книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Основные расчетные соотношения в заторможенном мультивибраторе с перезарядом

/^S-триггера одновременно будут действовать напряжения с высокими уровнями, что приводит к срыву колебаний мультивибратора.

Для уменьшения времени восстановления исходного ссстояния /в и влияния напря­ жения диодов UD напараметры выходных импульсов конденсаторы в мультивибраторах

на ИЛЭ ЭСТЛ следует заряжать и разряжать через диоды Шоттки (см. рис. 8.3, д, 8.4, а и 8.5, а) с меньшими сопротивлениями rD и напряжениями UD в прямом направлении,

чем у обычных полупроводниковых диодов.

4. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ БОЛЬШОЙ СКВАЖНОСТИ НА ИЛЭ ЭСТЛ

Для уменьшения длительностей выходных импульсов мультивибраторов на ИЛЭ ЭСТЛ необходимо уменьшать постоянную времени ВЗЦ, что можно делать лишь до оп­ ределенных пределов. Чрезмерное уменьшение сопротивления одного из времязадающнх резисторов приводит к срыву колебаний в мультивибраторе, когда логический перепад напряжения с выхода одного ИЛЭ не обеспечивает изменения выходного напряжения другого ИЛЭ. Для нормальной работы мультивибраторов емкости времязадающнх кон­ денсаторов должны значительно превышать паразитные входные и выходные емкости ИЛЭ ЭСТЛ.

При получении выходных последовательностей импульсов с большими скважностя­ ми одновременно с уменьшением одной из постоянных времени ВЗЦ необходимо увели­ чивать другую, что ограничено габаритными размерами и технологией изготовления емкостей и входными токами ИЛЭ ЭСТЛ.

Принципиальная схема одного из генераторов на ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ, предна­ значенного для формирования импульсов малой длительности с большим периодом сле­ дования, изображена на рис. 8 .6 , а.

Рассмотрим принцип работы генератора импульсов с большой скважностью (ГИБС), воспользовавшись временными диаграммами напряжений (рис. 8 .6 , б). В процессе пе­ риодически повторяющихся процессов заряда и разряда конденсатора С1 через врелязадающий резистор R1 и последующего переключения ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 на один из входов ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ DD1.5 поступают прямоугольные импульсы с выхода Vti\3DD1.2 (нвых2на рис. 8 .6 , б). Другой вход логического элемента DD1.5 соединен о

выходом /^S-триггера на ИЛЭ DD1.3 и DD1.4, который переключается положительным перепадом напряжения импульсов с выхода ИЛЭ DD1.2 (/ = t = /4), а в исходное состояние возвращается под воздействием времязадающего напряжения мвх3, формнру-

201

емого в процессе заряда конденсатора С2 через резистор R2 и выходы триггера (t = /3, t = /*). В моменты времени, когда на обоих входах ИЛЭ DD1.5 одновременно действуют низкие входные напряжения, уровень его выходного напряжения соответствует логи­ ческой единице, что и определяег длительность импульсов (tH= tz — t2, tu = te — tb

При типовых значениях параметров ИЛЭ ЭСТЛ (см. табл. 8.1) fc* *=? k2 k3. Таким образом, имея в наличии две R C - цепи с постоянными времени одного порядка и пять ИЛЭ ИЛИ — HE/ИЛИ ЭСТЛ, с помощью изложенного принципа легко получить, не на­ рушая симметрии схемы генератора, последовательность прямоугольных импульсов с большой скважностью. Длительность этих импульсов определяется разностью постоян­ ных времени R C - цепей, а период их следования — удвоенным значением одной из них. Минимальное значение длительности зависит от стабильности временных интервалов *12 и /13.

202

Расчетные формулы (8.26) и (8.27) справедливы при f„ + /в < т, где

Наряду с получением импульсных последовательностей с большой скважностью, в генераторе на ИЛЭЭСТЛ (рис. 8.6, а) легко изменять длительности импульсов при по­ стоянном периоде их следования. Для этого достаточно сделать переменной постоянную времени R2C2 при неизменной постоянной времени ЯХС*. Так как диапазон возможных изменений постоянной времени R2C2 лежит в пределах (kx/k3) # xCi < R2C2 < < K^i + £г)//г3] Rxc i> то длительности импульсов могут принимать значения 0 < /и <

5. МНОГОФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИЛЭ ЭСТЛ

Используя два противофазных выхода ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ ЭСТЛ, можно вы­ полнить простой двухфазный генератор импульсов на основе двух элементов. Принци­ пиальная схема такого генератора с двумя времязадающими RC-цепями изображена на рис. 8.7, а. В состав генератора входят два инвертора на ИЛЭ DDL1 и DD1.2, к пря­

мым и инверсным выходам каждого из которых подключены времязадающие RC-цепи. Управляющие времязадающие напряжения с ВЗЦ инвертора DD1.1 подаются на вход

инвертора DD1.2 и наоборот.

