В обоих схемах резисторы r1,r2,r должны удовлетворять тем же требованиям. Для плавного изменения параметров последовательности импульсов в схему генератора вводят переменные резисторы:

С помощью R₂регулируется длительность импульсов, скважность изменяется от 1,5 до 3,0. С помощьюR₁ регулируется частота. Например: С = 0,1;R₁= 510;R₂= 510;f= (8125) кГц.

Для получения другого диапазона частот необходимо изменять номинал конденсатора С.

Логические микросхемы позволяют собрать генератор без каких-либо других радиодеталей. Принцип работы такого генератора основан на задержке переключения логических элементов.

Период следования выходных импульсов равен: T= 2nt_зад.n– число логических элементов (нечётное).t_зад– среднее время задержки переключения одного элемента.

Для микросхем серии 155 t_зад= 20нс, следовательно генератор, собранный по этой схеме будет вырабатывать импульсы с частотой следования около 8 МГц. Для уменьшения частоты следует увеличить число логических элементов.

Конденсаторы и резисторы, устанавливаемые во времязадающие цепи генераторов, обычно имеют большие номиналы, что ограничивает диапазоны плавной регулировки частоты. Этот недостаток устраняется путём включения на вход первого вентиля транзисторного ключа с малым входным током и порогом переключения:

Частота такого генератора может изменяться в 200 раз. При изменении ёмкости конденсатора от 20пф до 10,0 мкф частота выходных колебаний может изменяться от 3 МГц до долей герца, скважность от 2 до 100.

Частоту генератора можно изменять в 50 тыс. раз если на вход первого вентиля подключить ключ на полевом транзисторе:

При относительно небольших ёмкостях конденсатора С₁ возможно получение ультранизких частот. Например, при максимальных значениях указанных на схеме элементов, частота выходных импульсов генератора равна 0,5 Гц. Длительность выходных импульсов регулируется резистором R₂. Резистор R₃ служит для ограничения тока через транзистор. Частота следования выходных импульсов равна

f= 1/(2*R₁*C₁). В частности:

С₁= 0,01R₁= 1Мf= 50 Гц

С₁= 150пфR₁= 20кf= 22,5 кГц

Верхняя граница частоты f_max10 МГц. Частота колебаний генераторов на микросхемах при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды довольно значительно изменяется. Если необходима высокая стабильность частоты, в генераторы вводят кварцевые резонаторы.

В зависимости от используемого резонатора К_вэтот генератор формирует импульсы с частотой 0,12 МГц. Скважность около 2.R₁иR₂обеспечивают устойчивый режим генерации.C₂осуществляет развязку по постоянному току.C₁предотвращает высокочастотные колебания на фронтах и спадах импульсов, обусловленные высшими гармониками.

Одновибратор– специальный элемент цифровых устройств, предназначенный для формирования на его выходе импульса заданной длительности после каждого воздействия сигнала на его входе.

Обычно одновибраторы строятся на двух вентилях:

Сопротивление резистора Rвыбирается таким, чтобы в установившимся режиме на выходе вентиля 2 поддерживался уровеньU¹. Поскольку резисторRявляется нагрузкой для вентиля 1 то его сопротивление не может быть меньше величины при которой уровеньU¹вентиля 1 снижается до допустимой величиныU¹_min. Другой вариант одновибратора:

Времязадающая цепь здесь образована конденсатором С и входным сопротивлением вентиля 1. Достоинство этой схемы – малое время восстановления что обеспечивает

низковольтный стабилитрон V. Он же предохраняет вход первого вентиля от перегрузок. Если:

С = 0,01 мкф t_u= 33 мкс

С = 1,0 мкф t_u= 3 мс

Диод или стабилитрон можно включать также в цепь запуска одновибратора:

Триггер Шмитта.

