М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Дсн луллрслснннй лнл лнсй снгнсл Влслн снгн Рис. 12.17 Основная схема филовой автонодетройки частоты (ФАПЧ). Если первоначально частота('ы ниже частоты 1,:„, то на выходе фазового компаратора появляется положительное напряжение р;,лны, которое поднимает частоту 1;.н пока она не сравняется с частотой 1н; и — наоборот, если начальное значение )л ниже, чем 1; .
Если у ГУНа зависимость частоты от напряжения линейна, то напряжение р',мсн прямо пропорционально 1н и может использоваться как выходное напряжение, являюшееся результатом демодуляции входного ЧМ-сигнала. Так работают практически все радиоприемники ЧМ-сигнала. 12 10.2 Фазовый номнаратор Фазовый компаратор системы ФАПЧ заслуживает пристального внимания. Его основу составляет перемножитель.
На рис. 12.! 8 показан перемножитель с двумя входами, на которые поданы сигналы ,„= )г ав ., =(соз(е+()) Их произведение равно: р и р р ) [~азах и соз(вл + ге)) после тригонометрического преобразования получим: Рлнг = — (соз(2вл + ()) + соз(л). (12.9) Слагаемое соз(2ал+ р)) представляет собой пульсации высокой частоты, которые удаляются фильтром нижних частот, оставляюшим на выходе фазового компаратора 1.2 рлы = — соз4 (12. 10) Фазовал автолодстройка частоты 36З г,„= Хгс Вх хн й хнгнах х и,„„ снгнзл н р = хгснхингн.ы Рис. 12.18.
Фазовый компаратор. обеспечивая соответствуюшую зависимость управляюшего напряжения для ГУНа от фазы. Обычно ФАПЧ работает с фазовым сдвигом ф =-90', то есть созф =О. В этой точке увеличение разности фаз ф приводит к отрицательному корректируюшему напряжению ГУНа, а уменьшение ф вызывает появление положительного напряжения. ФАПЧ остается в состоянии синхронизации с входным сигналом в диапазонеф =+90'. При потере синхронизации генератор переходит в свободный режим работы, и входной сигнал должен приблизиться по частоте к частоте генератора в этом режиме (разность частот должна попадать в полосу пропускания фильтра нижних частот), прежде чем петля ФАПЧ вновь его захватит.
Большая постоянная времени фильтра нижних частот дает хорошее ослабление шума и высокую стабильность частоты выходного сигнала, но уменьшает полосу захвата и увеличивает время захвата. На практике пере- множитель в системе ФАПЧ можно заменить схемой прерывателя, который просто модулирует входной сигнал прямоугольным сигналом от ГУНа. Все дополнительные высокочастотные компоненты, возникавшие от прямоугольного сигнала, удаляются фильтром нижних частот. 12 10 3 Практическая схема фазовой автолодстройки частоты ИС ХЕ565, показанная на рис. 12.19, представляет собой схему ФАПЧ, которая в одном кристалле содержит фазовый компаратор, ГУН и фильтр нижних частот с возможностью подключения внешнего конденсатора Сг Конденсатором С, и резистором 11, устанавливается (в свободном режиме работы генератора) центральная частота ГУНа.
Стабильность ГУНа по высокой частоте поддерживается конденсатором С,, имеюшим емкость 1 нФ. Лля центральной частоты 1; справедлива формула: 1,2 Дй — — ' кГц, (12. 11) ай,с, где Я, — в килоомах, а С, — в микрофаралах. Сопротивление резистора Я, должно быть в диапазоне 2-20 кОм (оптимальное значение 4 кОм). Максимальное значение частоты уй составляет 500 кГц. Полоса удержания 1; очень широка и равна+8Ягсс Гц, где )гд- - -)'сс, + )'сс (1, — в геРцах, 1' — в вольтах.
— ПРим. леРев.). ПРи Указанных на рисунке напряжениях источников питания (6В), полоса удержания 364 Схемы с лолозГсительной обратной связью и генераторы анмыа Гала Ип Ва ига Выкал ав ГВ -ьв Рис. 12.19. Практическая схема ФАПЧ на основе ИС ХЕ565. составляет примерно+60% ото Включение резистора между выводом 6 и входом ГУНа (вывод 7) уменьшает чувствительность ГУНа и, следовательно, уменьшает полосу удержания. Для звуковых частот хорошей начальной величиной емкости конденсатора фильтра С, является 100 нФ. Поучительно поварьировать внутреннюю постоянную времени, изменяя емкость С„и посмотреть, как она влияет на полосу захвата Гс Согласно теории .ГС =* (12. 12) 2л 1 А2Сз где Я, = 3600 Ом (внутренний резистор), С, — в фарадах.
Если входной сигнал является частотно-модулированным, то на выходе 7 (управляюшее напряжение ГУНа) появляется демодулированный выходной сигнал. Кроме того, может понадобиться фильтр нижних частот для удаления остатков несушей. Цифровые логические схемы 13.1 Цифровой мир Сердцем современных компьютеризванных электронных систем являются элементарные транзисторные переключатели, работаюшие в режиме включен/выключен. Простота и надежность полупроводниковых переключателей привели разработчиков схем в мир цифр, где сигналы представляются числами, а работа схем описывается законами логики и арифметики. Даже в тех случаях, когда входы и выходы являются аналоговыми, например, при звукозаписи, обработка сигнала быстро становится цифровой„в которой используются аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования для перевода величины напряжения сигнала в число и обратно из числа снова в напряжение, и тем самым достигается более высокое качество записи.
