книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

6 учетом принятой на рис. 7.8, в аппроксимации переходной характеристики ИЛЭ ТТЛ е защитным диодом на входе, тогда ^ вых =— и,0. ^£°вых = 0и, Ulnlи п1 —= и п1 —- иu Dг.

Так как цепи перезаряда обоих конденсаторов в прямом и обратном направлениях идентичны, то воспользуемся обобщенной эквивалентной схемой перезаряда конденсато­ ра Сх через сопротивление времязадающего резистора Rg и источник зарядного напря­ жения — Язб (рис. 7.16, в). Для получения эквивалентной схемы перезаряда, например

сопротивления открытых диодов rD намного меньше сопротивлений времязадающих ре-

В двухфазном генераторе можно осуществлять плавную регулировку фазовых сдви­ гов и параметров выходных импульсов изменением постоянных времени ВЗЦ или заряд­ ных напряжений. Последнее обстоятельство открывает широкие возможности для элек­ тронной регулировки выходных параметров многофазных генераторов.

Так, например, при Яз1 = Яз2, Яз3 = Яз4 попарное изменение зарядных напря­

жений приводит к изменениям фазовых соотношений в двухфазном генераторе при рав­ ных длительностях выходных импульсов; при Яз1 = Яз2 = Яз3 = Яз4 изменение общего

зарядного напряжения приводит к изменению частоты следования выходных импульсов генератора с сохранением фазовых соотношений <между ними.

При определенных условиях в двухфазном генераторе (рис. 7.16, а) возникает жест­ кий режим возбуждения колебаний, устранить который можно применением схем автоуправляемого смещения; правильным выбором величин сопротивлений времязадающих резисторов и зарядных напряжений; включением ИЛЭ по схеме триггеров, не имеющих запрещенных сочетаний входных сигналов (например по схеме Я-триггеров).

Для обеспечения мягкого режима возбуждения в соответствии с графиком R3 = t= / (£ 3) (рис. 7.8, д) выбираются R и Я3. Для нормальной работоспособности генерато­ ра на основе Я-триггеров на ИЛЭ величины R и Я3 выбираются из области их допусти­ мых значений, приведенной на рис. 7.9, в.

Принципиальная схема двухфазного генератора импульсов на ИЛЭ И—НЕ с автоуправляемым смещением изображена на рис. 7.J6, г. Работа элементов автосмещення

171

происходит так же, как в мультивибраторе с автосмещением на ИЛЭ И—НЕ с перезаряд дом конденсатора ВЗЦ (см. рис. 7.9, а). Возможность электронной регулировки пара­ метров выходных импульсов генератора путем изменения зарядных напряжений в этом случае исключается.

При расчете и регулировании параметров выходных импульсов двухфазных генера­ торов следует помнить, что соотношения (7.60) справедливы при выполнении условий (см. временные диаграммы напряжений на рис. 7.16, б) t12^ /допi, t23 > /доп4,

^(доп2> ^45 ^ ^допЗ»

где длительности временных интервалов /доп1, /доп2, !доп3 и /доп4 определяются выра­ жениями

7. ИМПУЛЬСНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ ЧАСТОТЫ НА ИЛЭ ТТЛ С ВРЕМЯЗАДАЮЩЕИ ЦЕПЬЮ

Общие вопросы построения делителей частоты на ЦИМС

В цифровой микросхемотехнике для деления частоты следования импульсов исполь­ зуются счетчики в режиме деления частоты (пересчетные устройства). Однако для полу­ чения больших коэффициентов деления п счетчики должны быть многоразрядными, а сле­ довательно, для их построения требуется большое количество ЦИМС, что повышает по­ требляемую мощность и увеличивает габаритные размеры устройства в целом. В неко­ торых случаях более выгодно выполнять импульсные делители частоты на ЦИМСс приме-

Структурная схема импульсного делителя на основе заторможенного генератора на

триггер до тех пор, пока управляющий сигнал с выхода ВЗЦ, формируемый через время /0, не возвратит его в исходное состояние. Таким образом, временной интервал tQопре­ деляет коэффициент деления п делителя, а длительность выходных импульсов /и оказы-

172

вается меньше периода следования входных импульсов Твх и регулируется в пределах заданного коэффициента деления путем изменения /0, т. е. постоянной времени ВЗЦ. В этом случае синхронизируется только период следования выходных импульсов муль­ тивибратора, а стабильность длительности определяется стабильностью его собственных колебаний. При изменении / 0 за пределы Твх регулируется коэффициент деления п де­ лителя.

Согласно временным диаграммам напряжений (рис. 7.17, б), для делителя на основе заторможенного генератора Т = пТвх\ /и = пТвх = — /0-

В некоторых случаях длительность выходных импульсов делителя необходимо сде­ лать равной или кратной периоду следования входного напряжения, т. е. обеспечить синхронизацию как периода следования выходных импульсов, так и их длительности. Структурная схема такого делителя изображена на рис. 7.17, в. Наличие элемента И обес­ печивает работу делителя таким образом, что входные импульсы воздействуют на триггер

выходных синхронизированных импульсов.