Рассмотрим принцип работы генератора, воспользовавшись временными диаграм­ мами напряжений на рис. 5.7, в. Пусть в момент времени / = /х на инверсном выходе ИЛЭ DD1.1 и прямом выходе ИЛЭ DD1.2 установились высокие выходные напряжения (ивыхд

и цвых2 на рис. 8.7, в). При t > к конденсатор С1 заряжается через времязадающнй ре­ зистор R lt прямой и инверсный выходы ИЛЭ D D LI» При этом входное напряжение

203

С учетом соотношений (8.29), (8.31) и (8.33) система уравнений (8.32) преобразуется к виду

где k\ — ^12^ 23*» ^2 = ^23^34» ^3 = hJUb'

Задаваясь длительностями временных интервалов /f2, /23» ^34 и Uh импульсных по­ следовательностей двухфазного генератора, с помощью системы уравнений (8.34) опре­

деляют напряжения U[, U[t U'2 и U"2. Знание последних необходимо при расчете элемен­

тов времязадающих цепей R i , R 2, C i и С2 из соотношений для длительностей временных интервалов (8.20), (8.31) и выражений (8.33).

Для л-фазного генератора прямоугольных импульсов на ИЛЭ ЭСТЛ напряжения Ul% Uv ..., Un, Un рассчитываются по рекуррентным формулам

Помимо простоты исполнения, к преимуществам двухфазного генератора (рис. 8.7, а) можно отнести и мягкий режим его возбуждения, обеспечиваемый действием отрицатель­ ной резисторной обратной связи. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через

< —0,27 В, £ mJn > —4,26 В, что не превышает допустимых значений указанных вели­ чин для данного типа ИЛЭ (t/BXmax < OB, £/вх min > —5,5 В).

В рассмотренном двухфазном генераторе формирование двух из четырех временных интервалов производится одной и той же RC-цепью, поэтому ti2 t3li t23 & /45, а выход-

205

ныс импульсы генератора представляют собой две меандровые последовательности, сдви­

произвольных временных параметров выходных импульсов генератора четыре времен­ ные интервала следует формировать с помощью четырех ВЗЦ с различными постоянными

фронтов выходных импульсов. Для устранения указанного недостатка следует применять триггерное включение ИЛЭ ИЛИ—НЕ/ИЛИ.

Принципиальная схема двухфазного генератора импульсов на основе асинхронных одноступенчатых ^5-триггеров на ИЛЭ ЭСТЛ показана на рис. 8.7, б. Для расширения функциональных возможностей генератора цепи заряда и перезаряда каждого из конден­ саторов С1 и С2 в нем разделены с помощью направляющих диодов VD1—VD4.

Так как логические перепады | — £дЫХ| выходных напряжений ИЛЭ ЭСТЛ со­ измеримы с падениями напряжений на смещенных в прямом направлении диодах UD,

то следует учитывать влияние последних на временные параметры генератора. Влияние это выражается в том, что при заряде или разряде конденсаторов входные напряжения

wBxi (О и мвх2 (0 стремятся не к величинам £^ых и £ ^ х (см. рис. 8.7, б), а к значениям

6. ДЕЛИТЕЛИ ЧАСТОТЫ НА ИЛЭ ЭСТЛ С ВРЕМЯЗАДАЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ

Наиболее просты в исполнении делители частоты, выполненные на основе затормо­ женных генераторов. Принципиальная схема заторможенного мультивибратора на ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ ЭСТЛ с перезарядом конденсатора ВЗЦ изображена на рис. 8.5, а.

Режим деления частоты в таком мультивибраторе обеспечивается при Твх < /и- Рассмотрим работу де­ лителя с учетом временных диаграмм на рис. 8.8. При очередном переключении Я5-триггера с прямы­ ми входами на ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 (см. рис. 8.5, а) под воздействием входного импульса положитель­

а конденсатор С быстро разряжается через откры­ тый диод VD, что определяет время восстановле­ ния tB исходного состояния в делителе. Очередной

206

ЭСТЛ целесообразно строить по схеме ГИБС. Принципиальная схема такого делителя на ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ с двухпетлевой положительной и резисторной отрицательной обратными связями изображена на рис. 8.9, а.

