Импульсные устройства на микросхемах

Массовая радио. библиотека ,.СериЯ 'основана" в 647 году-. " ,Вюпуск 1%6 ' Е.А.Зельдин Импул~:ные устройства намикро- СхОмЖ Москва «Радио и связь» 1991:. ББК 32.85 3-50 УДК 621.374.049.77.001,92 Редакционнаа коллегия: Б. Г. Белкин, С. А. Бирюков, В. Г, Борисов, В. М. Бондаренко, Е. Н. Геништа, А. В. Гороховский, С. Е. Ельяшкевич, И. П. Жеребцов, В.

Т. Поляков, А. Д, Смирнов, Ф. И. Тарасов, О. П. Фролов, Ю. Л. Хотунцев, Н. И. Чистяков Рецензент канд. техн. наук С. А. Бирюков Зельдин Е. А. 3-50 Импульсные устройства иа микросхемах. — Мд Радио и связь, 1991. — 160 сд ил. †(Массовая радиобиблиотека. Вып. 1166) 1ЯВМ 5-256-00654-1. Рассмотрены основные типы импульсных устройств и пути их реализации с помощью современных цифровых и аналоговых микросхем. На конкретных примерах показаны способы применения импульсных устройств в радиолюбительской и промышленной бытовой аппаратуре.

Гтлп широкого круга радиолюбителей, 2302020400 — 099 3 46 — 91 046(01) — 91 ББК 32.65 Научно-популярное издание Массовая радиобиблиотека. Вып. 1166 ЗЕЛЬДИН ЕВСЕЙ АРОНОВИЧ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА МИКРОСХЕМАХ Руководитель !рулям МРВ И. Н. Суслова Редактор Л. Н. Л о м а к к н Редактор надатольства Т. В. К р о х а л а в в Обложка художника А С. Д а у н в в а Художественный редактор Н.

С. Ш а к н Тахннчвскнй редактор Г. 3. К у а н а д о в а Корректор Т С, Власкк на ИБ Лй 1749 © Зельдин Е. Ао 1991 13ВМ 5-256-00654-1 Сдано в набор 24.10.90. Подлксана в печать 30.05.91. Формат бомас'/щ Бумага типографская № 2. Гарнитура лктературная. Почать высокая. уел нач. л. !0,0. уел. кр.-отт.

10,25. уч.-над. л, 12,12. Тираж 40000 эна. Иад. Н! 2219б. заказ ка 1505. Цена 1 р. 70 к. Иадвтельство «Радио к связь». !01000, Москва, Почтамт, а/я 095, Областна» ордена Знан Почата» ткнаграфня вм. Смирнова Смолянского облулравлання нвдательств, оолкграфян н княжной торговли. 214000. г Смоленск, проспект нм. Ю. Гагарина. 2. Предисловие Эта книга может быть использована как практическое пособие по импульсной технике. В отличие от большинства книг, посвященных этой теме, описание различных импульсных устройств не ограничено здесь общими принципами, а доведено до конкретных схем с указанием звачений навесных компонентов, а где требуется — до расчетных формул с перечислением ограничительных условий.

Поскольку современные импульсные устройства часто реализуют на специализированных и универсальных микросхемах е применением времязадающих цепей, в книге дано кратное аписа. ние элементной базы интегральной микроэлектроники, а также основ теории ВС-епейй, Импульсные устройства н узлы широко используются в цифровых ЭВМ, измерительной технике, телевидении, радиолокации, автоматике и телемеханике, ядерной физике, медицинской аппаратуре и многих других отраслях.

Подбор схем рассчитан на использование изделий трзнзисторнотранзисторной логики (ТТЛ, в том числе и на транзисторах Шоттки), комплементарной структуры металл-окнсел-полупроводник (КМОП), таймеров, операционных усилителей и компараторов напряжения. Источник материала — книги, сборники, периодические издания — отечественные и зарубежные, в основном находящиеся вие поля зрения массового читателя. Некоторые из описанных устройств разработаны автором, 1.

ОСНОВНЪ|Е ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Импульсы и их параметры К нмпульсным сигналам в общем случае принято относить различные злектрические сигналы — периодические и непериодические, отлнч. ные по форме от гармонических (сииусоидальных). Вопросами генерации, преобразования, передачи и применения импульсных сигналов занимается импульсная техника — важная область современной электронной техники. Форму различных импульсов для удобства уподоблнют близким по виду геометрическим фигурам. Импульсная техника оперирует с прямоугольными, трапецеидальными, треугольными, пилообразными, ступенчатыми н други.

ми видами импульсов. Для практики наибольшее значение имеют прямоугольные импульсы, и о ннх в основном и будет идти речь в книге. Понятие «прямоугольный импульса в идеализированное, форма реального импульса показана на рис. 1.1. Колебательные выбросы, обусловленные па. разитиыми емкостями и нндуктивиостями, могут отсутствовать. Параметры импульсов подразделяют иа электрические я временнйе, Электрические параметры характеризуют полярность импульса и его рабочий уровень.

