Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Васильев Л.А. - Конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
69
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.4 Mб
Скачать

71

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

 

к

 

 

 

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

 

&