Импульсные устройства на микросхемах, страница 4

п.) можно создавать, используя разные приборы, Оптимальный их выбор зависит от поставленных технических требований и элементной базы соседних узлов аппаратуры (вид питания и его стабильность, быстродействие, условия эксплуатации, экономичность). Учитывая тему и объем книги, рассмотрение элементной базы будем ограничивать наиболее распространенными семействами микросхем транзисторно-транзисторной логикой (ТТЛ), комплементарной структурой металл-окснд-полупроводник (КМОП), таймерами, а также операционными усилителями (ОУ) и компараторами напряжения. Цифровые микросхемы при их использовании в импульсных устройствах работают в условиях, несколько отличающихся от типового переключательного режима. Связано это с характером сигналов на входе микросхемы и ролью активного участка передаточной характеристики (участок Б' — Цл на рис.

2.1), В цифровой аппаратуре входные сигналы — прел. Рис. 2.2. Условные графические обозна- чения инверторов и таблица состояний и' Рис. 2.!. Типовая передаточная характеристика цифровой микросхемы с инверсией входного сигнала ставляют собой прямоугольные импульсы с крутым фронтом и срезом и амплитудой, близкой к напряжению питания, благодаря чему смена выходных состояний протекает кратковременно (за наносекунды, десятки, иногда сотни наносекунд) и активная область не влияет на процесс переключения. В импульсных устройствах на входе микросхемы часто включают )(С-цепь, из-за которой напряжение на входе микросхемы изменяется сравнительно медленно. Когда входное напряжение приходится на активную область, могут возникнуть нежелательные явления: самовозбуждеиие, непредусмотренное открывание транзисторов, ведущее к повреждению микросхемы.

Технические условия на цифровые микросхемы регламентиру. ют предельную длительность фронта и среза входных импульсов. На практике, правда, этими требованиями нередко пренебрегают. Поскольку логическим микросхемам свойственно довольно высокое пороговое напряжение, в генераторах рабочую точку по крайней мере одного нз активных элементов переводят на активный (усилительный) участок пе. редаточной характеристики с целью создания условий для самовоэбуждения н более устойчивой генерации. 2.2. Логические элементы в импульсных устройствах Е(ифровые микросхемы — логические элементы — часто применяют в импульсных устройствах.

Инвертор (рис. 2.2) — простейший вид логиче. ского элемента. Когда на входе инвертора действует напряжение высокого уровня, то на выходе — низкого, и наоборот. Наглядное представление о состоянии входов и выходов дают таблицы, подобные показанным на рис. 2.2 и последующих. Когда таблица характеризует логические состояния элемента без учета его исполнения и полярности питающего напряжения, то сигналы в графах таблицы показывают как логический ноль и логическую единицу.

Если же речь идет о конкретной микросхеме и для нее хотят указать уровни напряжений, действующих на разных выводах, эти уровни условно обозначают латинскими буквами Н (от англ. 6(йй — высокий) и Е (!отч — низкий) и таблицы называют таблицами напряжения. Нередко, правда, некоторые авторы уровни напряжения оценивают цифрами ! (высокий) и 0 (низкий). Икг Грк кк и' мзакх х изм„ (гаки и' Иик ~гг йб В аб Л т ос гуай ф) ИЛИ в роли фазового ком- Рнс.

2.6. Логический элемент Исключающее паратора: а — схема включении; б — временнце диаграммы; жени» от фазового угла в — зависимость выкодного напрн- Рис. 2.3. Условное гра- Рис. 2.4. Условное гра- Рис. 2.5. Условное гра. фическое обозначение фическое обозначение фическое обозначение логического элемента логического элемента логического элемента 2И-НЕ и таблица со- 2ИЛИ-НЕ и таблица Исключающее ИЛИ и стояний состояний таблица состояний Логические элементы И вЂ” НЕ имеют два или более входов н один выход (рис.

2.3). Когда на всех входах действует напряжение высокого уровня, то на выходе — низкого. Достаточно хотя бы на один из входов подать напряжение низкого уровня (соединить с общим проводом), как на выходе возникнет высокое. В импульсных устройствах в основном применяют лвувходовые элементы 2И вЂ” НЕ, которые работают согласно представленной на рис. 2.3 таблице истинности. Как следует нз таблицы, если на одном из входов постоянно поддерживать напряжение высокого уровня, то по второму входу логический элемент 2И вЂ” НЕ действует как ннвертор. То же происходит, если оба входа соединить между собой.

Логические элементы ИЛИ вЂ  такуке могут иметь два или более входов (рис. 2.4). Их работу описывает соответствующая таблица истинности. Двувходовые элементы 2ИЛИ вЂ” НЕ, как и в случае 2И вЂ” НЕ, применяются чаще других. Для преобразования логического элемента 2ИЛИ вЂ” НЕ в инвертор нужно на одном из входов поддерживать напряжение низкого уровня либо соединить входы, как в случае элемента И вЂ” НЕ.

