Васильев Л.А. - Конспект лекций
.pdf71
Лекция 11 ГЕНЕРАТОРЫ
11.1 Общие сведения
Генераторы преобразуют энергию источника питания постоянного тока в энергию периодических электрических колебаний.
По форме выходного напряжения:
генераторы гармонических колебаний;
генераторы импульсов (релаксационные).
По режиму работы:
автоколебательные (работают в режиме самовозбуждения, без внешнего воздействия);
заторможенные (запускаются внешним сигналом).
Основа: усилитель с ПОС.
Условия автогенерации колебаний:
1)φу + φос = 2π n ; (n = 0, 1, 2, …) [ условие баланса
фаз];
2)ε КU ≥ 1 [условие баланса амплитуд];
3)наличие накопителя энергии.
11.2Генераторы синусоидального напряжения
Имеют резонансную цепь ОС.
Колебания возникают на фиксированной частоте.
Различают:
LC – генераторы;
RC – генераторы;
кварцевые генераторы.
72
11.2.1 LC – генераторы
Генерируют колебания на высокой частоте (>104 Гц). Схема с трансформаторной ОС:
|
L |
|
-Ек |
|
|
|
|
w2 |
w1 |
C |
|
R1 |
|
|
Uвых |
|
|
Cp2 |
|
R2 |
VT |
|
|
|
|
|
|
Ср1 |
Rэ |
С |
э |
|
|
||
|
|
|
Частота автоколебаний:
1 f0 2 
LC
Баланс фаз ► соответствующим подключением w2 трансформатора.
Баланс амплитуд ► при β ≥ w1 / w2.
Для повышения стабильности f 0 ►
применение кварцевых резонаторов.
11.2.2 RC – генераторы
Генерируют колебания в диапазоне низких частот (до 104 Гц).
Применяют частотно-зависимые RC-цепи ОС:
фазосдвигающие цепочечные и мостовые;
не сдвигающие фазу мостовые.
Схема с не сдвигающим фазу частотно-зависимым мостом Вина:
Rос |
|
|
|
|
Uвых |
С1 |
R1 |
|
R0 |
R2 |
С2 |
|
|
При R1 = R2 = R и С1 = С2 = С частота генерации f0 |
|
1 |
. |
|
|||
|
|
2 RC |
|
Самовозбуждение (баланс амплитуд) ► при Rос / R0 ≥ 2.
73
11.3 Релаксационные генераторы
По форме Uвых:
генераторы напряжения прямоугольной формы;
генераторы линейно изменяющегося напряжения;
генераторы напряжения другой формы (экспоненциальной,
треугольной и др.).
11.3.1 Мультивибраторы
Генерируют напряжение прямоугольной формы.
Симметричный мультивибратор на ОУ
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
Uос |
|
C |
Uc |
|
|
|
|
|
Uвых |
|
Uc |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
t1 |
t2 |
t3 |
t |
|
|
R2 |
||||
Uоc |
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
+Uвых m |
|
tи1 |
tи2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
t1 |
t2 |
t3 |
t |
|
|
|
|
|||
|
|
-Uвых m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2R1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
tи1 tи2 τ n 1 |
R2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
τ CR ; |
f |
и |
|
1 |
|
|
|
||
|
2tи |
|
|
||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|||
74
Несимметричный мультивибратор |
|
||
|
R4 |
VD2 |
|
|
|
Uвых |
|
|
|
VD1 |
|
|
R3 |
Uвых |
tи1 |
|
t |
||
|
|
||
C |
Uc |
|
tи2 |
|
|
|
|
Uоc |
|
|
|
|
|
|
R |
R2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ1 CR3; |
τ2 CR4 |
Ждущий мультивибратор (одновибратор)
|
R3 |
|
|
C |
Uc |
U |
|
VD |
|||
|
вых |
||
Uвх |
|
R2 |
|
Uоc |
R |
||
|
|
1 |
При подаче короткого импульса uвх формируется одиночный импульс
|
R1 |
|
|
|
|
||
R |
|||
tи CR3 n 1 |
. |
||
|
2 |
|
75
11.3.2 |
ГЛИН на ОУ |
|
|
|
||
Е0 |
DD1 |
|
VD1 |
R1 |
С |
|
|
|
|
|
|
||
|
U' |
|
|
|
|
|
|
|
|
VD2 |
R2 |
U |
вых |
|
|
|
R4 |
|
|
|
|
Uoc |
|
R3 |
DD2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
U' |
|
|
|
|
|
|
0 |
t1 |
t2 |
|
t |
|
|
|
|
|
|
||
|
Uвых |
|
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
t |
|
|
-U1 |
|
|
|
|
|
Uoc |
|
0 |
t |
0 ÷ t1 |
► |
U`= – Uвых m , VD2 открыт, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
U вых |
U 2 |
U1 |
t |
|
|
|
U1; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U oc |
U ' |
|
R3 |
|
|
|
U вых |
|
R4 |
|
. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
R3 R4 |
|
|
|
|
|
|
R3 R4 |
|||||||||
t1 ÷ t2 |
→ |
U`= + Uвых m , VD1 открыт, |
|
t t1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
U |
вых |
U |
2 |
U |
|
|
U |
2 |
. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
t |
2 |
t |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
76
Лекция 12 ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
12.1 Общие сведения
Логические элементы (ЛЭ) – функциональные устройства для выполнения логических операций над дискретными сигналами.
Используемые сигналы: u
1 – высокий уровень
t 0 – низкий уровень
ЛЭ ► в виде ИМС разной сложности.
Логические ИМС объединяются в серии.
В основе каждой серии ► базовый элемент определенного вида.