Для получения произвольных и регулируемых длительностей выходных импульсов (не кратных Гвх) делители частоты следует строить в соответствии со структурной схе­ мой, показанной на рис. 7.18, а. Здесь, в отличие от делителя на рис. 7.17, в, триггер 77 синхронизируется лишь по одному из входов. В исходное состояние триггер возвра­ щается независимо от наличия входных импульсов по другому его входу при поступлении управляющего сигнала с выхода ВЗЦ (/ = tf, t = на рис. 7.18, б). В соответствии с временными диаграммами напряжений (рис. 7.18, б) для такого делителя Т = пТвх\ /„ = tx. При изменении постоянной времени ВЗЦ, формирующей интервал времени

173

следует использовать генераторы на ЦИМС с большой скважностью собственных коле­ баний.

Структурная схема делителя на основе ГИБС показана на рис. 7.18, в. Входные импульсы с длительностью /и вх и периодом следования Т’вх не будут оказывать воздей­

ствия на генератор до тех пор, пока не закончится последовательное формирование ин­

ределяется суммой временных интервалов t0 и tv С учетом принятых на рис. 7.18, г обо­ значений Т = пТвх\ = Т — t0 — tx.

Зоны синхронизации генераторов на ЦИМС с времязадаюгцей цепью

Для определения условий, при которых в генераторах на ЦИМС с ВЗЦ обеспечи­ вается режим синхронизации заданной кратности, применяется графоаналитический ме­ тод. При этом принимаются следующие упрощения:

времязадающие напряжения (реально экспоненциально возрастающие или убываю­ щие) в цепи управления генератора в течение каждого цикла колебаний изменяются (увеличиваются или уменьшаются) во времени по линейному закону;

при синхронизации короткими импульсами последние имеют бесконечно малую дли­ тельность по сравнению с периодом собственных колебаний генератора;

скачки напряжения в генераторе происходят мгновенно.

Пусть форма реального времязадающего напряжения, экспоненциально убываю­ щего от U до — Е, имеет вид, изображенный на рис. 7.19, а. При синхронизации корот* ними импульсами входные синхронизирующие импульсы поступают с периодом следо­ вания Гвх. При отсутствии синхронизации автоколебания генератора происходят с пе­

дающего напряжения, напряжениями U, Un, — Е и периодом следования входных син­

При принятых на рис. 7.19, а обозначениях синхронизация с заданными коэффи­ циентами деления я будет обеспечена лишь тогда, когда кривая времязадающего напря­

Уравнение (7.63) устанавливает однозначное соответствие между точками плоскости 0Х и возможными изменениями параметров U, Е, Unt Твх%т, я и является уравнение^ зон синхронизации при выбранных времязадающем и синхронизирующем напряжения**

174

Однако зоны синхронизации делителя при экспоненциальном времязадающем напря­ жении имеют сложный логарифмический характер. Это затрудняет построение и выбор режима работы делителя с ^заданным коэффициентом деления п. Применив разложение функции In (1А') в степенной ряд или в непрерывную дробь, задачу‘;Построеиия зон син­ хронизации можно несколько упростить. Однако и в этом случае инженерные расчеты будут достаточно сложными.^ Для выбора режима работы делителей частоты на ЦИМС с ВЗЦ используется линейная аппроксимация экспоненциального времязадающего напряжения. Для этого экспоненциальную кривую АС заменяют прямой АС (рис. 7.19, а).

175

в цепи управления делителя (рис. 7.19, г при принятой идеализации) изображены на рис. 7.19, д н е соответственно. Зоны имеют граничные линии, которые описываются уравнением

(рис. 7.20, а) граничные линии их зон синхронизации (с учетом принятой Идеализации) описываются уравнением

.176

Зоны синхронизации генераторов для обоих видов времязадающего напряжения, построенные в соответствии с уравнением (7.67), изображены на рис. 7.20, б (где X = = 1 — А) и рис. 7.20, в (где X = А,). Разрыв между соседними вонами синхронизации в этом случае прямо пропорционален коэффициенту а . Чем больше амплитуда синхро­ низирующего напряжения превышает пороговое напряжение, тем шире зоны синхрони­ зации и тем меньше разрыв между ними.

Рис. 7.21

Зоны синхронизации, построенные в соответствии с уравнением (7.68), показаны на рис. 7.20, д н е . Ширина зон синхронизации в этом случае обратно пропорциональна ко^>фициенту а, т. е. чем больше а, тем больше разрыв между зонами и тем меньше их ширина.

Временные диаграммы напряжений в цепи управления делителя с убывающим времязадающим напряжением почти прямоугольной формы при синхронизации короткими импульсами изображены на рис. 7.21, а. Времязадающее напряжение при принятой идеализации имеет два выраженных участка: СН и НВ. Зоны синхронизации для такой формы напряжения можно получить последовательным переходом от зон синхронизации для времязадающего напряжения CD, действующего на участке СЯ, к зонам для напря­ жения АВ на участке НВ. Точка Я пересечения прямых АВ и CD соответствует зна­ чению U0 управляющего напряжения, при котором наступает излом времязадающего напряжения (резкое изменение его постоянной времени).

