книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Аналогично, ввиду полной симметрии схемы ВЗУ, определяется длительность всеменного интервала t±.

Как следует из соотношения (7.101), введение компенсирующих диодов VD9 и VDI0 позволяет исключить влияние нестабильностей падений напряжений на смещенных в прямом направлении диодах и переходах транзисторов на длительности временных ин­

где Д/0, Afj, 6 /0, 6 /х — абсолютные и относительные нестабильности временных интерва­ лов /0, tx\ ДГвх, 6 ГВХ— абсолютная и относительная нестабильности периода следования

Применяемое в делителе ВЗУ с ВЗЦ вида 6 обеспечивает высокие стабильности и удельные длительности формируемых временных интервалов и tu что позволяет полу­ чить большие значения коэффициентов деления л.

Стабилизация импульсных устройств на ЙАЭ ТТЛ путем применения высокостабильных генераторов тока

Для обеспечения линейной регулировки временных параметров в ИУ на ИЛЭ ТТЛ вместо времязадающих резисторов следует применять транзисторные генераторы ста­ бильного тока (ГСТ), обеспечивающие заряд конденсаторов ВЗЦ постоянным током. Электронная регулировка в этом случае производится изменением токов ГСТ под воздей­

ствием управляющих напряжений.

Высокая стабильность ИУ на ИЛЭ ТТЛ с ГСТ обеспечивается высокой (постоянной при регулировке длительности выходных импульсов) крутизной времязадающего на­ пряжения в момент переключения ИЛЭ или срабатывания транзисторных компара­

торов.

Крутизну времязадающего напряжения в генераторах можно повысить больше, если обеспечить заряд конденсатора возрастающим током^ формируемым управляемыми ГСТ. Принципиальная схема генератора на основе цифрового автомата на ИЛЭ ТТЛ с пере­ зарядом двух конденсаторов (ВЗЦ вида 6 ), с управляемыми ГСТ и с диодно-транзистор­ ными компараторами изображена на рис. 7.32, а.

Управляемые ГСТ на транзисторах VT1 и VT2 обеспечивают перезаряд конденсатора С1 в прямом и обратном Направлениях через один из выходов цифрового автомата на ИЛЭ DD1.1—DD1.6 (на котором выходное напряжение соответствует логической единице) и один из диодов VD1 т ч у02 возрастающим током. Конденсатор С2 перезаряжается через другой выход цифрового автомата, диоды VD4, VD5 или VD3, VD6 и переходы база— эмиттер управляющих транзисторов VT6 или VT5 возрастающим током, формируемым управляемыми ГСТ на транзисторах VT3 и VT4. Первая пара ГСТ на транзисторах VT1 и VT2 управляется возрастающим времязадающим напряжением с обкладок кон­ денсатора С2 , вторая пара на транзисторах VT3 и VT4 — убывающим времязадающим

191

напряжением с обкладок конденсатора С/. Переключается цифровой автомат под воз­ действием положительных перепадов напряжения с коллекторов управляющих транвисторов VT5 и VT6 при их запирании в моменты насыщения коллекторных перехо­ дов транзисторов VT1 или VT2, т. е. при равенстве противофазных времязадающих напряжений на обкладках конденсаторов С1 и С2 и последующем резком уменьшении перезарядных токов.

Для определения расчетных соотношений необходима эквивалентная схема переза­ ряда конденсаторов (рис. 7.32, в) при формировании импульса с длительностью, напри­ мер /и1, когда на выходах ИЛЭ DDJ.1 и DD1.2 установлены высокие и низкие напряже­

ния соответственно (интервалы времени /j2 и / 34 на рис. 7.32, б). Анализ произведем без у*:?та падений напряжения на смещенных в прямом направлении диодах, переходах

Рис. 7.32

транзисторов (допустим, что в схеме генератора проведена диодная компенсация) и

базовых токов биполярных транзисторов.

Законы изменения времязадающих напряжений на конденсаторах С/ и С2 опреде­

Общие решения линейных дифференциальных уравнений (7.103) второго порядка с постоянными коэффициентами и постоянной правой частью записываются в виде

192

Г л а в а 8

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ ЭМИТТЕРНО-СВЯЗНОЙ ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ

1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ИЛЭ ЭСТЛ В ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Ненасыщенный (линейный) режим работы транзисторов в ИЛЭ ЭСТЛ, применение эмиттерных повторителей на выходах, ускоряющих процессы заряда и разряда нагру­ зочных емкостей, а также малые перепады выходных напряжений обеспечивают высокое быстродействие й высокую нагрузочную способность логических элементов этого типа. Наличие эмиттерной отрицательной обратной связи обусловливает их большое входное сопротивление.

Перечисленные достоинства позволяют строить на основе ИЛЭ ЭСТЛ широкодиапа­

ИЛЭ; входной ток / вх и выходное напряжение Ввых ненагруженной схемы, соответствую­ щие единичному состоянию ИЛЭ; входные пороговые напряжения [/%, £/„, соответствую­

щие переходу ИЛЭ из единичного состояния в нулевое и наоборот. Так как выходные напряжения ИЛЭ ЭСТЛ имеют отрицательную полярность, то в качестве логических нуля и единицы выбирают соответственно низкий и высокий отрицательные уровни вы­ ходного напряжения.

