книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Генератор на двух ИОУ с ВЗМ (рис. 6 , 9, б), работающий в режиме автоколебаний, нё отличается от генератора, показанного на рис. 6.7, а. Поэтому все расчетные соотношения и временные диаграммы последнего остаются справедливыми и для рассматриваемого гене­

ряющих процесс восстановления исходного со­

ходное напряжение на противоположное: и± = = —Е, и2= Е. После окончания действия

запускающего импульса усилители будут удерживаться в этом состоянии напряжением

иТ = «2* = уЕ > “2" = ut = 0-

тые доли вольта. Усилители, изменяя выходное напряжение на противоположное, возвра­ тятся в исходное состояние. Конденсаторы С быстро разрядятся через диоды VD1, VD2 и резисторы R1, затем зарядятся до исходного напряжения ис (0) = 2Е. Поскольку

141

принцип работы этого генератора не отличается от генератора, показанного на рис. 6.7, в, расчетные формулы у них одни и те же.

Генератор на двух ИОУ с активным ВЗУ (рис. 6.9, г) принципиально ничем не отли­ чается от генератора на одном ИОУ с парафазным выходом (рис. 6 .8 , а). Поэтому процессы как в режиме автоколебаний, так и в заторможенном режиме, у этих генераторов ничем не отличаются друг от друга. Временные диаграммы (рис. 6 .8 , 6) и расчетные соотношения

при переходе ИОУ из одного состояния в другое (рис. 6.10, а), а конденсаторы перезаря­

образом, диоды VD4 и VD5 в начале заряда находятся под запирающим напряжением —2Е (рис. 6.10, б). Резисторы R2, R5 рассчитываются так, чтобы при заряде конденсато­ ра С/ зарядный ток его, являющийся током базы VT2, был достаточным для его насыщения.

По мере заряда конденсаторов напряжение на диоде VD5 остается неизменным, а за­ пирающее напряжение на диоде VD4 уменьшается, стремясь к + 2 Я. Когда оно достигнет нуля, диод VD4 начнет отпираться, конденсаторы при этом зарядятся до напряжения Е,

142

Зарядный ток конденсатора в этот момент уменьшается до нуля. Открытый транзистор VT2 выходит из режима насыщения и начинает запираться. Потенциал его коллектора

увеличивается. В результате дифференцирования напряжение и[" получает положительное'

приращение. Это же приращение получает напряжение и£. В результате усилители D At

и DA2 изменят состояние на обратное. Генерирование начального импульса с длительно­ стью /И| (рис. 6 .1 0 , б) на этом закончится.

Теперь конденсаторы С1 и С2 начнут разряжаться, стремясь перезарядиться до на­ пряжения противоположной полярности —2Е: С1 через участок база— эмиттер VTI (диод VD1 закрыт), диод VD2, выход усилителя DA1, выход усилителя DA2, резистор R8, диод VD6 (участок база—эмиттер VT2 закрыт); С2 через резистор R6, выход усилителя DAU выход усилителя DA2 и диод VD8. В начале стадии разряда конденсаторов анод дио­ да VD4 имеет потенциал —Е, а катод -\-Е> если пренебречь напряжениями на открытых р-п-переходах диодов] и транзистора. Начальное запирающее напряжение на диоде VD4, таким образом, равно — 2Е. Начальный потенциал анода диода VD5 определяется суммарным напряжением их = —Е и иС1 = —Е и поэтому равен —2 Е. Потенциал катода

определяется суммарным напряжением н2 + ис2 = 2£. Поэтому начальное запирающее напряжение uD5 = —4Е. По мере разряда и перезаряда конденсаторов это напряжение

стремится к + 2 Е. Когда оно достигнет нуля, а напряжения на конденсаторах станут рав­ ными £, диод VD5 начнет отпираться.

Перезарядный ток конденсатора С7, являющийся насыщающим базовым током тран­ зистора VT1, быстро уменьшается, транзистор VT1 выходит из режима насыщения и начи­ нает запираться. Увеличение потенциала его коллектора в результате дифференцирова­

ния вызовет увеличение напряжений и иjf, что изменит состояние усилителей DA1

и DA2 на противоположное. На этом закончится стадия формирования импульсов с дли­ тельностью tH (рис. 6 .1 0 , б).

