книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

частоты следования импульсов, так как в этом случае возрастает крутизна времязадающего напряжения.

Устранить жесткий режим возбуждения колебаний в мультивибраторе на ИЛЭ ТТЛ можно не только выбором рабочих точек на динамических участках переходных характе­ ристик ИЛЭ, но и применением схемы автоуправляемого смещения или путем £-триггер-

изображена на рис. 7.9, а. Появление запрещенного сочетания входных сигналов в таком мультивибраторе приводит к образованию положительного напряжения на выходе .ИЛЭ DD1.4, прикладываемого к зарядным резисторам R1 и R2, что эквивалентно положитель­ ному зарядному напряжению Е3. Рабочие точки ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 в этом случае смеща­

ления Ri и R2 такого мультивибратора ограничиваются снизу не выражением (7.28) слева, а максимально допустимым входным вытекающим током / В1Х ИЛЭ ТТЛ. Ток, задавае­

где гбэ — сопротивление смещенного в прямом направлении перехода база—эмиттер МЭТ.

При выполнении условия / вх < /^х.доп» согласно выражению (7.38),

Максимально допустимые сопротивления Rx и R2 по-прежнему определяются неравен­

161

К основным достоинствам рассмотренного мультивибратора (рис. 7 .9 , б), по сравне­ нию с аналогичным мультивибратором с инверсными входами (рис. 7 .8 , а), относятся]

отсутствие жесткого режима возбуждения колебании; большой диапазон сопротивлений времязадающих резисторов, а следовательно,

и длительностей генерируемых импульсов при одинаковых С и Е3 (рис. 7.8, д и рис. 7.9, в); лучшие возможности по получению больших скважностей импульсов; лучшие показатели по стабильности частоты следования генерируемых импульсов при

работе на высоких частотах.

Рассчитаем мультивибратор на ИЛЭ И—НЕ ТТЛ серии 130 с перезарядом конденсатора ВЗЦ при заданной его емкости С = 10 000 пФ с исходными данными: / и1 = tH2= Ю0 мкс.

4. ЗАТОРМОЖ ЕННЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ИЛЭ ТТЛ

Вид ВЗЦ при построении заторможенных мультивибраторов на ИЛЭ различной ло­ гики следует выбирать из тех же соображений, что и для автоколебательных мультивибра­ торов. Расчет относительных нестабильностей длительности и эффективности заторможен­ ных генераторов, произведенный для различных видов ВЗЦ и типов ЦИМС (табл. 3.5), показывает следующее:

при использовании ВЗЦ вида 1 и 2 автоколебательные и заторможенные мультивибра­ торы на ИЛЭ одного типа обладают одинаковыми показателями по относительной неста­ бильности и эффективности; следовательно, заторможенные мультивибраторы с ВЗЦ та­ ких видов можно получать из соответствующих автоколебательных мультивибраторов путем замены одной из ветвей резистивно-емкостной обратной связи цепью запуска;

вид ВЗЦ для заторможенного мультивибратора с перезарядом конденсатора выбира­ ется, исходя из минимума относительной нестабильности и максимума эффективности с уче­ том специфических особенностей ИЛЭ различной логики и в зависимости от назначения генератора.

Если заторможенный мультивибратор возвращается в исходное состояние единичным сигналом с выхода ВЗЦ, то амплитуда запускающего импульса должна соответствовать уровню выходного напряжения ИЛЭ в единичном состоянии. При управлении заторможен­ ного мультивибратора нулевым сигналом с ВЗЦ амплитуду импульсов запуска выбирают в соответствии с уровнем выходного напряжения ИЛЭ в нулевом состоянии.

Длительность импульса запуска, с одной стороны, должна быть достаточной для пере­ ключения ИЛЭ, триггера или цифрового автомата на ИЛЭ, т. е. больше суммарного вре­

мени задержки их переключения или **£). С другой стороны, она должна быть меньше

длительности формируемого импульса tu. В противном случае мультивибратор во время действия запускающего импульса будет в неопределенном состоянии. Исключение состав­ ляют специальные формирующие схемы, для которых управляющим сигналом служит перепад входного напряжения. Так как по окончании генерирования выходного импульса заданной длительности на входах такой схемы будут действовать два одинаковых входных напряжения, такого рода заторможенные генераторы следует выполнять на основе устройств, для которых указанное сочетание входных сигналов не является запрещенным (например, Е- и .//(-триггеры на ИЛЭ).