Каждый логический элемент Исключающее ИЛИ имеет два входа (рис 2.5). Как следует нз таблицы истинности, если на одном из входов, например х1, поддерживать напряжение низкого уровня, элемент будет работать как повторитель. Напряжение высокого уровня на этом входе обращает элемент Исключающее ИЛИ в инвертор. Логические свойства элемента Исключающее ИЛИ позволяют использовать его в качестве простого фазового компаратора — измерителя фазового сдвига между двумя последовательностями прямоугольных импульсов одинаковой частоты (рис. 2.6,а).

Скважность входных импульсов должна быть Я=2 для обеих последовательностей (рис. 2.6,6, в). Такой фазовый компаратор применен, например, в интегральном генераторе с фазовой автоподстройкой частоты— микросхема типа К664ГГ1 (см. $6.9). 2.3. Триггеры Триггеры, в отличие от логических элементов, обладают памятью. Под памятью электронных устройств подразумевают способность сохранять выходное состояние и после прекращения входных сигналов. Схемотехнически это свойство обеспечивается действием положительной обратной свя.

зи, часто двойной — перекрестной — с выходов на входы (11). Простейшими триггерами, на основе которых организованы и другие виды, являются ЕБ- и ВБ-триггеры. Схемно они одинаковы, но переключаются разными сигналами: для триггера из элементов ИЛИ вЂ” НЕ (ЙЯ-триггер) — это напряжение высокого уровня, а для варианта из элементов И вЂ” НЕ (Ю-триггер) — низкого. Их логическая структура с обозначением входов и выходов показана на рис. 2.7 и 2.8. Работу этих триггеров характеризуют соответствующие таблицы состояний. Индексами га и (е+г обозначены два соседних дискретных момента (два такта) — (а до прихода переключающего импульса и 1"тг — после его прихода. Выход () называют прямым, 1„1 — инверсным.

В таблицах состояния триггеров столбец, отражающий состояние выхода ©, нередко опускают; сигналы на атом выходе всегда инверсны по отношсиию к прямому выходу. С приходом активного сигнала на вход Б либо Б (от англ, зе1 — устанавливать) на прямом выходе установится напряжение высокого уровня, а (гуэрра и г бглб Г п бэгглб О М а) г) Рис. 2.7. КБ-триггер: и иа логических элементах ИЛИ-НЕ; б — услонное граФическое обоэначенне; а— еремеинпе анаграммы; а — таблица состоанна 18 О гзллл Х и йгррй У лвглэл й в ° га 4 а) г) Рис. 2.8, Ю-триггер; а — на логяческнл елементак И.НЕ; б — условное графическое абавначенне; в — вревременнйе диаграммы; г — таблица состояний на инверсном соответственно — низкого.

На втором входе при этом должен быть нейтральный сигнал. В новое состояние триггер переходит скачком благодаря положительной перекрестной обратной связи между элементами. Если после переключения триггера активный сигнал на входе станет нейтральным, триггер сохранит новое состояние, в котором он будет удерживаться действием той же обратной связи. Повторные импульсы на входе 8 никак не повлияют на состояние триггера. Активный сигнал на входе К (от англ, гезе1 — устанавливать вновь) вызовет обратное переключение: на прямом выходе появится низкое напряжение, на инверсном — высокое. Появление активных сигналов одновременно на обоих входах приводит к тому, что на обоих выходах будут напряжения одинакового уровня. Такое сочетание входных сигналов называют неопределенным нлн запрещенным н в условиях нормальной работы его избегают.

КБ-триггеры широко используют в аппаратуре, в том числе н в импульсных устройствах, В интегральном исполнении промышленность выпускает много тригге. ров как в виде самостоятельных изделий, так и в составе разных функциональных узлов — счетчиков, регистров, запоминающих устройств. Они различаются между собой элементной базой, числом входов, способом введения входной информации, реализуемой функцией переходов, элеитрическими и временными параметрами, конструктивным оформлением.

Эти триггеры имеют более сложную структуру, и в общем случае их можно представить как систему, состоящую из Кй-триггера, играющего роль ячейки памяти ЯП, и устройства управления УУ из логических элементов, преобразующего входную информацию в комбинацию сигналов, под воздействием которых ячейка памяти принимает одно нз двух устойчивых состояний (рис. 2.9). По способу введения информации триггеры подразделяют на асинхронные н синхронные.

У асинхронных триггеров есть только информационные входы. Эти триггеры отличает свойство срабатывать сразу после изменения сигналов 19 Рис. 2.9. Структурная схема трнггерной системы: УУ вЂ” устройство управления; ЯП вЂ” ячейка памяти (собственно трнггео): А. ив информационные (логические) входы. С вЂ” тактовый вход; 5' и К' — внутренние входы ячейки памяти; 5 и Н вЂ” внешние входы ячейки памяти; О н 0 — внеюние выходы. Рис.

2.10. Момент срабатывания триггеров с разными способами управления: а — статическим (по уровню); б — динамическим с активным фронтом; в — д»- иамическнм с активным срезом и — вре. мя, в течение которого могут пронсхо. дить переключения триггера) на входах (если не учитывать короткого времени задержки распространения сигнала в элементах, образующих триггер).