Из подобия треугольников АОВ и AFH, COD и CFH следует FHIOB = AFIAO;

где у = U/U9; А, = V*IV\ Я0 = UJU.

Зоны синхронизации на участке СЕ имеют граничные линии, уравнения которых описываются выражением (7.64) при А, > К0.

177

Выбор режимов работы делителей частоты на ЦИМС с ВЗЦ

Выбор режимов работы импульсных делителей частоты на ЦИМС с ВЗЦ и их расчет производится как графоаналитическим методом с использованием зон синхронизации, так и аналитическим методом с помощью соотношений (7 .7 5 ).

Выбор режима работы делителей графоаналитическим методом сводится к выбору внутри соответствующей зоны синхронизации А.0 на прямой X = X* такой исходной точ­

приближении параметры ДА, и Д0 можно считать независимыми случайными величинами,

тать независимыми. Увеличение ДА,, например, может при­ вести к уменьшению 7\ т. е. к возрастанию Д0.

Трудности практического учета взаимозависимости величин ДА, и 0, неизбежные погрешности при принятых идеализациях, а также повышенные требования к надеж­ ной работоспособности делителей с заданным коэффици­ ентом деления п вызывает необходимость выбирать режим работы делителей частоты со значительным запасом. По этой

причине эллипс рассеяния с диагоналями 2 ДА,тах и 2Д0тах заменяют прямоугольником

рассеяния со сторонами 2 Кзап^шах 2 -^зап^тах» где /Сзап— коэффициент запаса Ч а п > 1), вписанный в зону заданной кратности п. Положение рабочей точки М (А,*,

0*) на прямой А, = А,* и соотношение между сторонами прямоугольника зависит от соот­ ношения заданных максимальных абсолютных нестабильностей ДА,тах и Д0тах.

Например, при синхронизации генератора с убывающим времязадающим напря­ жением короткими импульсами точка М (А,*, 0*) должна лежать на пересечении диаго­ налей прямоугольника ABDC со сторонами АВ = 2/СзапД0тах, АС = 2 /СзапДА.тах,

вписанного в зону кратности п (рис. 7.22). Координаты вершин прямоугольника В и С, лежащих на граничных линиях зоны п, должны удовлетворять уравнениям этих гра­ ничных линий, т. е. уравнению (7.64) при г\ = 0 и л = 1:

179

так и коэффициент запаса при заданном коэффициенте деления п

Обычно заданными бывают относительные нестабильности источника питания микро­ схем (Д£нп/£ н>п), порогового напряжения (Д£/п/£/п), дополнительного источника заряд­

ного напряжения (Д£/£), падения напряжения на смещенных в прямом направлении дио­ дах (AUD/UD), параметров времязадающих элементов (AR/R) и (АС/С), периода следо­

вания входных синхронизирующих импульсов (АТВХ/ТВХ).

Режим работы делителей на ЦИМС с ВЗЦ выбирается графоаналитическим методом

вследующем порядке.

1.Производится линеаризация экспоненциально изменяющегося времязадающего напряжения по методике, изложенной выше, и определяется величина Т.

2.Определяется координата А,* = Un/U рабочей точки М (АЛ 0*), где Un — по­ роговое напряжение ЦИМС заданного типа при выбранной аппроксимации характе­ ристик.

3.По формулам (7.73) и (7.74) вычисляются максимальные относительные нестаоиль-

ности 6Яшах и Щ'max с Учетом

Если U и Т не зависят от Uu> UD н Ut Е соответственно, то нестабильности этих

параметров в соотношениях (7.77) и (7.78) не учитываются. Относительные нестабиль­ ности AR и АС времязадающих элементов ВЗЦ включают в себя как технологический разброс параметров R и С при изготовлении, так и изменения под воздействием внешних условий эксплуатации.

4. Проверяется устойчивость деления частоты с заданным коэффициентом деления л0, для чего по формуле (7.75) определяется лтах и проверяется выполнение неравенства

Формулы (7.75), (7.76) и (7.79) справедливы для делителя с убывающим времязадающим напряжением при синхронизации короткими импульсами. В остальных случаях подобные выражения отыскиваются аналогичным образом с учетом конкретных уравне­

Выбор режима работы делителей частоты на ЦИМС с ВЗЦ аналитическим методом производится с помощью соотношений (7.62). При этом величины Д/х, Ых и 6 fx Опреде­ ляются экспериментально для каждого типа генератора, а затем проверяется выполнение соотношений (7.62) для заданного коэффициента деления п. Соотношения (7.62) справед­ ливы при абсолютно стабильном периоде следования входных синхроимпульсов. С уче­ том абсолютной и относительной нестабильностей АТ1^ и б71вх периода следования ил»

180