Заторможенный мультивибратор с резисторно-емкостной обратной связью на ИЛЭ И—НЕ ТТЛ получается из автоколебательного мультивибратора с аналогичной ВЗЦ (см. рис. 7.2, а) путем исключения, например, конденсатора С2, резистора R2 и диода VD2. При этом исключенная резистивно-емкостная обратная связь заменяется непосредстпенной (триггерной) связью выхода ИЛЭ DD1.2 с одним из входов ИЛЭ DD1.L Запускающие

В исходном состоянии ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 находятся в нулевом и единичном состоя­ ниях соответственно. Под воздействием запускающего импульса ( / U на рис. 7.10, б) логические элементы изменяют свои состояния на противоположные, времязадающий ксн-

162

денсатор начинает заряжаться через выход ИЛЭ DD1.1 и резистор /?. Напряжение Urj2 на входе ИЛЭ DD1.2 при этом экспоненциально изменяется от £ тах, стремясь к 0. Форми­

рование рабочего импульса с длительностью t„ заканчивается при ивх2 (/„) = 6/Д (/ = (9

на рис. 7.10, б), так как дальнейшее уменьшение входного напряжения приводят к увели­ чению выходного напряжения ИЛЭ DD1.2. При / > t2в мультивибраторе развивается реге­ неративный процесс, по окончании которого ИЛЭ возвращаются в исходные состояния,

а напряжение ивх2 уменьшается скачком от (Уд до (U]n — £ вых). Далее мультивибратор

в два этапа возвращается в исходное состояние. Сначала конденсатор С разряжается через смещенный в прямом направлении диод VD, затем, после запирания диода, конденсатор

перезаряжается входным вытекающим током / вх ИЛЭ DD1.2, а напряжение ивх2 стремит­

ся к значению (Увх, определяемому из эквивалентной схемы на рис. 7.2, г. Если пренебречь временем разряда С через диод VD, то

заторможенного мультивибратора с резисторно-емкостной обратной связью при Т > /и + + /в сопротивление времязадающего резистора R выбирается таким образом, чтобы вы­

противление R в этом случае для неискаженной формы выходных импульсов выбирается несколько большим, чем при Т > t„ + /в, а именно так, чтобы за время Т — tH напряже­

163

Минимально допустимое сопротивление /? в обоих случаях определяется неравенством (7.19).

Выходные импульсы рассматриваемого заторможенного генератора при соблюдении условий (7.43) и (7.45) по форме близки к прямоугольным. Отношение уровней напряжения (Jn ф на переднем и U3 ф на заднем фронтах выходного напряжения определяются отноше­

нием сопротивлений./? и /?вых (соотношением (7.11)).

Принципиальная схема заторможенного мультивибратора с резистивно-емкостной об­ ратной связью на ИЛЭ ИЛИ—НЕ ТТЛ изображена на рис. 7.10, а. Работа мультивибра­ тора, временные диаграммы напряжений и расчетные соотношения при принятых на рис. 7.10, вобозначениях аналогичны описанным для генератора на ИЛЭ И—НЕ (рис. 7.10, а).

Заторможенный мультивибратор с двухпетлевой обратной связью на ИЛЭ И—НЕ обладает некоторыми особенностями (рис. 7.11). Вовремя регенеративного процесса возвра­ щения мультивибратора на ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 в исходное состояние действуют две петли положительной обратной связи: по второму входу ИЛЭ DDI.2 и через ИЛЭ DD1.1 по пер­ вому входу ИЛЭ DD1.2. Это улучшает частотные свойства генератора. Кроме того, время восстановления исходного состояния (с этого мультивибратора намного меньше, чем мультивибратора на рис. 7.10, о, так как после запирания диода VD (t = tj + tp на рис. 7.5, б) конденсатор С разря­ жается до тех пор, пока напряжение ывх2 (t) не достигает

сопротивления /? увеличивается и, в отличие от соотношения (7.43) для мультивибратора с резисторно-емкостной обратной связью (рис. 7.10, а), определяется неравенством

Нижний предел /? по-прежнему определяется выражением (7.19). Длительность выходного

При Т < /„ + tBдлительность tu определяется из трансцендентного уравнения (7.44). Заторможенный мультивибратор с перезарядом конденсатора ВЗЦ на ИЛЭ ТТЛ при­ меняется для получения импульсов с большой длительностью и имеет более высокую эф­

фективность.

Принципиальная схема заторможенного мультивибратора с перезарядом конденсатора ВЗЦ на ИЛЭ И—НЕ и дополнительным источником зарядного напряжения изображена на рнс. 7.12, а. В исходном состоянии на выходах ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 действуют напря­ жения с нулевым и единичным уровнями соответственно. При поступлении на вход ИЛЭ

DD1.1 импульса запуска отрицательной полярности с амплитудой ЕВЬ1Х мультивибратор

на элементах DD1.1 и DD1.2 переключается в новое состояние. На выходе ИЛЭ DD1.1 устанавливается напряжение, соответствующее логической единице (t = на рнс. 7.12, б). При / > tx конденсатор С перезаряжается через выход элемента DD1.1, резистор /? и ис­

и начинается процесс восстановления исходного состояния. С учетом временных диаграмм

164

Как показывает расчет, выполненный по формулам (7.41), (7.46) и (7.51), заторможен­ ный мультивибратор с перезарядом конденсатора ВЗЦ (рис. 7.12, а) имеет наименьшее вре­

максимально допустимоесопротивление времязадающего резистора R и, следовательнб, получить большие длительности импульсов при неизменной емкости конденсатора С.

