Импульсные устройства на микросхемах, страница 3

В этом отношении более предпочтительны КМОП-микросхемы, у которых пороговое напряжение ()„р меняется пропорционально питающему напряжению П,. Отметим также некоторые свойства КС-цепи при переключениях, что важно для ясного понимания работы импульсных устройств. 1. В КС-цепи в первый момент после переключения (скачка) напряжение на конденсаторе сохраняет свое исходное значение. Иначе говоря, сразу после переключения конденсатор для протекающего тока представляет как бы нулевое сопротивление.

Из этого положения следует важный прак- тнческий вывод: перепады напряжения свободно и без потерь проходят через конденсатор. Правило это справедливо независимо от того, какое напряжение было на конденсаторе до момента переключения. 2. Если требуется найти начальный ток в цепи сразу после скачка, то следует мысленно заменить конденсатор источником питания того же напряжения (без внутренвего сопротивления), т.

е. рассматривать заряженный нонденсатор как батарею, последовательно соединенную с незаряженным конденсатором. 3. По окончании переходного процесса (в установившемся состоянии) ток в цепи прекращается и конденсатор можно рассматривать как разрыв цепи. 4. В цепи, содержащей один конденсатор и несколько резисторов, под. ключенных к нему, постоянная времени равна т=СКте Я„» — эквивалентное сопротивление всех резисторов), при допущении, что источник (или источники), от которого питается цепь, замкнут.

Сказанное поясняет рнс. 1.9. При разомкнутых контактах БА! конденсатор С! разряжен эа счет резистора К2, а постоянная времени разрядной цепи равна те ††. При замыкании контактов БА! конденсатор заряжается, причем постоянная времени зарядной цепи будет определена параллельно включенными резисторами к1 и П2, т. е. П,„,=П!.(!2/()1! +к2). После окончания зарядки в цепи протекает ток 1=()е/(й! +к2), а напряжение на конденсаторе ()с 1кз ()ай2/(к! +К2).

Пепи подобного рода встречаются в импульсных устройствах на микросхемах ТТЛ, у которых входное сопротивление соизмеримо с зарядным (разрядным) сопротивлением кС-цепи. 1.3. Воздействие !(С-цепы на последовательность прямоугольных импульсов Рассмотрим временнйе процессы в кС-цепи при воздействии на нее прямоугольных импульсов с амплитудой Бл Полагаем, что выходное сопротивление источника импульсов малб, а входное сопротивление нагрузки велико и в исходном состоянии конденсатор разряжен.

Выходное напряжение можно снимать как с конденсатора С1, так и с резистора к! (рис. 1.10). Реакция кС-цепи на импульсную последовательность (т. е, форма и значение выходного напряжения) существенно зависит от соотношения между постоянной времени )(С-цепи и длительностью входных импульсов. По. этому отдельно разберем два частных случая: яд 3 Яу Ят йь = ' ЯУ Ш а) б) Рис. 1.10. Схема подключения )(С-цепи к источнику прямоугольных импульсов Рис.

1.9. К определению постоянной времени сложной цепи 12 Рис. 1.11. Эпюры напряжения на выходе КС-цепи при воздействии прямо- угольных импульсов: а — цсв тьо б — цс кт„ 1. постоянная времени ВС-цепи велика по сравнению с длительностью импульсов, КС) (10...20)т,. 2. постоянная времени йС-цепи мала КС ((0,05...0,1)т . В первом случае (рис.

!.11,а) за время действия импульса конденсатор успеет зарядиться незначительно и напряженне иа нем будет небольшим, поскольку ехр( — 1/КС) по формуле (1.4) близко к единице. Напряжение на резисторе незначительно отличается от входного, причем зто отличие будет тем меньше, чем сильнее неравенство мС)тч. С окончанием входного импульса конденсатор начнет разряжаться, на резисторе образуется отрицательный перепад напряжения и по мере разрядки конденсатора напряжение на резисторе спадет ло нуля. В тех случаях, когда выходное напрнжение снимают с резистора, такую цепь используют как разделительную, обеспечивающую разделение по постоянному току источника импульсов и нагрузки. Если напряжение снимают с конденсатора, то цепь с КС)т„служит з качестве интегрирующей. Интегрирующей цепи свойственно приблизительно линейное увеличение выходного напрнження при воздействии на вход прямоугольного импульса и такое же линейное уменьшение после прекращения импульса.