Основные параметры:
Коб; Краз ; U1 ; U0 ; U1пор ; U0пор ; tз р ; Uп .
Математический аппарат – алгебра логики (алгебра состояний).
12.2 Основные логические операции
НЕ (логическое отрицание, инверсия)
1 |
_ |
А |
А |
F(A) А |
|
ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция) |
|
|
||||
F = A + B |
|
|
A |
B |
F |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
||
1 |
|
|||||
А |
|
F |
|
|
|
|
В |
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
77
И (логическое умножение, конъюнкция)
|
|
|
|
|
A |
B |
F |
F = A · B |
А |
|
& |
F |
|||
|
|
|
|
||||
В |
|
|
0 |
0 |
0 |
||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
Основа ЛЭ – базовые элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ.
ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
1 |
|
|
A |
B |
F |
||
F A B |
|
F |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||
В |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
И-НЕ (штрих Шеффера) |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
A B |
|
А |
|
|
& |
|
F |
|
A |
B |
F |
||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
12.3 Типы логических элементов
Основные типы ЛЭ:
ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика, ТТЛШ – логика с диодами Шотки);
ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика);
МДП-логика.
78
Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) |
|
|
||||
Принцип схемы И-НЕ (серии 133, 155, 555) |
|
|
||||
|
|
Ек |
Х1 = Х2 = 1 |
► |
||
R1 |
|
R2 |
VT1: на ЭП – Uобр, |
на КП – Uпр, |
||
|
|
F |
VT2 открыт, F = 0. |
|||
X1 |
|
|
Х1 (или Х2) = 0 |
► |
||
X2 |
VT1 |
VT2 |
VT2 закрыт, F = 1. |
|||
Принцип схемы ИЛИ-НЕ (серии 115,137,138) |
|
|
||||
|
|
Ек |
Х1 = Х2 = 0 ► |
|
||
|
R1 |
F = 1. |
||||
VT1 |
транзисторы закрыты, |
|||||
|
F |
|||||
|
Х1 (или Х2) = 1 |
|
► |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
VT2 |
VT1 (или VT2) открыт, F = 0. |
|||
X1 X2
ТТЛШ – повышенное быстродействие (серии 530, 533, 1533).
Эмиттерно-связанная логика (ЭЛС)
Принцип схемы ИЛИ-НЕ (серии 500, 1500)
|
F |
Ек |
Х1 = Х2 = 0 ► |
|
R2 |
VT1 и VT2 закрыты, |
|
VT1 |
R1 |
||
|
VT2 |
VT3 в активном режиме, F = 1. |
|
|
|
Е |
Х1 (или Х2) = 1 ► |
|
|
U |
|
|
|
Э |
VT1 (или VT2) открыт (в активном |
|
|
VT3 |
|
X1 |
X2 |
R |
режиме), UЭ > E, VT3 закрыт, F = 0. |
э |
|
Высокое быстродействие.
79
МДП-логика
Принцип схемы И-НЕ (серии 561, 564, 1564)
VT3 |
+EС |
Х1 = Х2 = 1 ► |
VT4 |
VT1 и VT2 открыты, |
|
|
|
|
|
|
VT3 и VT4 закрыты, F = 0. |
|
|
F |
Х1 |
|
Х1 (или Х2) = 0 ► |
VT2 |
VT1 (или VT2) закрыт, |
|
|
VT3 (или VT4) открыт, F = 1. |
|
|
|
|
Х2 |
VT1 |
Ничтожное потребление. |
|
|
12.4 Особенности выходных каскадов ЛЭ
Для повышения Рвых и расширения функций в некоторых ИМС один из выводов транзистора выходного каскада не подключен (открытый).
Еп |
Схема монтажной логики на ИМС с |
|
открытым коллектором: |
F |
монтажное ИЛИ (операция ИЛИ-НЕ) |
X1 |
|
X2 |
|
В некоторых ИМС ► третье (высокоимпедансное) состояние: при закрытых транзисторах ИМС и нагрузка разъединены.
Е
Rн
|
|
|
|
80 |
|
12.5 |
Логические ИМС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Простые |
|
Элемент |
Комбиниро- |
Элемент |
|
ИМС |
|
ванные ИМС |
|
||
|
|
|
|
||
ЛА |
|
И-НЕ |
ЛБ |
И-НЕ / ИЛИ-НЕ |
|
ЛЕ |
|
ИЛИ-НЕ |
ЛК |
И-ИЛИ-НЕ / И-НЕ |
|
ЛИ |
|
И |
ЛМ |
ИЛИ-НЕ / ИЛИ |
|
ЛЛ |
|
ИЛИ |
ЛР |
И-ИЛИ-НЕ |
|
ЛН |
|
НЕ |
ЛС |
И-ИЛИ |
|
Пример комбинированной ИМС:
2-2И-ИЛИ-НЕ
X1 |
& |
1 |
X2 |
||
X3 |
& |
F |
|
||
X4 |
|
|
12.6 |
Комбинационные устройства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Шифратор. |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
CD |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сигналу на каждом входе соответствует |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
определенная комбинация выходных сигналов. |
|
|
5 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вход |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
… |
|
|
8 |
|
9 |
|||
Выход |
|
0000 |
0001 |
0010 |
0011 |
0100 |
|
…. |
|
|
1000 |
1001 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дешифратор. |
|
|
|
|
|
|
|
|
DC |
0 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Каждой комбинации входных сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
соответствует сигнал на определенном выходе. |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мультиплексор.
Сигналы, поступающие по нескольким входам, передаются в желаемом порядке на один выход в зависимости от кода на адресных входах. Принцип схемы ►
А |
1 |
& |
Х1 |
|
1 F |
|
|
|
Х2 |
|
& |
|
|