Кроме перечисленных, важными параметрами ИЛЭ ЭСТЛ являются дифференциаль­ ные входное и выходное сопротивления RBK = 8uBX/diBX\ RBblx= 8ивых/сИвых\ максимально

и минимально допустимые значения входного напряжения UBX maxt UBXmin; максимально

ного элемента).

Основными недостатками ИЛЭ ЭСТЛ являются:

малая величина логического перепада AUn = | £^ых “ * ^вых I выходного напря­

жения, что, без принятия специальных мер, обусловливает малые пределы изменения времязадающего напряжения на конденсаторе ВЗД и, как следствие, низкую крутизну

194

его в момент переключения логических элементов и низкую стабильность длительностей временных интервалов; малые значения напряжений статической помехоустойчивости

UL U= I £ вых — Uh I. и °пом = I Е ШХ — u n I (меньше, чем падения напряжения на открытых диодах UD), что исключает возможность применения резистивно-емкостных

ВЗЦ с управляющими диодами.

В табл. 8 .1 приведены типовые значения параметров ИЛЭ ИЛИ/ИЛИ—НЕ ЭСТЛ некоторых серий при принятых на рис. 8 . 1 , б аппроксимациях характеристик.

2.МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ИЛЭ ЭСТЛ

СРЕЗИСТОРНО-ЕМКОСТНЫМИ ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ

Мультивибратор на ИЛЭ ЭСТЛ с перекрестными резисторно-емкостными обратными связями можно выполнить с использованием как дифференцирующих, так и интегрирую­ щих RC-цепей (ВЗЦ вида 1 и 2 в табл. 3.5). Относительная нестабильность длительности выходных импульсов и эффективность генераторов в том и в другом случаях почти оди­ наковы.

Рассмотрим мультивибратор на двух.инверторах на двухвходовых ИЛЭ ИЛИ/ИЛИ— НЕ ЭСТЛ DD1.1, DD1.2 с перекрестными времязадающими /?С-цепями R l, С1 и R2, С2 (рис. 8.2, а). При использовании m-входовых ИЛЭ ИЛИ/ИЛИ—НЕ необходимо объединять их m-входов. При заземлении хотя бы одного из входов элемент будет постоян­ но находиться в нулевом состоянии. Однако при объединении входов входное сопротив­ ление схемы уменьшится в т раз. Поэтому при применении многовходовых ИЛЭ целе­ сообразно (rti — 1) неиспользованных входов подключать к источнику питающего напря­ жения эмиттерного повторителя через резистор с небольшим сопротивлением. Для обес­ печения мягкого режима возбуждения мультивибратора режим работы инверторов вы­ бирают так, чтобы их рабочие точки были на линейном участке передаточных характе­ ристик, для чего ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 охвачены отрицательной обратной связью с помощью времязадающих резисторов R1 и R2. Сопротивления этих резисторов, ввиду боль­ ших значений входных и малых выходных сопротивлений ИЛЭ ЭСТЛ (табл. 8.1), могут изменяться в широких пределах (от десятков ом до десятков килоом), что обеспечивает широкий частотный диапазон работы генератора.

В мультивибраторе (рис. 8.2, а) возможны два режима работы, при которых времявадающие RC-цепи в соответствии с рис. 8.2, в ведут себя как дифференцирующие или как интегрирующие.

Если инвертор DD1.1 установился в единичное, а инвертор DD1.2 — в нулевое со­ стояние (на выходе ИЛЭ DD1.1 — низкий по абсолютной величине, а на выходе ИЛЭ DD1.2 — высокий уровни выходного напряжения, / = Ц на рис. 8 .2 , в), то конденсатор

195

Cl перезаряжается через резистор R1 и выходы инверторов, а конденсатор С2 — через резистор R2 и выходы инверторов. В процессе перезаряда конденсаторов С/ и С2 входные напряжения ывх1 и ивх2 инверторов DD1.1 и DD1.2 изменяются по экспоненциальным

законам: ывх2 от £ тах, стремясь к ^ы х (* > *i)> uDxi от Ет\п>стремясь к (У^ых, где £ min, £ тах — напряжения на входах инверторов после окончания регенеративных про­

цессов в генераторе; £/^ых, £^вых — выходные напряжения мультивибратора, соответ­

ствующие единичному и нулевому состояниям ИЛЭ (при Rlt R2 > Яшх, С1ВЫХ & £'ВЬ1Х>

Е|:ли перезаряд конденсатора С1 происходит несколько быстрее, чем конденсатора С2, то входное напряжение ивх2 раньше достигает порогового значения £/},, соответствую­ щего переходу ИЛЭ ИЛИ—ИЕ/ИЛИ ЭСТЛ из нулевого состояния в единичное, чем вход­

t

t

Если постоянные времени ВЗЦ /^С, и R2C2 подобраны так, что напряжение ивх1

происходит перезаряд конденсаторов С1 и С2 в обратных направлениях. При wBxl = Uln

в одном случае, или при ивх0 = — в Другом, инверторы возвращаются в исходные

состояния (/ = / 3 на рис. 8 .2 , в).