В дальнейшем процессы будут периодически повторяться.

Повышение стабильности временных параметров импульсов этого генератора обуслов­ лено, как видно из диаграмм напряжений uD4 и uD5, большими пределами их изменения.

Согласно этим диаграммам длительность начального импульса при симметрии моста

конденсатор СУ непосредственно с анодом диода VD7, получим генератор, импульс запуска положительной полярности для которого необходимо подавать на освободившийся инвер­ тирующий вход усилителя DA1. В этом генераторе до подачи запускающего импульса конденсаторы заряжены до напряжения 2Е. При этом и± = Е, = —£ , a uD5 =• —2 /:.

После подачи импульса запуска усилители изменят состояние на противоположное, а кон­ денсаторы будут перезаряжаться. В момент начала перезаряда потенциал анода диода

8 . МНОГОФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИОУ

В отличие от многофазных генераторов (МФГ) [6 ] последовательностей импульсов, сдвинутых по фазе на 180°, в рассматриваемых МФГ фазовый сдвиг произвольный и регу­ лируемый.

Устройства формирования нескольких последовательностей импульсов, сдвинутых по фазе относительно друг друга, широко применяются в качестве цифровых фазовращате­ лей, генераторов тактовых импульсов для приборов с зарядовой связью и вычислительных

, 143

устройств на динамических элементах, генераторов временных задержек, распредели­ телей импульсов и т. д. Указанные импульсные последовательности можно получать с по­ мощью автоколебательных МФГ — импульсных устройств с л-выходами, генерирующих п последовательностей импульсов, сдвинутых во времени (по фазе) относительно друг

конденсатора С2 будет уменьшаться, стремясь к —Е. Когда оно достигнет значения

= —уЕ (момент t2), усилитель DA2 опрокинется, его выходное напряжение станет равным Е9и~ = уЕ, а напряжение в результате заряда конденсатора С1 станет увеличиваться,

стремясь к + £ . Когда оно достигнет значения уЕ (момент /3), усилитель DA1 снова опро­ кинется и т. д. Таким образом, процессы в генераторе будут периодически повторяться.

Временные параметры импульсов двухфазного генератора можно определить следу­

144

циального и синфазного входных напряжений соответственно.

При расчете генератора используется меньшее из этих рассчитанных по формулам (6.56) значений удоп.

Таким образом, с учетом допустимого режима работы усилителей в- соответствии о

Если необходимо получить временный сдвиг между последовательностями, не равный половине длительности импульса, достаточно сделать разными постоянные времени RC• цепей.

145

Принципиальная с х е м а т р е х ф а з н о г о г е н е р а т о р а показана на рис. 6.12, а. Этот генератор выполнен на трех ИОУ, соединенных так, что выход предыду­ щего усилителя соединяется соответствующим образом со входами последующих НОУ.

свое состояние на противоположное, а его выходное напряжение скачкообразно возросло до значения ил = Я. Тогда ранее зарядившийся конденсатор С2, подключенный к «+» входу усилителя DA2t начнет разряжаться, стремясь перезарядиться до напряжения + Я .

Когда он в момент tx перезарядится до напряжения ii^ = уЕ = и^~, усилитель DA2 перей­

дет в новое состояние, его выходное напряжение и2 скачкообразно возрастет до + Я . Кон­ денсатор С2 будет продолжать заряжаться.

усилитель DA 1 перейдет в новое состояние (момент /3), его выходное напряжение их скачко­ образно уменьшится до — Я. Конденсатор С2 теперь начинает разряжаться, а напряжение

где Uо — максимальное напряжение, до которого успевает зарядиться конденсатор. Для момента tx

Для учета ограничений, обусловленных предельно допустимым входным синфазным Г/СфМ и дифференциальным £/Д(ЬМ напряжениями, необходимо определить их значений*

146

димо включить дополнительные резисторы R' (на рис. 6.12, а). В этом случае максимальное

н"юс Цсфм и расчет вести для у'0 < Уодоп-

Для получения четырех последовательностей импульсов можно применить четырех­ фазный генератор (рис. 6.13, а), выполненный на четырех ИОУ.