Для КС-цепи с малой постоянной времени ((С<т„ (рис. 1.11, 6) напряжение на конденсаторе достигнет максимального значения за время 1~3КС, т. е. до окончания входного импульса. Разрядка конденсатора после прекращения входного импульса также протекает быстро. Другими словами, импульсы напряжения иа резисторе будут короткими, короче входных.

Такую цепь, если выходное напряжение снимают с резистора, называют дифференцирующей илн обостряющей. На практике дифференцирующую цепь частот прнменяют для получения кратковременных импульсов. Еслн в устройстве с дпфференцирующей КС-цепью импульсы одной нз двух полярностей нежелательны, резистор шунтнруют диодом. Когда к диоду приложено обратное напряжение, он не оказывает влняння на работу цепи.

Прн прямом напряжении диод замыкает резистор. 1.4. Генераторы стабильного тока Экспоненциальный характер изменения напряжения в КС-цепи служит препятствнем к ее применению, если требуется линейная зависимость выходного напряженна от времени, как, например, в генераторах пилообразного н треугольного напряжения. В таких случаях 1(С-цепь усложняют, заменяя резистор так называемым генератором (источником) стабильного тона. Зарядный илн разрядный ток в такой цепи сохраняет неизменное значение независимо от степени заряженности конденсатора, благодаря чему напряжение на нем изменяется пропорционально времени протекания процесса.

В генераторе стабильного тока используют биполярные н полевые транзисторы, На рнс. !.12 изображена схема с биполярным транзистором. Работа устройства основана на свойстве биполярного транзистора сохранить коллекторный тон практически неизменным при разных значениях напрякения на коллекторе, если на базе поддерживать постоянное напряжение [36). Ток зарядки конденсатора равен 1с=(Бк-Оз)/КЗ, где Уз — напряжение на змнттере, равное Р2 Ов=ЫЗзв+ !)з, (1.15) К!+ К2 а ЬУзз 0,7  — падение напряжения на змнттерном переходе транзистора. Еслн, к примеру, Б» 15 В, !73 20 кОм, К! 5 кОм, К2=10 кОм, то; Оз=0,7+10 15/(5+10) 10,7 В и, следовательно, 1с (15 — !0,7)/20=0,215 мА. ° и„ Рис. !.13. Схема генератора стабильного тока на полевом транзисторе Рпс. 1.12.

Схема зарядки конденсатора через генератор стабильного тока на биполярном р-и-р транзисторе 14 Роль замыкателя ЭА! в импульсных устройствах исполняет электрон. ный прибор (транзистор, логический элемент, таймер и т. п.) периодически, с заданной частотой быстро разряжающий конденсатор С!. Схема генератора стабильного тока на полевом транзисторе изображена на рис. 1.13, Транзистор !ГТ! работает здесь как переменный резистор, управляемый падением напряжения на потоковом резисторе к1.

Стабилизацию обеспечивает обратная связь по току, падение напряжения на рези. сторе К1, воздействуя на затвор транзистора, компенсирует изменение тока в цепи. Для обеспечения желаемого значения тока в цепи этот резистор выполняют переменным. Сопротивление резистора может быть большим, поскольку транзистор сам себя запереть не может. 2.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ИМПУЛЬСНОИ ТЕХНИКИ 2Д. Основные положения Элементная база современной импульсной техники отличается большим разнообразием. Значительную часть импульсных устройств выполняют на микросхемах — как цифровых, так и аналоговых. Применение микросхем в качестве активных элементов импульсных устройств позволяет унифицировать элементную базу аппаратуры в целом и обеспечивает электрическое согласование отдельных узлов по входу н выходу.

Для импульсных устройств на микросхемах требуется малое число внешних компонентов. Многие микросхемы состоят из двух — шести нева. висимых типовых элементов, что позволяет во многих случаях ограничиться одним корпусом и более экономно использовать площадь печатных плат. Применение микросхем обеспечивает высокую надежность работы и к тому же во многих случаях оправдано экономически. В некотормх сериях имеются специализированные микросхемы для генерации и преобразования импульсов, Таких изделий пока немного, и хотя их число растет, импульсные устройства нередко реализуют на микросхемах общего назначения. Импульсные устройства сходного назначения (иапример, генераторы, одновибраторы и т.