Мороз_Электротехника

64

Пусть VT1 открыт, тогда Uk1=0 и конденсатор С1 через R1 и VT1 заряжен до Uc1 EK , а конденсатор С2 разряжен (t=0). При этом VT2 закрыт, т.к. на базе его отрицательный потенциал от С1: Uб 2 UC1 . Конденсатор С1 разряжается через R1, VT1, а С2 заряжается через RК2 и базу-эмиттер VT1 до UС2 EK 2 . Когда С1 разрядится , на базе VT2 Uб 2 UC1 0 , происходит опрокидывание мультивибратора: VT1 закрывается, VT2 открывается.

обратной связи. При поступлении запускающего импульса напряжение на выходе изменяется от U вых . до U вых . .

Рис. 2.82. Схема и характеристики мультивибратора на базе ОУ

2.10.19. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)

Применяются для развертки луча в электронно-лучевых осцилографах, телевизорах, в индикаторах радиолокаторов.

Принцип работы ГЛИН основан на применении интегрирующей RC-цепи совместно с ключевым каскадом, который периодически замыкает и размыкает цепь. При подаче сигнала

64

65

большое RK. Когда Uв х 0 , транзистор открывается и конденсатор быстро

Рис. 2.83. Схема и характеристики ГЛИН разряжается через малое сопротивление коллекторно-эммитерного перехода.

Недостаток схемы: при хорошей линейности Uв ых получается малая кратность Um / EK , т.к. хорошая линейность лишь вначале экспоненты.

Более совершенны ГЛИН с нелинейным элементом в цепи заряда, т.е.

увеличение iЭ . При подаче Uв х 0

VT1 закрыт и конденсатор С

заряжается от EK постоянным током,

затем, когда Uв х 0 , С разряжается через VT1. Выходное напряжение имеет хорошую линейность.

Рис. 2.84. Схема ГЛИН с нелинейным элементом

2.11. Элементы вычислительных систем 2.11.1Основные логическое операции и их реализация на базе

микросхем.

Основу вычислительных машин, цифровых измирительных приборов и устройств автоматики составляют логические элементы (ЛЭ), которые выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией. ЛЭ строят на базе электронных устройств, работающих в ключевом режиме, который характеризуется двумя состояниями ключа: ―включено‖, ―отключено‖. Поэтому цифровую информацию преставляют в двоичной форме, т.е. сигналы принимают два значения 0 (логический нуль) и 1 (логическая единица), что соответствует двум состояниям ключа.

Логические преобразования двоичных сигналов включают три элементарных операции:

1)логическое сложение (дизъюнкция) - операция ИЛИ, обозначаемая V или +;

2)логическое умножение (конъюнкция) – операция И, обозначаемая или ;

3)логическое отрицание (инверсия) – операция НЕ, обозначаемая чертой

над переменной: F x .

65

66

Логические элементы, реализующие операцию ИЛИ, называют элементами ИЛИ; у них выходной сигнал равен 1, если хотя бы на один вход элемента подан сигнал 1.

Рис. 2.85. Логический элемент ИЛИ

Логический элемент И реализует операцию И. У него выходной сигнал F=1,если на все входы поданы сигналы 1.

Рис. 2.86. Логический элемент И

Логический элемент, реализующий операцию НЕ, называют элементом НЕ или инвертором. Его просто реализовать на базе транзисторного ключа.

Рис. 2.87. Логический элемент НЕ

Элементы ИЛИ, И, НЕ являются основными. На их основе реализют более сложные логические операции, например,

Рис. 2.88. Сложные логические элементы

66

Импульсные, в которых значениям 0 и 1 соответствует отсутствие или наличие импульса.

ЛЭ выполняют в интегральном исполнении, различают пять типов: 1)резисторно-транзисторные (РТЛ);

2)диодно-транзисторные (ДТЛ);

3)транзисторно-транзисторные (ТТЛ);

4)транзисторные (ТЛ) на МОП – транзисторах;

5)эмиттерно-связанные транзисторные (ЭСТЛ) с наибольшим быстродействием.

В качестве примера рассмотрим ЛЭ типа ТТЛ, реализующей операцию 2ИНЕ с простым инвертором. Многоэмиттерный транзистор VT1 выполняет операцию И, а транзистор VT2 – операцию НЕ.