В состав генератора входят два ^5-триггера с прямыми входами на ИЛЭ DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4. Переключаются триггеры по одному из их информационных входов управляющими сигналами с выхода времязадающей ЯС-цепи, подключенной к выходам первого триггера. По вторым информационным входам триггеры переключаются

хронизации короткими импульсами отрица­

тельной полярности (мвх на рис. 8.9, б), т. е. при tHвх < /н. Пусть в исходном состоянии на выходах триггеров (ИЛЭ DD1.1 и DD1.4) под воздействием входного синхроимпульса установились высокие выходные напряжения (мвых1 и ивых при t = t± на рис. 8.9, б). Кон­

денсатор С заряжается через выходы первого триггера и времязадающий резистор R. Входное напряжение иВхt ИЛЭ DD1.1 при этом экспоненциально увеличивается с по­

по инверсному входу ИЛЭ DD1.4 (/ = /3). На протяжении всего интервала времени заряда и разряда конденсатора С, пока хотя бы на одном из входов ИЛЭ DD1.6 действу­ ет высокое входное напряжение с выходов триггеров, входные импульсы не влияют на процессы в делителе. При t > /3 очередной синхроимпульс переключает ИЛЭ DD1.6, так как при его поступлении на всех трех входах элемента одновременно окажутся низкие входные напряжения. Под воздействием положительного перепада напряжения с инверс­ ного выхода ИЛЭ DD1.6 первый и второй триггеры возвращаются в исходные состояния ( / = /4). Таким образом, коэффициент деления п в делителе и период следования Т вы­ ходных импульсов определяются суммой времен заряда и последующего разряда конден­ сатора С.

201

При принятых на рис. 8.9, б обозначениях Т = пТвх\ /„ = пТвх — (/0Ч- д> т. е. в рассматриваемом генераторе синхронизируется период следования выходных им­ пульсов.

лых значениях периода следования входных синхроимпульсов Твх по сравнению с вре­

Для нормальной работы делителя с большой скважностью выходных импульсов при абсолютно стабильном периоде следования синхроимпульсов и при заданном коэф­ фициенте деления п необходимо выполнять условия

где ± A/0» ±A^i и ± 6 /0, ± 6 /i — абсолютные и относительные нестабильности длитель­ ностей /0 и ti соответственно; Дц, ± 6 Дц — собственная частота генератора в режиме авто­ колебаний с периодом Т 01 = t0 + ti и ее относительная нестабильность

7. МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ НА ИЛЭ ЭСТЛ

Стабилизация импульсных устройств на ИЛЭ ЭСТЛ с помощью транзисторных времязадающих устройств

Для повышения стабильности частоты следования выходных импульсов генерато­ ров на ИЛЭ ЭСТЛ следует применять ВЗЦ с перезарядом конденсатора и транзисторны­ ми компараторами [37, 60]. Принципиальная схема автоколебательного генератора на ИЛЭ ИЛИ—HE/ИЛИ с таким ВЗУ и диодной компенсацией изображена на рис. 8.10, а. Работу генератора рассмотрим в соответствии с временными диаграммами напряжений на рис. 8.10, б.

Конденсатор С перезаряжается, например, через диод VD1, времязадающий резис­ тор R1 и источник напряжения —£ЦЫХ после очередного переключения RS-триггера о

инверсными входами на ИЛЭ D D Llt DD1.2, DD1.3 и DDL4 (/ > ti на рис. 8.10, б). Триггер изменяет свое состояние на противоположное под воздействием отрицательного перепада напряжения с коллектора одного из управляющих транзисторов VT1 или VT2, которые отпираются, когда времязадающие напряжения на их эмиттерах, изменяющиеся

где у^вых — опорное напряжение, задаваемое на базы управляющих транзисторов с по­

208

мощью резистивного делителя выходного напряжения ИЛЭ ЭСТЛ, находящегося в ну­ левом состоянии.

фективностей генератора уор[2 = 0,83 (£°ых — £^Ь1Х)/£дЫХ= 0,35. При работе генерато­ ра в заторможенном режиме уорП = 0,1, yopt2 = 0,31.