Мы увидим, как в этой главе раскрывается мысль о том, что двоичная система счисления, то есть система счисления, работавшая с основанием 2, а не с основанием 10, используемым в хорошо знакомой десятичной системе, идеально подхолит для электронной реализации. Простые «включено» и «выключено» электронных переключателей соответствуют нулям и единицам двоичньгх чисел. Поэтому цифровая электроника свободна от многих опасных черт, свойственных аналоговым схемам, таких как искажение и дрейф, а базовые логические схемы, в основном, просты.
Эта простота имеет то достоинство, что несколько миллионов таких схем можно разместить в одном кристалле (чипе) интегральной микроЭВМ. В этих двух последних главах мы переходим от фундаментальной электроники, описывавшейся до сих пор, в мир микроЭВМ и совершенно необходимого программного обеспечения для управления ими. Начнем мы с изучения того, каким образом можно выполнять логические операции, применяя обычные переключатели, а затем посмотрим, как простые транзисторные схемы могут преврашаться в арифметические сумматоры, память, счетчики, таймеры и, наконец, в компьютер. Збб Цифровые логические схемы 13.2 Логические фуикиии и логические схемы Логические операции совсем не сложны, и мы встречаемся с ними каждый день.
Три наиболее важные логические функции имеют следующие названия: ИЛИ, И и НЕ. Примеры их применения показаны на рис. 13.1: (а) Внутреннее освещение автомобиля включено, когда открыта левая дверь ИЛИ открыта правая дверь или открыты обе двери (рис. 13.1(а)). (Ь) Сигнальная лампа ручного тормоза горит, когда включен ручной тормоз И при этом включено зажигание (рис. 13.1(Ь)). (с) Центрифуга будет работать только тогда, когда крышка НЕ открыта (рис. 13. 1(с)). сс) Лампа ручног тормота Лампа ооасшснн» 1 Крышка открыта ие Эл.
ланштсль нснпшфугн Рис. 1ЗЛ. Реализация логических функций с помощью ключей. Мы легко можем интерпретировать эти общие функции как логические элементы, на которые поступают электрические входные сигналы и в которых формируется выходной сигнал, соответствующий их логической функции. Такие логические элементы включают в себя простой усилитель для того, чтобы они могли свободно включаться каскад за каскадом (покаскздно) и образовьгвать более сложные цепи, в которых каждый элемент можно было бы нагружать одним или ббльшим числом других элементов. Как нам стало известно в самом начале книги, простым усилителем является электромагнитное реле; поэтому наши первые логические элементы конструировались на основе реле; действительно, в течение многих лет они были единственным элементом цифровой схемотехники, применявшейся в промышленных регуляторах и телефонных коммутаторах.
Напряжения, прикладываемые к входам элементов, принимают значение ВКЛ (высокий уровень) или ВЫКЛ (низкий уровень). Высокий уровень соответствует логической 1 (иногда это логическое значение называют ИСТИНОЙ), а низкий уровень — логическому О (ЛОЖЬ). На рис. 13.2 логичес- Логические функции и логические схемы Зб7 кая 1 представлена напряжением +12 В, а логический Π— напряжением О В. В элементе ИЛИ (рис.
13.2(а)) напряжение +12 В, приложенное к входам А ИЛИ В, включает реле и поднимает выходное напряжение до +12 В. На рис. 13.2(Ь) показан элемент И, в котором реле включено, благодаря непосредственному подключению его катушки к источнику питания; в нем выходное напряжение поддерживается на уровне +12 В до тех пор, пока на обоих входах А И В имеется напряжение +12 В.
Если любой из входов заземлен (О В), то соответствуюший диод проводит, замыкая катушку реле накоротко, и напряжение на выходе Упадает до О В. В этом примере следует обратить внимание на важный момент: при логическом О вход действительно должен быть подключен к О В, а не оставлен брошенным (плаваюшим, свободно висяшим в воздухе), иначе элемент И работать не будет; этот обший принцип должен соблюдаться также в электронных вентилях.
(«) или «!2 в (с) НЕ (ИНВсрг»р) «)2 В Рис. ! 3.2. Базовые логические элементы (реле показаны в состоянии «выключено»). Функция НЕ, или инверрлор, завершает наше трио базовых элементов (рис. 13.2(с)). Нормально замкнутый контакт подключен к напряжению +12 В до тех пор, пока при подаче напряжения +12 В на вход А (логическая 1) не включается реле, которое замыкает выход У на землю, создавая на выходе логический О. Таким образом, выход У имеет высокий уровень, когда уровень на входе А НЕ является высоким. Три логические функции ИЛИ, И и НŠ— зто все, что применяется при построении цифровых систем, компьютеров и микропроцессоров. На рис.13.3 показано условное обозначение элементов, реализуюших зти логические функции. 368 Цифровые логические схемы В ихи В и не Рис. 13.3.
Условное обозначение основных логических элементов. 13.3 Электронные логические элементы Хотя логические элементы на основе реле являются удобным экспериментальным введением в логику и все еше остаются важным компонентом в некоторых системах регулирования, при их исподьзовании в более сложных устройствах возникают серьезные проблемы, связанные с размерами, стоимостью и быстродействием. Как и можно было ожидать, применение транзисторов решает эти проблемы, особенно в том случае, когда один кристалл ИС может содержать миллионы транзисторов.
Простые электронные логические элементы автоматически реализуют функцию НЕ, поскольку инверсия полярности сигнала присуща переключателям, выполненным по схеме с общим эмитгером. На рис. 13.4 показаны основные схемы, реализующие функции НЕ, ИЛИ-НЕ и И-НЕ, вместе с их условными обозначениями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