Область допустимых значений R = f (Е3) для рассматриваемого заторможенного мультивибратора изображена на рис. 7.9, в.

При построении заторможенного мультивибратора с перезарядом конденсатора ВЗЦ на ИЛЭ ИЛИ—НЕ ТТЛ следует воспользоваться принципиальной схемой, изображенной на рис. 7.12, г. Заторможенные генераторы (рис. 7.12, а и г) работают и рассчитываются аналогично.

Пример. Рассчитаем навесные элементы R и С заторможенного мультивибратора на ИЛЭ ТТЛ с исходными данными: *и вх = 30 нс, /н = 37 мкс, Т = 40 мкс. Заданное

быстродействие мультивибратора обеспечивается при использовании ИЛЭ серии 130 с *зд + *зд = 24 мкс < /и вх. Предварительный расчет по формулам (7.41), (7.46) и (7.50) по-

165

5* ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ БОЛЬШ ОЙ СКВАЖНОСТИ НА ИЛЭ ТТЛ

Общие вопросы построения

Структурная схема генератора импульсов большой скважности (ГИБС) изображена на рис. 7.13. В состав генератора входят два триггера на ИЛЭ (77 и Т2), к прямым и инверсным выходам каждого из которых подключены ВЗЦ. Триггер 77 управляется сигнала*» ми с выхода ВЗЦ1, Т2 переключается сигналом с выхода 77 (или с выхода ВЗЦ1), а воз*» вращается в исходное состояние управляющим напряжением с ВЗЦ2. Выходные напряжен ния обоих триггеров поступают на элемент совпадения # , на выходе которого формирует*» ся требуемая последовательность импульсов.

Таким образом, период следования выходных импульсов Т равен периоду следования импульсов с выхода 7 7 , т. е. сумме длительностей (Т = + t2), а длительность выходных импульсов /„ определяется разностью между длительностями импульсов с выходов 77 и

пустимым входным вытекающим током ИЛЭ ТТЛ и условием работы мультивибратора при конкретном значении — Е3. Скважность импульсов ГИБС

Q = (^i гЬ т2)/(тг — х3),

откуда видно, что большая скважность может быть получена при 'почти одинаковых т% Помимо получения больших скважностей, к достоинствам ГИБС следует отнести: возможность независимой регулировки длительности и периода следования импульсов;

так, например, изменение постоянной времени т3 ВЗЦ2 приводит к изменению при Т « = const;

возможность получения малых длительностей генерируемых импульсов путем прибли­ жения постоянной времени т3 к тх; длительность выходных импульсов можно сделать на­ столько малой, насколько это позволит быстродействие элемента И и стабильность форми­ рования временных интервалов t2 и /8.

Генератор импульсов большой скважности на ИЛЭ ТТЛ

Принципиальная схема ГИБС на ИЛЭ И—НЕ с перезарядом конденсаторов ВЗЦ Н временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы, изображены на рис. 7.14, а и б. Принцип работы генератора заключается в следующем. Если в момент

выход ИЛЭ DD1.4, открытый диод VD3 и выход ИЛЭ DD1.3 с постоянной времени гц.

166

Время перезаряда конденсатора С2 определяет время восстановления ta исходного состо­ яния в генераторе.

Напряжения с выходов ИЛЭ DD1.1 и DD1.3 поступают на двухвходовой ИЛЭ И—НЕ DD1.5 (рис. 7.14, а). Как следует из временных диаграмм, выходное напряжение элемента DD1.5 ивых соответствует логическому нулю только в интервалах времени t23 и /60, когда

на обоих его входах одновременно действуют высокие потенциалы, что определяет длитель­

^31 + U h - U c

(7.54)

167

ограничена лишь временем задержки переключения ИЛЭ DDLS и габаритными размера­ ми резисторов и емкостей ВЗЦ.

Выбор сопротивлений времязадающих резисторов в рассмотренном ГИБС и устра­ нение жесткого режима его возбуждения производится аналогично автоколебательному и заторможенному мультивибраторам на ИЛЭ ТТЛ с перезарядом конденсаторов ВЗЦ. ГИБС на ИЛЭ ИЛИ—НЕ выполняется с использованием автоколебательного и затор­ моженного мультивибраторов на аналогичных элементах (рис. 7.7, б и рис. 7.12, г) в со­ ответствии со структурной схемой, изображенной на рис. 7.13.