Подобного рода ВЗУ применяются для повышения стабильности других импульс­ ных устройств на ИЛЭ ЭСТЛ. Например, в двухфазном генераторе импульсов на ИЛЭ ИЛИ — HE/ИЛИ (рис. 8.10, в). Отличительной особенностью работы такого генератора, помимо повышения стабильности формируемых во ВЗУ временных интервалов, является то, что после окончания формирования очередного временного интервала и последующего переключения триггера перезаряд конденсатора прекращается. Это обеспечивает одновначное соответствие между начальными и конечными значениями времязадающих на­ пряжений и длительностями выходных импульсов*. Поэтому на выходные параметры ге­ нератора, определяемые с помощью выражений (8.39), не следует накладывать условия (8.34) и рассчитывать выходные длительности по сложным трансцендентным соотноше­ ниям.

Стабилизация импульсных устройств на ИЛЭ ЭСТЛ с помощью диодно-транзисторных времязадающих устройств

Если для повышения стабильности временных интервалов использовать ВЗУ с ди­ одно-транзисторными компараторами, то ИУ следует выполнять на основе цифрового автомата на ИЛЭ ЭСТЛ, переключение которого происходит согласно табл. 7.3.

209

Рассмотрим, например, генератор импульсов на ИЛЭ ИЛИ — HE/ИЛИ ЭСТЛ с ВЗЦ вида 2 (см. табл. 3.3) и диодно-транзисторными компараторами. В состав генератора входят: цифровой автомат, включающий в себя асинхронный /?5-триггер с инверсными входами на ИЛЭ DD1.5—DDL8, синхронный Я£-триггер на ИЛЭ DD1.1—DD1.4, диод VD3, обеспечивающий заряд конденсатора С1 через времязадающнй резистор RJ, пере­ ход.база — эмиттер управляющего транзистора VT1 и инверсный выход ИЛЭ DD1.1, а также разряд этого конденсатора через диод VD1 и выходы цифрового автомата; диод VD4, обеспечивающий заряд конденсатора С2 через времязадающнй резистор R2, переход база — эмиттер управляющего транзистора VT2 и инверсный выход ИЛЭ DDJ.2, а также разряд конденсатора С2 через диод VD2 и выходы цифрового автомата; резисторы R4 и R3 коллекторных нагрузок транзисторов VT1 и VT2 (рис. 8.11, а).

Для обеспечения автоколебательного режима работы генератора на синхронный вход цифрового автомата (Uc на рис. 8.11, а) следует подать постоянное напряжение, со­ ответствующее логическому нулю (например, подключить С-вход через резистор к ис­ точнику отрицательного питающего напряжения микросхем типа ЭСТЛ). Переключение

цифрового автомата и возвращение его в исходное состояние при автоколебательном ре­ жиме работы генератора происходит после заряда одного из конденсаторов С1 или С2

на рис. 8.11, б). Таким образом, в качестве опорного напряжения в таком ВЗУ исполь­ зуется выходное напряжение цифрового автомата, а роль опорных диодов выполняют диоды VD3 и VD4. После отпирания одного из них ток заряда конденсатора резко падает, управляющий транзистор закрывается, а под воздействием положительного перепада напряжения с его коллектора цифровой автомат изменяет свое состояние на противопо­ ложное.

При принятых на рис. 8.11, б обозначениях и без учета обратных напряжений р-п-

где У = Е1ЪЫХ/Е°ЪЫХ.

Использованное в качестве опорного выходное напряжение ИЛЭ £дЫХнесколько от­

личается от оптимального значения Yopt^Bux* Однако это отличие незначительно. Так,

например, при типовых значениях напряжений Е1ВЫХи £°ых из табл. 8.1 у ^ 0,48, а по данным табл. 3.3 для ЦИМС типа ЭСТЛ и ВЗЦ вида 2 yopt = 0,37.

При изменении напряжений источников питания микросхем ЭСТЛ выходные напря­ жения £дЫХи £®ых изменяются одинаково, поэтому согласно выражениям (8.40) времен­

ные параметры выходных импульсов генератора слабо зависят от нестабильности источ­ ника питания. Влияние напряжений р-я-переходов на стабильность частоты следования выходных импульсов генератора легко исключить (существенно снизить при реальных характеристиках диодов) применением диодной компенсации.

Для перевода генератора в режим синхронизации или деления частоты на синхрон­ ный вход цифрового автомата следует подавать синхронизирующий сигнал с периодом

210