6.2. Формирователи сигналов
При работе с цифровыми устройствами достаточно часто требуется формировать импульсы определённой длительности. Эту задачу выполняют специальные устройства - формирователи импульсов.
6.2.1. Укорачивающие формирователи
Рассмотрим схему, приведённую на рис. 6.8.
Рис. 6.8. Схема укорачивающего формирователя.
Временные диаграммы сигналов на входе и выходе инвертора, а также на выходе схемы "И" приведены на рис. 6.9.
Как видно из этих временных диаграмм, формирователь, схема которого приведена на рис. 6.8, вырабатывает одиночный импульс по фронту входного сигнала. Длительность
Рис. 6.9. Временные диаграммы укорачивающего формиователя.
импульса на выходе такой схемы будет равна времени задержки инвертора.
Если требуется длительность выходного импульса, большая времени задержки одиночного инвертора, то можно применить дополнительные элементы задержки на пассивных RC элементах. Пример подобной схемы приведён на рис. 6.10, а временные диаграммы этой схемы - на рис. 6.11.
Рис. 6.11. Схема укорачивающего формирователя с использованием RC элементов задержки.
Длительность
выработанного формирователем импульса
можно вычислить исходя из условия
разряда конденсатора С1. Действительно,
пока конденсатор С1 разряжается до
уровня порогового напряжения Uпор на
его выходе поддерживается уровень
логического нуля. С течением времени
напряжение на конденсаторе C1 становится
равным Uпор
и на выходе элемента И-НЕ появится
уровень логической единицы. Если считать,
что напряжение до начала разряда на
конденсаторе было равно напряжению
уровня уровень логической единицы
,
то изменение напряжения
с течением времени можно представить
как:
,
следовательно
.
Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до порогового значения Uпор будет равна:
Рис. 6.12. Временные диаграммы укорачивающего формирователя с использованием RC элементов задержки.
6.2.2. Расширяющие одновибраторы
В расширяющих одновибраторах (заторможенных мультивибраторах) длительность входного (запускающего) импульса должна быть короче длительности формируемого импульса.
Схема расширяющего одновибратора приведена на рис. 6.13. Он выполнен на двух логических элементах. Схема охвачена положительной обратной связью, так как выход второго элемента соединен с входом первого.
Рис. 6.13. Схема расширяющего одновибратора.
В исходном состоянии на выходе элемента DA2 (рис. 6.14) имеется уровень логической единицы, а на выходе элемента DA1 - уровень логического нуля, так как на обоих его входах присутствуют логические единицы.
Рис. 6.14. Временные диаграммы работы расширяющего одновибратора
При поступлении на вход запускающего импульса с нулевым потенциалом на выходе первого элемента появится уровень логической единицы, который через конденсатор С1 поступит на вход второго элемента. Элемент DA2 инвертирует этот сигнал и уровень “0” по цепи обратной связи подается на второй вход элемента DA1. Теперь даже если на входе снова появится уровень логической единицы, на выходе элемента DA1 будет сохраняться высокое напряжение.
На выходе элемента DA2 уровень логического нуля будет присутствовать до тех пор, пока конденсатор C1 не зарядится до уровня Uc = U1 - Uпор, а напряжение на резисторе R1 не достигнет порогового уровня Uпор .
Длительность выходного импульса одновибратора может быть определена с помощью выражения
где Rвых - выходное сопротивление первого элемента. Uпор - пороговое напряжение логического элемента. Сопротивление резистора R1 выбирается из условия:
Основными недостатками рассмотренных схем являются ограничения, накладываемые на длительность входного сигнала. В частности, как следует из описания, длительность входного сигнала не может быть больше расчетной длительности выходного. Поэтому были разработаны и выпускаются промышленностью мультивибраторы у которых на длительность входного сигнала не накладывается ограничений (К555АГ1, К555АГ3). Их принцип действия подобен рассмотренному. Отличие заключается в наличии в составе схемы R-S триггера, обеспечивающего дополнительные возможности.