Схема этого генератора выполнена так, что выход предыдущего генератора соединен с помощью времязадающей интегрирующей /?С-цепи с одним из входов последующего усилителя. Поэтому напряжение на интегрирующем конденсаторе является напряжением на одном из входов ИОУ. Параллельно конденсаторам включены резисторы R4, обеспечи­ вающие ограничения напряжения на допустимом уровне.

Процессы в этом четырехфазном генераторе аналогичны процессам в трехфазном ге­ нераторе (рис. 6 .1 2 , а). Временные диаграммы напряжений четырехфазного генератора по­ казаны на рис. 6.13, б.* Временные параметры четырех импульсных последовательностей wi» и2»% и w4 определяются так же, как и для трехфазного генератора.

.Временной сдвиг при одинаковых постоянных времени времязадающих цепей

Длительность и период следования импульсов последовательности определяются фор­

.147

Глава 7

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ

ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ

1.ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ИЛЭ ТТЛ

ВИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Косновным преимуществам ИЛЭ ТТЛ относятся высокое быстродействие, сравни­ тельно малое потребление энергии, высокие нагрузочные способности, обеспечиваемые

малым выходным сопротивлением сложного выходного инвертора. Эти достоинства позво­ ляют строить на основе ИЛЭ ТТЛ довольно быстродействующие импульсные устройства (особенно на ИЛЭ с диодами Шоттки) с хорошими показателями.

Основным недостатком ИЛЭ ТТЛ при использовании в ИУ являются сравнительно большие входные вытекающие токи многоэмиттерных транзисторов (МЭТ), что ограничива­ ет сопротивления резисторов ВЗУ, а следовательно, и длительности генерируемых импуль­ сов, скважности, коэффициенты деления и другие характеристики импульсных устройств. Последнее обстоятельство требует принятия специальных мер для увеличения удельных длительностей ИУ. В частности, важную роль в этом случае играет рациональный выбор вида ВЗЦ, обеспечивающий высокую эффективность Э.

При работе в импульсном режиме ИЛЭ поочередно находится в единичном и нулевом логических состояниях. Состояния ИЛЭ изменяются под воздействием ВЗН. В этой свя­ зи важными для ИЛЭ ТТЛ при работе в ИУ являются входная и передаточная характерис­ тики, которые получаются при управлении ИЛЭ по одному из входов. Для этого в ИЛЭ И—НЕ (т — 1) незадействованных входов подключаются к высокому потенциалу, а в ИЛИ—НЕ — к низкому. При этом ИЛЭ рассматривается как нелинейный четырехполюсник,

и передаточная характеристики ИЛЭ ТТЛ изображены на рис. 7.1, а [3]. В соответствии

с приведенными характеристиками, условно можно выделить три режима работы ИЛЭ-* режим генерации логической единицы — высокого уровня выходного напряжения, ре­ жим генерации логического нуля — низкого уровня выходного напряжения, режим уси­ ления.

Основными параметрами ИЛЭ ТТЛ являются : — пороговое входное напряжение,

соответствующее переходу элемента из единичного состояния в нулевое; — пороговое входное напряжение, соответствующее переходу элемента из нулевого состояния в едиличное; / ‘х, R'BX= d u J d iBX, и 1вых, £ ‘ых, R lBUX= duBm/dlBblx - входной ток. дифферен-

циальное входное сопротивление, выходное напряжение нагруженной схемы, выходное напряжение ненагруженной схемы, дифференциальное выходное сопротивление, соответст­

вующие единичному состоянию ИЛЭ; / вх, /?вх, (Увых> £ ВЬ1Х, ^вых — входной ток, диф­ ференциальное входное сопротивление, выходное напряжение нагруженной схемы, вы­

148

ходное напряжение йенагруженной схемы, дифференциальное выходное сопротивление соответствующие нулевому состоянию ИЛЭ; К = \duBblx/duax | - коэффициент усиления

ИЛЭ в режиме усиления.

