Импульсные устройства на микросхемах, страница 10

На положительный перепад входного сигнала элемент не резгирует. Диоды НР!-НРЗ играют роль стабилизатора напряжения питания. Как пример на рис. 3.2 показан способ использования элементов КР!34ХЛЗ для органиэации Т-триггера. Формирование кратковременных пиков напряжения из фронта и среза импульсов может быть также выполнено с применением логических элементов общего назначения, На рис. З.З представлена схема узла, вырабатывающего короткий импульс по фронту входного импульса. При положительном перепаде напряжения ва входе выходное напряжение становится низким, что вызывает переключение триггера (элементы РР!.2 и РРЕЗ)'.

После переключения напряжение на нижнем (по схеме) входе элемента РР!.1 станет низким и на выходе вновь восстановится напряжение высокого уровня. Появление выходного импульса происходит с запаздыванием 21вд.р, где 1ад.р — время задержки распространения в логическом элементе.

Длительность выходного сигнала тв=ЗПд р. Если в этом устройстве использовать логические элементы ИЛИ вЂ , то узел будет срабатывать по отрицательному перепаду и формировать импульс высокого уровня. Интересные формирователи можно собрать на логических элементах Исключающее ИЛИ (рис. 3.4,а и б). В устройстве по схеме на рис. 3.4,а в статическом состоянии на выхоле присутствует напряжение пивного уровня, а по рис. 3.4, б — высокого. Выходные импульсы формируются по фронту и срезу входных. Длительность формируемых импульсов определена временем задержки распространения сигналов в инверторе. Для микросхем серий К155 и К555 это время равно примерно 1О нс, для микросхем ./ =г Ш1.

деггдьг ц(ЩЯ,- и' (Геггеб 9пробллмщиб б и Рис. 3.4. Схемы формирователей кратковременных импульсов на логических элементах Исключающее ИЛИ: а — высокого урания; б — виехого уровня: е — с управлением выходным уровнем КМОП вЂ” нескольким десяткам наносекунд н связано обратной зависимостью с напряжением пнтанчя. В роли янверторов н повторителей могут быть употреблены другие логнческне элементы нз того же корпуса. Подачей постоянного напряженая высокого уровня на один вз выходов элемент Исключающее ИЛИ обращается в ннвертор, ннзкого уровня — в повторитель. Направление выходных импульсов можно менять за счет напряженпя ва пожнем (по схеме) входе элемента 001.3 (рнс.

3.4,э). С помощью управляемого формирователя, схема которого представлена на рнс. 3.5,а, можно на выходе 1 выделять импульсы либо по фронту, либо по срезу входных нмнульсов, а на выходе 2 — н по фронту н по срезу. Цепочка элементов 001.1, 002.1 н 002.2 создает временную задержку !ед 3!ед.п.сс. Поскольку злемент 001.1 включен как повторитель, сигнал ва выходе элемента 002.2 повторяет входной. В целом цепь временнбй за. держка в сочетании с элементом 00!.2 действует подобно формирователю по схеме на рнс. 3.4,а. Выбор желаемых импульсов на выходе ! определяет уровень напряжения нп управляющем входе (см. рнс.

3,5,б) Формирователь может быть собран как на микросхемах ТТЛ (К155ЛП5, К555ЛП5, К!55ЛАЗ, К555ЛАЗ), так н на микросхемах КМОП структуры (К56!ЛП2, К561ЛАУ). Попутно отметим, что установить налнчне кратковременных импульсов (еднняцы н десятки наносекунд) с помощью универсальных осциллографов Игл й с' ()гид р уаглл4 и Юеггеуу бкег„г! б бегыбг (иг'.,! и ВелзИ бгеб а) Ряс. 3.5. Формирователь пиков напряжения нз фронта в среза нмпульсного сигнала: а — првнпипвельпвя схема; б — временные диегпеммм нлн логических пробннков затруднительно.

Помочь тут может вспомогательный Т-трнггер, который будет переключаться под действием даже очень короткнх входных импульсов. 3.4. Временнбе преобразование импульсов Последовательная цепь ннверторов, о которой говорилось ранее как об узле для нормализации фронта н среза, может быть использована н для времевнбй задержки импульсов. Действительно, вследствие инерционных процессов в микросхеме импульс, проходящий через цепь логических элементов, запаздывает по сравнению с импульсом через проводник на время (зад=п1дд р рр, где и — число элементов в цепи, (гд.р.ар — среднее время задержки распространення для элементов той нлн иной серии (рнс. 3.6).

Поскольку время задержкн распространения у современных мнкросхсм очень мало (10...20 нс для серий К!55 н К555 н 50...80 нс для логических элементов серии К561), то такие формирователи пригодны для получения коротких задержек — в десятки, реже в сотни наносекунд. Уместно напомнить, что время задержки распространенна у микросхем структуры КМОП зависит от напряжения питания и чем меньше напряженке, тем больше задержка, Этим свойством можно воспользоваться для увеличения задержка нлн уменьшения числа элементов в цепи. Время задержки существенно увеличится, если между двумя логнческвмн элементами поместить ннтегрнрующую кС-цепь (рнс.

