектировании триггерных схем следует в первую очередь стремиться получить оптимальное соотношение параметров для тех характеристик триггера, которые для данного случая являются наиболее важными. При этом целесообразно пользоваться табл.1.1, содержащей рекомендации но выбору параметров триггера.

Если в таблице стоит "Меньше", значит целесообразно выби­ рать -наименьшее значение параметра; если "Больше" - наибольшее. Знак "?" означает двойственность ответа.

При расчете необходимо также учитывать зависимость ноэффи-

а это число не разлагается на элементарные множители, реали­ зуемые на триггерных ячейках,целесообразно проектировать рас­ пределитель на А/ = 40 = 23*5. Такой распределитель импульсов может быть реализован на 6 триггерных ячейках, три из которых имеют коэффициент пересчета, равный 8, а в остальные три вво­ дится обратная связь таким образом, чтобы коэффициент пересче­ та равнялся 5 (например так, как показано на рис.1 .5 ).

2. Составляется функциональная схема матрицы. Очевидно, в данном случае целесообразно использовать двухступенчатую мат­ рицу, в которой две матрицы первой ступени имеют 8 и 5 выхо­ дов соответственно (рис.1 .9 ).