Генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе

Схема генератора на операционном усилителе (ОУ) изображена на рис. 13. Автоколебательный режим работы генератора обеспечивается за счет положительной обратной связи, которая образуется благодаря включению делителя R2, R3 между выходом и неинвертирующим входом операционного усилителя. Частота выходного сигнала зависит от параметров интегрирующей цепи R1, C1, которая связывает выход и инвертирующий вход ОУ. Операционный усилитель в схеме генератора фактически работает как компаратор, выполняя сравнение напряжений, подаваемых на его инвертирующий и неинвертирующий входы. Кроме этого ОУ выполняет функцию источника напряжения заряда и разряда конденсатора.

Рис. 13. Генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе

Предположим, что в процессе регенерации ОУ оказался в насыщении по положительной полярности и на его выходе присутствует максимальное положительное напряжение . При этом напряжение на неинвертирующем входе ОУ зависит от коэффициента передачи цепи положительной обратной связии равняется. Под действием выходного напряжения ОУ происходит заряд конденсатора с постоянной времени, что приводит к увеличению напряжения на инвертирующем входе. Как только это напряжение достигает уровня, происходит переключение ОУ в режим насыщения по отрицательной полярности и на его выходе появляется напряжение. При этом на неинвертирующий вход через делительR2, R3 подается напряжение . Отрицательное напряжение на выходе ОУ приводит к разряду и перезаряду с противоположной полярностью конденсатораС1, что приводит к уменьшению потенциала на инвертирующем входе ОУ. Как только напряжение на конденсаторе достигает уровня , операционный усилитель снова переключается в режим насыщения по положительной полярности. Подобные процессы повторяются периодически. При этом на выходе ОУ формируется периодическая последовательность двухполярных прямоугольных импульсов.

Длительность выходных импульсов и пауз между импульсамиопределяется, прежде всего, постоянной времени интегрирующей цепи, а также зависит от коэффициента передачи делителяR2, R3

.

Триггеры

Триггером называется бистабильное устройство, имеющее два длительно устойчивых состояния равновесия и обладающее способностью скачком переключаться из одного состояния равновесия в другое под действием внешнего импульсного сигнала. Способность формировать на выходе два устойчивых значения сигнала, которые могут поддерживаться без изменения сколь угодно длительный промежуток времени, позволяет использовать триггер в качестве элемента памяти.

Существующие типы триггеров можно классифицировать по различным признакам. Так по моменту реакции на изменение входных сигналов триггеры подразделяют на асинхронные и синхронные.

Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент изменения сигнала на его информационных (управляющих) входах. Синхронный триггер изменяет свое состояние лишь в строго определенные (тактовые) моменты времени, соответствующие действию активного сигнала на его синхронизирующем входе, и не реагирует на любые изменения информационных сигналов при пассивном значении сигнала на синхровходе.

Наиболее часто триггеры классифицируют по типу используемых информационных входов. Различают следующие типы основных входов триггера:

R – вход сброса триггера;

S – вход установки триггера;

K – вход сброса универсального триггера;

J – вход установки универсального триггера;

T – счетный вход триггера;

D – информационный вход переключения триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;

C – вход синхронизации.

Некоторые триггеры могут иметь дополнительный управляющий вход V, с помощью которого блокируется работа триггера и он сколь угодно долго может сохранять свое состояние. Как правило, триггеры имеют два выхода: прямой (Q) и инверсный ().

В зависимости от типа используемых входов различают RS-, JK-, D-, T-, DV- и TV-триггеры.

RS-триггер содержит входы R (Reset) и S (Set). Активный уровень на входе R приводит к сбросу триггера (Q = 0), а активный уровень на входе S – к установке триггера (Q = 1). При двух неактивных сигналах триггер сохраняет предыдущее состояние. Комбинация из двух активных входных сигналов для RS-триггера является запрещенной. RS-триггеры могут быть как асинхронными, так и синхронными.

JK-триггер содержит вход сброса K и вход установки S. При неактивных входных сигналах триггер сохраняет предыдущее состояние, при двух активных сигналах – переключается в противоположное состояние. Такие триггеры также могут быть как асинхронными, так и синхронными. JK-триггер является универсальным, так как на его основе можно реализовать любой другой тип триггера.

D-триггер содержит информационный вход D и вход синхронизации C. При пассивном синхросигнале триггер сохраняет свое состояние, при активном синхросигнале – триггер переключается в состояние, соответствующее логическому уровню на входе D.

T-триггер (счетный триггер) содержит один счетный вход T. После каждого входного импульса триггер переключается в противоположное состояние. Таким образом, частота следования импульсов на выходе T-триггера в два раза ниже, чем частота входного сигнала.