8.7 Триггер Шмитта

Он является компаратором с зоной нечувствительности. Зона нечувствительности может быть установлена любая желаемая, например, такой величины, чтобы при определении знака входного сигнала не чувствовался уровень помех во входном сигнале.

Рис. 79.

Триггер Шмитта строится на основе компаратора, но добавляется положительная обратная связь. Схема представлена на рис.79. В этой схеме на неинвертирующий вход через делитель R1R2 подана часть выходного напряжения, причем знак напряжения на неинвертирующем входе зависит от знака выходного напряжения. Напряжение на неинвертирующем входе называют опорным

Uоп=Uвых×R2/(R1+R2).

8.8 Схема мультивибратора

Рис. 80а. Рис. 80б

Мультивибратор является автоколебательной схемой. Выход U_ВЫХмультивибратора изменяет свое состояние на противоположное за счет действия времязадающей RC цепи. Составной частью мультивибратора (рис.80а) является схема триггера Шмитта. При изображении мультивибратора к триггеру Шмитта добавляют времязадающую RC цепь, которая действует на инвертирующий вход ОУ вместо источника внешнего входного сигнала.

Будем рассматривать работу мультивибратора с момента подачи питания в схему. При подаче питания выход примет значение +Uнас или -Uнас (рис. 80б). В первый момент конденсатор С разряжен и напряжение между входами равно Uоп. При установке в исходное состояние конденсатор С начинает заряжаться. Между входами ОУ напряжение Uоп-Uс, т.к. Uоп>Uс, то Uоп определяет выход ОУ. Когда Uс достигнет Uоп, произойдет переключение ОУ на противоположное. В момент равенства этих напряжений ОУ начинает работать в соответствии с его свойствами. Т.к. при этом напряжение между входами близко к нулю и меняет знак на противоположный, то и выходное напряжение меняется на противоположное. При изменении знака выходного напряжения меняется знак опорного и конденсатор начинает перезаряжаться по пунктирной стрелке. Когда положительное напряжение на конденсаторе сравнивается с положительным опорным (момент времени t2), выходное напряжение ОУ изменится на противоположное.

При включении схемы интервал (0-t1) короче, чем последующие интервалы. Для установившегося режима:

t1=t2=t3=...; T=t1+t3R3C1; f=1/T.

8.9 Активные фильтры

Фильтры применяются для выделения постоянной составляющей в изменяющемся от времени сигнале. Фильтрация требуется, например, для выходного напряжения выпрямителей, выходного напряжения широтно-импульсного регулятора.

Фильтр НЧ первого порядка

Рис. 81

.

. Uвых(р)/Uвх(р) -передаточная функция. ОУ работает в линейном режиме (все свойства действуют). Исходные уравнения:

Uвых(р)/Uвх(р)=Zос/Zвх;

Zос=(R2×(1/pС))/(R2+1/pС)=R2/(pR2C+1); Zвх=R1.

Тогда

Uвых/Uвх=R2/R1/(pR2C+1).

Если рd/dt, то Uвых×рСR2+Uвых=(R2/R1)×Uвх. Решение этого дифференциального уравнения ищется в виде экспоненты.

РАЗДЕЛ 4

Цифровые интегральные микросхемы

9. Цифровые интегральные микросхемы

1. Основные понятия

Цифровые устройства – это устройства, предназначенные для преобразования, обработки, хранения и/или передачи цифровой информации. Элементы цифровых устройств – это наименьшие функциональные части, на которые разбивается устройство при его логическом проектировании и технической реализации. Компоненты элементов – это неделимые его части, из которых оно собрано: микросхемы, транзисторы, резисторы, конденсаторы …

В зависимости от способа кодирования цифровой информации различают элементы импульсные, динамические, потенциальные, импульсно- потенциальные и фазовые.

В импульсных элементах логические значения 0 и 1 представляются наличием импульса (напряжения, тока…) или его отсутствием.

В динамических – пачкой (последовательностью) импульсов.

В потенциальных- различной величиной электрического напряжения.

В импульсно- динамических – сигналы 0 и 1 представляются как потенциальные уровни, так и в виде импульсов.

Независимо от способа кодирования сигналов в цифровых схемах соблюдается принцип совместимости входных и выходных сигналов, означающий, что выходные сигналы одного элемента должны однозначно восприниматься другими элементами.

Наибольшее распространение получили потенциальные элементы, как самые простые, не требующие наличия конденсаторов и трансформаторов и достаточно надежные.

В потенциальных элементах сигналы имеют два возможных уровня: высокий (high) и (low). Эти уровни могут соответствовать логическим значениям 1 и 0, соответсвенно (положительная логика). В зависимости от величины напряжения сигнал воспринимается потенциальным элементом как имеющий низкий уровень либо как высокий.

Граница между этими двумя диапазонами напряжений называется логическим порогом.

Прежде чем изучать варианты элементов, рассмотрим, как определяются некоторые импульсные параметры.

Рис. К определению импульсных параметров микросхем.

На рис. показаны входной и выходной импульсы инвертора, а на рис. дано их взаимное расположение по времени, причем показано, что выходной импульс U_ВЫХ Существенно задержан относительно входногоU_ВХ.

На графиках отмечено пять временных отрезков : длительности положительного t^0,1и отрицательногоt^1,0 выходных перепадов, два задержки распространения (при включенииt^1,0_зд.ри при выключенииt^0,1_зд.р), а также так называемое среднее время задержки распространения выходного сигналаt_{ЗД.Р.СР.} Более общий общий параметр – среднее время задержки распространения выходного сигналаt_ЗД.Р.СР– это полусуммаt^1,0З_ЗД.Риt^0,1_ЗД.Р. Параметрt_ЗД.Р.СРпозволяет сравнивать быстродействие любых известных логик.