(рис. 7.14) рассчитывается в следующем порядке. Из пределов, ограниченных неравенст­

(рис. 7.14, а) обеспечивают микросхемы серии 155 (см. табл. 7.1). Заданные значения Q и Т получены без применения дополнительного источника зарядного напряжения.

6 . МНОГОФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИЛЭ ТТЛ

Общие вопросы построения многофазных генераторов на ЦИМС

Обобщенная структурная схема п-фазного генератора импульсов изображена на рис. 7.15. В состав генератора входят п триггеров Т на ЦИМС, к прямым и инверсным выходам каждого из которых подключена ВЗЦ. После очередного опрокидывания, на­ пример триггера ТУ, управляющий сигнал с его ВЗЦ, формируемый через время разря­ да или заряда соответствующего конденсатора, поступает на вход Т2. Каждый последую­ щий триггер переключается под воздействием управляющего сигнала с предыдущей ВЗЦ. Триггер ТУ переключается и возвращается в исходное состояние под воздействием сиг­ нала с ВЗЦ под номером п.

168

Таким образом, в процессе последовательного разряда или заряда конденсаторов и последующего поочередного переключения триггеров на выходах последних форми­ руется п импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на время разряда или заряда конденсатора. Суммы этих времен для п конденсаторов определяют длительности выходных импульсов генератора, а* суммы всех времен разряда или заряда

где i = 1 , 2 , ..., п.

Например, при равенстве времязадающих элементов ВЗЦ в двухфазном генераторе (рис. 7.15 при п = 2 ), Дф = п/2 .

Если соединить выходы ВЗЦ не с соседними, а с входами других триггеров в необ­ ходимом порядке и изменять соответствующие параметры ВЗЦ, то получим я-фазыый генератор с любыми и регулируемыми от 0 до 360° фазовыми соотношениями. Фазовый сдвиг во всех случаях определяется величиной Дф = (/Дф//н) л, где /Дф — временной

сдвиг между импульсами (i + 1) -и t-й последовательностями; /и — длительность импуль­ сов i-й последовательности.

Многофазные генераторы легко переводятся в заторможенный режим работы, для чего на один из входов триггера 77 вместо управляющего сигнала с ВЗЦ следует пода­ вать запускающие импульсы с периодом следования ббльшим, чем сумма всех времен пе­ резаряда конденсаторов. Варианты построения и принципы работы многофазных гене­ раторов на основе конкретных ЦИМС рассмотрим на примерах двухфазных генераторов.

Двухфазные генераторы импульсов на ИАЭ ТТЛ

зисторы R2, R4 и источники зарядного напряжения —£ з2,— £ 33; защитные диоды VD5,

VD6, VD7 и VD8, преДохраняющие ИЛЭ от перенапряжения по входам.

Временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы генератора, по­ казаны на рис. 7.16, б, где wBx4 — времязадающее напряжение на катоде защитного

диода VD8 ИЛЭ DD1.4, ивх2 — времязадающее напряжение на катоде защитного диода VD6 ИЛЭ DD1.2, иш%1 выходное напряжение с выхода ИЛЭ£>Ш ./ первого триггера, авых2 “ выходное напряжение с выхода ИЛЭ DD1.3 второго триггера.

Работу генератора рассмотрим с момента времени, когда оба триггера находятся в единичных состояниях» т. е. на выходах ИЛЭ DD1.1 и DD1.3 высокие выходные напряже­ ния (t = ti на рис. 7.16, б). При tf конденсатор С/ перезаряжается через выход ИЛЭD D /7 , открытый Диод VD1, резистор R1 и источник зарядного напряжения —£ з1.

Напряжение ивх4 при этом экспоненциально убывает с постоянной времени т* от £ тах4,

169

пе реключается в нулевое состояние (* = *3), т. е. заканчивается формирование временного интервала i23. Затем конденсатор С1 перезаряжается в обратном направлении и второй триггер возвращается в исходное единичное состояние (/ = /4). Первый триггер возвра­ щается в исходное единичное состояние после перезаряда конденсатора С2 в обратном направлении (t = /б).

Таким образом, в процессе последовательного формирования временных интервалов *12. *23. *34»*46в взц с перезарядом конденсаторов С/, С2 и поочередного переключения триггеров на выходах двухфазного генератора получаем две импульсные последователь­ ности, сдвинутые во времени (по фазе) (нвь|х1 и ыВЬ|х2). При принятых на рис. 7.16, б

обозначениях, с учетом формул (7.57),

где *Дф и Аф — временной и фазовый сдвиги между импульсами второй (с выхода ИЛЭ

DDLS) и первой (с выхода ИЛЭ DD1.1) последовательностей.

Количественные соотношения в двухфззном генераторе импульсов определяются

170