Для упрощения расчетов импульсных устройств производится кусочно-линейная ап­ проксимация реальных характеристик ИЛЭ ТТЛ. В тех случаях, когда необходимо учиты­ вать усилительные свойства ИЛЭ, используется аппроксимация с учетом динамического участка характеристик (рис. 7.1, б). Если переключение ИЛЭ происходит под воздействием перепада напряжения с выхода схемы сравнения, то реальные характеристики ИЛЭ ап­ проксимируются без учета их динамического участка (рис. 7 .1 , в).

В соответствии с принятыми аппроксимациями характеристик параметры ИЛЭ ТТЛ принимают значения: Я°ых = 0, R°Bblx = О, /°х = О, К = £ ' ык/ (У,1 - U°n), U„ =

~ {U[n — t/ „ ) / 2 — граничное значение входного напряжения, соответствующее границе

между единичным и нулевым состояниями ИЛЭ. Кроме перечисленных, важными пара­ метрами ИЛЭ ТТЛ являются: максимально допустимая величина входного напряжения ^вхшах» минимально допустимая величина входного напряжения отрицательной поляр­

ности UBXmin, максимально допустимый выходной ток / вых тах элемента, максимальная частота переключения /тах, максимальная потребляемая мощность Р пот (для одного ИЛЭ).

В табл. 7.1 приведены типовые значения необходимых для’анализа и расчета импульс­ ных устройств параметров ИЛЭ ТТЛ серий: стандартной (К155), высокого быстродействия (130), микромощной (134), с диодами Шоттки (К531) [3, 43, 44] при принятых аппроксима­ циях их характеристик.

2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ИЛЭ ТТЛ С РЕЗИСТОРНО-ЕМКОСТНЫМИ ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ

Мультивибратор с перекрестными резисторно-емкостными обратными связями на ИЛЭ И—НЕ ТТЛ (рис. 7 .2 , а), в котором реализуется ВЗЦ вида 1 (см. табл. 3.5), наиболее прост в исполнении и является аналогом транзисторного мультивибратора с коллекторно­

базовыми связями.

В состав мультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ И—НЕ DD1.1 DD1.2, резисторы Rl, R2 и конденсаторы Cl, С2 ВЗЦ, защитные (демпфирующие) диоды VD1 и VD2. При использовании m-входовых ИЛЭ И—НЕ ТТЛ (т — 1) незадействованных входов подключаются к источнику питающего напряжения через резистор с сопротивлением

149

1 кОм или объединяются все m-входов (при т < 3), так как объединение входов при т > > 3 приводит к снижению входных сопротивлений элементов (в т раз). При заземлении хотя бы одного из входов ИЛЭ будут постоянно находиться в единичном состоянии. Диоды VD1 и VD2 предохраняют ИЛЭ от воздействия больших входных напряжений отрицатель­ ной полярности. Если использовать ИЛЭ со встроенными демпфирующими диодами, включенными между логическими входами и корпусом (например, в ИЛЭ серии К155), то необходимость в диодах VD1 и VD2 отпадает.

При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1 и DD1.2 поочередно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время пребывания инверторов

инвертора DD1.2 уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени xlf стремясь к нулевому уровню. Когда напряжение пвх2 достигнет порогового значения

£/„, ниже которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к увеличению

выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, при котором состояния элементов DD1.1 и DD1.2 изменяются на противополож­

разряду конденсатора С1 через открытый диод VD1, а затем к его перезаряду входным вы­ текающим током ИЛЭ DD1.2 через резистор R1 при закрытом диоде VD1. Входное напря­ жение ивх2 при этом возрастает до значения ивх (/и)> определяемого моментом окончания

процесса заряда конденсатора С2 с постоянной времени т2 в противоположной ветви муль­ тивибратора (t = t2 на рис. 7.2 , б).

Таким образом, процессы периодически повторяются и на выходах ИЛЭ DDL1 и DD1.2 формируются два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения с длитель­ ностями /д! ц /д2 (рис. 7.2, б).

150