Поскольку большинство серий современных цифровых микросхем питается положительным относительно общего провода напряжением, полярность электрических импульсов в устройствах с такими микросхемами положительна (иначе говоря, мгновенное значение импульсного напряжения всегда больше нуля). Операционные усилители н некоторые типы компараторов напряжения питаются двуполярным напряжением, такие микросхемы пригодны для работы с разнополярными импульсами. Микросхемы, питающиеся отрицательным напряжением, составляют не- большую часть иэделий мик- 11 роэлектронной промышленю ности и имеют ограниченное применение. Импульсное напряжение может принимать то высо\ ~Я кий, то низкий уровень. Урочь ть «~ чг вень высокого напряжения обозначают У', низкого— 13', Амплитуда П, характери- С, тв ыр зует наибольшее нз мгно- венных значений импульса относительно начального Рис.

1.1. Форма реального прямоугольного импульса уровня. Рис. 1.2. Вид импульса высокого уровня (1), низкого уровня (П) Рис. 1.3. Периодическая последовательность прямоугольных им- пульсов В импульсных устройствах чаще имеют дело с импульсами высокого уровня (рис. 1.2,1), подобными показанным иа рис. 1.1, Нередки, однако, случаи, когда в качестве активных употребляют импульсы низкого уровня (рис. 1.2, П), напряжение высокого уровня при этом служит исходным состоянием. Следует отметить, что некоторые авторы импульсы низкого уровня ошибочно называют отрицательными импульсами.

Перепадом (напряжения, тока) называют быстрое изменение электрического состояния, соизмеримое по длительности с временем переходнык процессов в цепи. Положительный перепад (от низкого уровня к высокому) называют фронтом, в таблицах и на схемах его изображают знаком ! (реже Т), а в тексте — 0.1. Отрицательный перепад (от высокого уровня к низкому) принято называть срезом (спадом, задним фронтом). В таблицах и на схемах срез обозначают знаком ) (реже г), а в тексте — 1.0.

Переходный процесс в реальном устройстве занимает какое-то время, зависящее от инерционных свойств активных элементов, а также от паразитных емкостей. Поэтому в действительности в длительность импульса входит время фронта тэ и среза т,ю На практике длительность фронта и среза импульса определяют с помощью осциллографа Поскольку у реального импульса трудно точно выделить моменты начала и конца процесса, длительностью фронта и среза условно считают время изменения напряжения импульса от 0,1 ()л до 0,9 !)л (рис. 1.1) или от 0,9 ()л до О,! ()л. В литературе можно также встретить термины «крутизна фронтаа и «крутизна срезаю Кя = (0,9Пл — О,Шл)/тэ =0,8Пл/тэ, В/мне, Кср= (О 9()л — 0,!Ул)/тср=О 8Пл/таы В/мкс.

Длительность импульса, так называемую активную длительность, отсчитывают на уровне 0,5 ()л. При рассмотрении процессов генерирования и формирования импульсов длительность фронта и среза не учитывают, для простоты полагая ее равной нулю. Импульсы, следующие в определенном порядке, образуют импульсную последовательность. В периодической последовательности импульсы и паузы между ними одинаковы. Сумма длительностей импульса т, и паузы т« определяет период следования Т (рис.

1.3). Обратная величина 1= 1/Т характеризует частоту следования импульсов. Для харантеристики периодической последовательности используют и дополнительные параметры: скважность импульсов Я=Т/тн и реже коэффициент заполнения у=т,/Т. Периодическую последовательность, у которой тн-т„ т. е. 9=2, называют меандром.

1.2. ЙС-цепи В большинстве импульсных устройств независимо от используемой элементной базы и схемотехнического решения длительность, или частота, следования импульсов зависит от параметров КС-цепей. Простейшая КС-цепь состоит из резистора К и конденсатора С Обычно резистор и конденсатор соединяют последовательно. Временную выдержку определяет процесс зарядки конденсатора С через резистор К от внешнего источника напряжения Сю Употребляют также и параллельное включение конденсатора и резистора.

В этом случае конденсатор, предварительно заряженный от источника питания, разряжается начиная с момента отключения внешнего напряжения. КС-цепь, как и любую электрическую систему, характеризует определенный запас энергии. Изменению состояния системы соответствует изменение запаса энергии в конденсаторе (энергию может запасать только реактивный элемент цепи). Переход КС-цепи из одного состояния в другое сопровождается расходом энергии и протекает в течение определенного промежутка времени, поснольку изменение энергии не может происходить мгновенно, ибо для этого потребовался бы источник бесконечно большой мощности.

В течение времени переходного процесса происходит изменение напряжения и тока в компонентах цепи. Идею работы импульсных устройств с разными вариантами включения КС-цепи поясняет рис, 1.4. Здесь А! — пороговый элемент (ПЭ), который скачком меняет свое состояние, когда входное напряжение, увеличиваясь или уменьшаясь, достигает порогового значения 13„р (порог перенлючения).