Представляет собой импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями. Особенность ТШ состоит в том, что он реагирует (меняет состояние) при определённом значении напряжения входного сигнала. Значения входных сигналов для перехода от высокого напряжения на выходе к низкому и от низкого к высокому различны: U_вх1>U_вх2.

Разность между этими пороговыми напряжениями U=U_вх1-U_вх2называется напряжением гистерезиса. КогдаU_вх<U_вх1(U_вх11,3в) на обоих входахD2 напряжение низкого, а на выходе элемента – высокого уровня. Поскольку выходD2

соединён со входами D1, на выходе последнего действует напряжение низкого уровня. Это состояние триггера устойчивое. С ростомU_вх1диодVотпирается и приU_вх>U_вх1элементD2 изменит своё состояние и на его выходе будет напряжение низкого уровня, при этом элементD1 тоже изменит своё состояние – на его выходе возникнет напряжение высокого уровня. Через резисторR₂это напряжение поступает на входD2 и диодVокажется запертым. Это устойчивое состояние триггера сохраняется покаU_вх>U_вх2. Когда входное напряжение уменьшитсяU_вх<U_вх2, на выходеD2 снова появится напряжение высокого, а на выходеD1 – низкого уровня, т.е. ТШ вернётся в исходное состояние. Путём подбора сопротивленийR₁иR₂можно изменять в небольших пределах оба порога переключения, т.е. управлять областью гистерезиса. СопротивлениеR₁влияет только на напряжение, при котором ТШ возвращается в исходное состояние. ДиодVможет быть как германиевым, так и кремниевым. ТШ служит для получения прямоугольных импульсов из сигналов, меняющихся по амплитуде, или для увеличения крутизны пологих фронтов импульсов.

Разностные преобразователи.

Это специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для выработки выходного сигнала, несущего информацию о смене значения входного сигнала.

На выходе РП формируются импульсные сигналы в виде кратковременного появления напряжения U⁰илиU¹при заранее определенных переходах сигнала на входе. Длительность выходного импульса РП зависит от параметров входного сигнала и компонентов РП. Если РП выполняется на логических элементах, он кроме информационного может иметь дополнительные функциональные входы, которые позволяют учитывать дополнительные условия формирования выходного импульса, что значительно упрощает структуры цифровых устройств, сокращая количество логических элементов. Поскольку на входе РП могут существовать два вида перехода входного сигнала, а на выходе могут быть сформированы напряженияU⁰иU¹, то возможно построение четырех основных схем РП:

Если предположить, что все логические элементы имеют одну и ту же среднюю задержку распространения сигнала t _{з ср}, то длительность выходного импульса:_u=3t_{з ср}. В ряде случаев такое значение_uнедостаточно, поэтому в РП можно добавить количество логических элементов но обязательно оно должно быть нечетным, или часто используют специальные линии задержки или RC-цепочки. Вариант схемы РП выполненный на логических вентилях с использованием RC-цепочки имеет вид:

Длительность импульса определяется величиной постоянной времени T=RC. Резистор R выбирается из условия, чтобы при открытом вентиле 1 в точке В схемы обеспечивалось напряжение U⁰<=0,45 в. ОбычноR270 Ом, аU⁰0,3 в.

РП используют для построения детекторов событий, организации импульсного управления у RS-триггеров, устраняющих на их входах запрещенные комбинации сигналов, а также у других типов триггеров; при проектировании последовательностных структур; для выработки импульсных сигналов запуска одновибраторов или установочных сигналов для счетчиков, регистров и т.п. Т.о. РП является многофункциональным элементом. В настоящее время они выполняются в виде интегральных схем:

( Интегральный РП 134ХЛ2 )

Транзистор Т₁выполняет операцию конъюнкции входных переменныхX₁,X₂,X₃; а транзисторT₂- операции запрета и инверсии. Вход С - тактовый. Требуемое время задержки сигналов, необходимое для формирования выходного импульса, обеспечивается соответствующей очередностью переключения транзисторов, задаваемой разными уровнями напряжения, подаваемые на их базы. На базу транзистораT₁через резисторR₂подается напряжение,2в и определяемое диодамиД₁–Д₃, а на базу транзистораT₂через резисторR₃– напряжениеE_п=5в. Как видно из временной диаграммы работы схемы, она формирует отрицательный импульс из отрицательного перепада напряжения на тактовом входе. Наличие трех входов X, а также входа А значительно расширяет логические возможности РП.