Если на все входы Х1, Х2, поданы сигналы единицы, то все переходы эмиттер – база VT1 закрыты, и от ЕК ток протекает через R1, переход база – коллектор VT1 и база – эмиттер VT2 , т.е. VT2 открыт и Uв ых 0 (сигнал нуля).

Если хотя бы на один вход подан 0, то соответствующий переход Э-Б открывается и потенциал базы понижается, транзистор VT2 закроется и на

его выходе будет высокий потенциал Uв ых ЕК (сигнал 1).

Рис. 2.89. Схема ЛЭ типа ТТЛ

На основе ЛЭ могут быть созданы логические устройства, выполняющие операции любой сложности. В комбинационных устройствах сигнал на выходе F определяется комбинацией входных сигналов Х1, Х2 … Пусть требуется составить комбинационную схему с тремя входами Х1, Х2, Х3 и одним выходом F. Высокий уровень напряжения должен появляться на выходе только при наличии высоких уровней на двух входах, т.е. F при X 1 X 2 и X 3 0 . Такую схему можно

составить путем подбора элементов. Если ипользовать элементы с двумя входами 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ, то она будет содержать не менее двух элементов. Так как схема должна реагировать на одинаковые сигналы Х1 и Х2, то эти входы следует

67

68

объединить элементом 2И-НЕ, на выходе которого появляется низкий уровень только приХ1=Х2=1. Второй элемент должен давать на выходе F при поступлении на его входы двух низких уровней. Таким элементом является

Полученному уравнению логической функции отвечает ранее приведенная схема.

2.11.2. Триггеры - это наиболее

распространенные

импульсные устройства. Т р и г г е р о м называют электронное устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное под воздействием внешнего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое. Характеристика триггера Uв ых(Uв х) :

Для перевода из состояния в состояние нужно, чтобы

Uв х Uв х.2 .

Рис. 2.91. Характеристика триггера

В настоящее время большинство триггеров выполняют на основе логических

68

69

элементов в виде интегральных микросхем (ИМС). Они применяются как переключающие элементы самостоятельно или входят в состав более сложных

Любое увеличение тока ведет автоматически к его дальнейшему росту и заканчивается состоянием , когда VT1 открывается , а VT2 закрывается. Для

перевода триггера из одного состояния в другое нужно подать на базы открытого VT Uб 0 или закрытого Uб 0 .

Рис. 2.92. Схема триггера на транзисторах

Смена состояний транзисторов происходит при поступлении управляющих импульсов. Как видно из рисунка, триггер производит деление входного сигнала на два.

представляют ИМС, построенные на основе логических элементов. Триггер имеет

два выхода: прямой Q и инверсный Q , сигналы которых противоположны по

уровню. Если на прямом выходе высокий уровень (1), то на инверсном – низкий

(0). По способу управления триггеры делятся на асинхронные, в которых переход из одного состояния в другое происходит по мере поступления сигнала на информационный вход, и синхронные, которые имеют дополнительный вход синхронизирующих (тактовых) сигналов, при поступлении которых переключается триггер. В соответствии с этим различают информационные и синхронизирующие входы триггера. Их принято обозначать:

S – установочный вход, на который подается сигнал 1, устанавливающий триггер

69

70

в состояние ;

R – сбросовый вход, на который подается сигнал 1, переводящий триггер в состояние 0;

D – информационный вход (триггер устанавливается в состояние с уровнем выходного напряжения на выходе Q, соответствующим уровню на входе D);

С – вход синхронизации; Т – счетный вход, сигнал на этом входе переводит триггер в новое состояние;

– вход установки К –триггера в состояние Q=1;

К – вход установки К -триггера в состояние Q=0;

Наибольшее распространение получили RS-триггеры, D-триггеры, Т - и К -триггеры.

А с и н х р о н н ы й R S - т р и г г е р можно получить на базе двух элементов 2ИЛИ-НЕ (или 2И-НЕ).

Рис. 2.94. Асинхронный RS – триггер

Если в исходном состоянии на выходе триггера был низкий уровень напряжения ( Qt=0, Q-t=1), то подача высокого уровня на R - вход не изменит состояния триггера (R=1, Qt+1=0), так как верхний элемент 2ИЛИ-НЕ уже имеет на своем

нижнем входе высокий уровень ( Q 1). Для перевода триггера в состояние

так как после команды его состояние неопределенно.