Для улучшения фронтов выходных импульсов и повышения быстродействия гене­ ратора на ИЛЭ ЭСТЛ используют мультивибратор с двухпетлевыми обратными связями (рис. 8.2, б). ИЛЭ в таком мультивибраторе включают по схеме ^ S -триггера с прямыми входами, а времязадающие конденсаторы С1 и С2 в случае использования двухвходовых ИЛЭ подключают между двумя входами логических элементов.

Мультивибратор с двухпетлевыми обратными связями работает так же, как мульти­ вибратор с перекрестными резисторно-емкостными обратными связями. Однако двух режимов в таком генераторе быть не может, так как /?5-триггер с прямыми входами на ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ ЭСТЛ переключается в новое квазиустойчивое состояние только

щий характер. Опрокидывание мультивибратора из одного состояния в другое происхо­

по одному из входов триггера входное напряжение на его другом входе должно быть

196

гяким, чтобы по окончании регенеративных процессов в генераторе это напряжение стало меньше порогового значения £7[}. В противном случае на обоих входах триггера одновре­

менно будут действовать высокие входные напряжения, что является запрещенным со­ четанием входных сигналов для ^ S -триггера с прямыми входами и приводит к срыву ко­ лебаний мультивибратора. Это условие определяет максимальное отношение постоянных времени ВЗЦ и максимальную скважность выходных импульсов мультивибратора с двухпетлевыми обратными связями.

Количественные соотношения в генераторах на ИЛЭ ЭСТЛ с времязадающими RC- цепями рассмотрим на примере мультивибратора с положительной емкостной и отрица­ тельной резисторной обратными связями, где времязадающая /?С-цепь в течение одного цикла работы ведет себя как интегрирующая, а другого — как дифференцирующая

где #вых> Явых — выходные сопротивления ИЛЭ, соответствующие его нулевому и единич­

ному состояниям; # вХ — входное сопротивление ИЛЭ в единичном состоянии. При t -у оо входное напряжение стремится к< значению

дальнейшее увеличение напряжения ивх[ влечет за собой уменьшение выходного напря­ жения инвертора DD1.U и, следовательно, увеличение напряжения на выходе инвертора DDL2 (t = fa на рис. 8.3, б ) ,

197

— постоянная времени, определяемая из эквивалентной схемы на рис. 8.3, в. Значение входного напряжения (t = t2) после окончания регенеративного процесса опроки­ дывания мультивибратора определяется из эквивалентной схемы разряда конденсатора (рис. 8.3, г)

< « + *) II * 2 к + <

где R^x — входное сопротивление ИЛЭ в нулевом состоянии.

В дальнейшем, при t > /2* в мультивибраторе происходит разряд конденсатора С1 с постоянной времени т2 через выход инвертора DD1.2, резистор R1 и выход инвертора DD1.1. В процессе разряда при / -> оо входное напряжение стремится к величине

— постоянная времени, определяемая из эквивалентной схемы (рис. 8.3, г).

рис. 8 .2 , в и 8.3, б). Величины положительного и отрицательного скачков входных напря­ жений мультивибраторов определяются выражениями (8 .1) и (8 .6 ) соответственно. При типовых значениях параметров микросхем ЭСТЛ £ min= — 1,79 В, £ тах = 0,81 В, что

не превышает допустимых пределов этих величин (см. (/Bxmin и t/BXmax в табл, 8 . 1).

198

3. ЗАТОРМОЖЕННЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ИЛЭ ЭСТЛ

Наиболее прост в исполнении заторможенный мультивибратор на ИЛЭ ИЛИ— HE/ИЛИ с двухпетлевой обратной связью (рис. 8.4, а). Рассмотрим его работу в соот­ ветствии с временными диаграммами напряжений (рис. 8.4, б).

При поступлении запускающего сигнала положительной полярности с длительностыо /и>вх и амплитудой Umnxz=z £ вых—Евых на вход ИЛЭ DD1.2 мультивибратор пере­

ключается и ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 устанавливаются в единичное и нулевое состояния со­ ответственно"^ = /i). Конденсатор С заряжается через выходы ИЛЭ и времязадающий ре­ зистор R с постоянной времени т3. Напряжение пвх1 на свободном входе ИЛЭ DDL1

при этом экспоненциально возрастает от Еmln, стремясь к Евых (/ > /j). При ивх{ > t/„, что равносильно поступлению сигнала, переключающего ftS-триггер на ИЛЭ DD1.1 и

199

Закон изменения входного напряжения ( иВх£ при разряде конденсатора t > tjj в соответствии с эквивалентной схемой (рис. 8 .4 , в)

мени тр, а входное напряжение ивх2 экспоненциально убывает от £ тах, стремясь к ве­ личине UBX (/ > /2).

200