Детекторы событий (фронтов).

Событие в цифровых устройствах - смена логического состояния в какой-либо цепи, т.е. положительные или отрицательные перепады (фронты). Детектор фронтов должен формировать импульсы из фронтов любой полярности. Схема детектора фронтов на элементах И-НЕ имеет вид:

Принцип действия схемы основан на использовании задержки распространения сигнала. По сути дела, схема представляет собой два последовательно включенных разностных преобразователя, один из которых выделяет фронт, а второй - срез входного сигнала.

Длительность выходных импульсов: _u=3t_{з ср}.

Эту схему можно использовать в счетчиках событий и в качестве удвоителя частоты в различных цифровых системах. Детектор событий может быть собран на других логических элементах или их комбинациях.

Стартстопные устройства.

Используются в устройствах управления и представляют собой совокупность RS-триггера и управляемого им вентиля.

Простейшая реализация стартстопного устройства содержит три двухвходовых вентиля:

Длительность ₁и₂стартстопных импульсов должна быть достаточной для срабатывания RS-триггера и одновременно меньше интервала времени между стартстопными импульсами₃, с тем чтобы исключить возможность появления на входах запрещенной комбинации. Обычно определяющим является условие₁;₂<₃. Если стартстопное управление формируется с помощью контактных переключателей типа реле, кнопок и т.п., то для улучшения динамических свойств RS-триггера и повышения его помехоустойчивости "свободные" выводы микросхем должны быть зафиксированы на уровнях "0" и "1":

В этой схеме R₁иR₂выбираются из соотношения:

Для элементов серии 155 R₁= R₂=300 Ом.

Как правило, эта схема используется в качестве генератора одиночных импульсов, который устраняет дребезг в контактах переключателя:

Резисторы R₁иR₂можно также подключать к источнику питанияЕ_п:

К достоинству этих двух схем можно отнести то, что резисторы R₁иR₂не потребляют мощности от источника при разомкнутых контактах, точнее, эта мощность ничтожно мала. Однако во второй схеме при замкнутых контактах эта мощность значительна, т.к. резисторыR₁иR₂замыкаются на общую шину.

Реализовать стартстопный RS-триггер можно на одном элементе И и одном элементе ИЛИ:

У данного триггера в отличие от нормальных схем выходы не дополнительные и управление на входах осуществляется разнополярными перепадами. Триггер может быть особенно полезным в случаях, когда необходимо исключить возможность состязаний. Как следует из временной диаграммы, на которой учтены задержки распространения вентилей, сигнал на выходе y₁полностью лежит внутри интервала времени, соответствующего длительности сигналаy₂.

Стартстопный RS-триггер можно собрать и на одном вентиле И:

На входе x₁обеспечивается уровень "1" через резистор R от источника питанияЕ_п. Если кратковременно замкнуть контакт "Старт", то на выходе установится уровень "1" и будет удерживаться, так какx₂=y. Кратковременное замыкание контакта "Стоп" обеспечивает появление "0" на выходе и удержание его по входуx₂=y. Аналогичную схему можно также построить на вентиле ИЛИ:

Последним двум схемам присуще интересное и довольно необычное свойство - между сигналом по одному из входов и сигналом на выходе здесь нет вентильной задержки. Однако у этих схем имеются существенные недостатки - сигнал на одном из входов обязательно совпадает с сигналом на выходе, поэтому в реальных схемах необходимо предусматривать меры защиты вентилей при одновременном действии сигналов "Старт" и "Стоп".