3.7,а). Такой прием позволяет огравнчнться только двумя элементами н делать задержку регулнруемой изменением параметров интегрирующей цепи. Интегрнрующне цели широко прнменяют не только в формирователях, но н в дру. гнх импульсных устройствах, в частности в одновнбраторах. и ооогооо и- ооооглооо Вход Г I Х / Выход Вход г Х Х Выход Вход Вход Вкмод Вогход а) Рнс. 3.6.

Временнйе н фазовые соотношения в последовательной цепи ннверторов: а — четное чдсдо эаэергороэ; б — дечетаое 43 иду д Влад )1 Вду дд уд! ддд дмхад Ьгха Рис, 3.7. Временная задержка с помощью КС-цепи между двумя инверторами: Выход в — схема включения б — в яма аыо иа- р н а Е ! Граммы; в — вариант схемы с усложненной г х о иаиьь* б) На временных диаграммах рис, 3.7,б не показана задержка, обуслов. ленная логическими элементами, поскольку ее продолжительность сущест. веино меньше, чем создаваемая интегрирующей цепью. В варианте схемы, показанном на рис. 3.7, в, постоянные времени при зарядке конденсатора и его разрядке неодинаковы, что, естественно, отражается на продолжительности соответствующих циклов.

Направление проводимости диода Ч(У! определяет очередность действия цепей К1С! и )!2С1. Когда требуется, чтобы к приходу входного импульса нонденсатор был быстро разряжен или, наоборот, заряжен (восстановление исходного состоя. ния), берут к2=0. В последнем случае вследствие того, что ток разрядни конденсатора не ограничен сопротивлением внешнего резистора, не следует выбирать конденсатор емкостью более нескольких тысяч пикофарад во избежание повреждения выходных транзисторов микросхемы.

Сказанное относится не только и втой конкретной схеме, но и ио всем практическим случаям, когда действие интегрирующей цепи обусловлено выходным током микросхемы. Интегрирующая цепь, включеияая между двуми элементами структуры КМОП, работает в условиях, близких к идеальным, благодаря большому входному и сравнительно малому выходному сопротивлению этих микросхем.

Перепады напряжения на входе цепи 1)м=П'-П' !)ю поскольку падение напряжения на открытых выходных КМОП транзисторах меньше 0,1 В. Время задержки срабатывания второго элемента (рис. 3.7,а) после переключения первого можно найти по формуле !ан КС!п —, Пв (3.1) !)вор н, если принять, что Упор ()в/2, то !ааяо КС 1п 2 хо 07(чСУ (3.2) 44 Картина работы интегрирующей Г ВС-цепи в сочетании с микросхемами ТТЛ гораздо сложнее, посколь- 'з~ в ку вход последующего элемента на. 2рлг' ходитсЯ под иапРЯжением, а его со.

1!хрУ Ю противление сравнительно мало и Уух зависит от уровня действующего Т( сигнала (рис. 3.8). После положительного перепада на выходе элемекта ОО1 начинается Рис. 3.8. Интегрирующая ЯС-цепь на входе микросхемы ТТЛ зарядка нонденсатора через резистор Я! и одновременно через резистор Яп и эмнттерный переход входного транзистора второго элемента. Когда произойдет переключение второго элемента, эмиттерный переход его входного транзистора сместится а обратном направлении, что практически равносильно отключению резистора Кп от интегрирующей цепи. Напряжение на конденсаторе С1 продолжает расти и после достижения порогового значения Упор, стремясь к У'впх. С появлением низкого уровня напряжения на выходе элемента ОО1 начнется разрядка конденсатора с постоянной времени Я)С!, так как резистор Яп пока отключен (интервал 1х — 16 на рис.

3.7, б). Когда на выходе первого элемента напряжение пивного уровня, резисторы Кв, Й1, эмиттерный переход входного транзистора второго элемента и выходное сопротивление первого элемента образуют делитель напряжения, из-за которого на конденсаторе С! сохраняется напряжение Уосг)Уввпх. Ясно, что устройство работоспособно, если Увс,(Упор.

Резистор Я!— единственный компонент делителя, сопротивление которого можно менять. Поэтому сопротивление Я! должно удовлетворять условию К1< (Упор — У впх)!св Уп — Увв-Упор (3.3) где Увв — постоянное напряжение змиттер — база. Численные значения остальных параметров: К6=4 кОм для К!55 и 20 кОм для К555, О=3,5 В; Ух=02 для К155 и 0,4 В для К555; Увв=07 В, Упор~!,3 В для К!55 и 1,1 В для К555.

На практике сопротивление резистора Я! выбирают в 3...10 рвз меньшим, чем дает расчет по последней формуле. Объясняется это желанием получить запас по напряжению Упор †Уо с целью обеспечения помехоустойчивости и повторяемости результатов, а также малого различия в задержке по фронту и срезу входного импульса. Емкость конденсатора С! пе должна превышать 2000 пФ. Расчетные формулы времени задержки для рассматриваемого случая довольно громоздки и потому здесь не приводятся. Ориентировочные значе. ния для элементов К155ЛН! (К155ЛАЗ в режиме инвертора) можно определить по номограммам на рнс. 3.9.