D – т р и г г е р имеет информационный вход D и синхровход C. Его можно получить на основе RS – триггера, добавив схему управления из двух логических элеметов 2И и одного элемента НЕ.

70

71

Рис. 2.95. D – триггер

На вход С подаются синхроимпульсы (С=1) от генератора импульсов. Они поступают на оба элемета 2И и готовят срабатывание схемы управления. Если синхроимпульсы отсутствуют, схема пассивна при любом сигнале на входе D, так как на выходах элементов 2И удерживаются низкие уровни напряжения (0).

Если в момент поступления синхроимпульса D=0 , тогда на вход S попадает сигнал нуля, а на вход R – 1. Триггер переходит в состояние Q=0. Он сохраняет это состояние до прихода следующего синхроимпульса, даже если на входе D появится сигнал 1. Только при D=1 и С=1 будет S=1, R=0 и триггер примет состояние Q=1. Это состояние опять задержится на один такт. Поэтому D

– триггеры называют триггерами задержки.

Т – т р и г г е р ы (счетные триггеры) имеют один информационный вход и переключаются в другое состояние при поступлении на его вход каждого очередного импульса.

Т – триггеры одного типа реагируют на фронт импульса, т.е. на перепад 0 – 1 , а другие – на срез импульса (перепад 1 – 0).

Рис. 2.96. Т – триггер

В любом случае частота выходных импульсов в 2 раза меньше частоты входных. Поэтому Т – триггеры используют как делители частоты на два или счетчики по модулю 2. В виде ИМС триггеры этого типа не выпускаются. Их можно создать на основе D – и К - триггеров.

К - т р и г г е р ы являются универсальными. Они имеют информационные входы и К и синхронизирующий вход С. Используются при создании счетчиков, регистров и других устройств. При определенном соединении входов К - триггеры могут работать

71

72

как RS – триггеры, D – триггеры и Т – триггеры. Благодаря такой универсальности они имеются во всех сериях ИМС. Асинхронная установка в состояние Q=1 или Q=0 осуществляется подачей сигналов S=0 или R=0. Эти команды выполняются при любых сигналах на других входах. В остальном К - триггер работает как синхронизируемый, то есть команды выполняются только при поступлении импульса на вход С. Наличие высокого уровня на - входе ( 1) переводит триггер в состояние Q=1, а сигнал К=1 соответствует Q=0. При высоком уровне на обоих входах ( К 1) он работает как Т – триггер (рис. слева). Схема использования К - триггера в качестве D – триггера показана справа.

Здесь S и R - инверсные входы, т.к. триггер управляется 0-ым уровнем сигнала (инверсными сигналами).

Рис. 2.97. - триггер

Рис. 2.98. Работа и таблица - триггера в режиме Т и D триггеров

2.11.3. Цифровые счетчики импульсов

Это устройства для подсчета числа входных импульсов и фиксации его в каком-либо коде. Кроме того, их используют для адресации, в качестве делителей частоты и элементов памяти. Счетчики относятся к наиболее распространенным

72

73

цифровым устройствам, большинство их выполняется на основе триггеров с цепочечной передачей сигналов: с выхода предыдущего на вход последующего.

с и н х р о н н ы е , у которых входные сигналы поступают одновременно на все триггеры, что увеличивает быстродействие.

По целевому назначению счетчики бывают: с у м м и р у ю щ и м и (с приходом каждого нового импульса показание увеличивается на единицу); в ы ч и т а ю щ и м и ( с приходом нового импульса показание уменьшается

называют наибольшее число импульсов, которое может сосчитать счетчик. По модулю различают двоичные счетчики ( K 2n ), декадные (К=10), с произвольным постоянным или переменным модулем.

Рассмотрим схему, условное обозначение и временную диаграмму работы последовательного суммирующего счетчика на четырех Т – триггерах.

Рис. 2.99. Схема, обозначение и диаграмма работы счетчика импульсов

Триггеры меняют свое состояние по спаду импульсов (по изменению уровня от 1 до 0). R – входы всех триггеров объединены и на них подается высокий уровень

73