Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 37

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

4.57. Счетверенная схема ИЛИ-НЕ-ИЛИ с двумя входами в каждой схе- ме ЗСЛ-и (комнлементарные выходы). а — аагиаасаан схема; б — принцнпианьнаи схема НО!ОП. в сторону более высокого выходного уровня напряжения, что сказывается на управлении дифференциального усилителя в режиме насыщения. Последнее обстоятельство в свою очередь влияет на быстродействие схемы. Этот эффект необходимо учитывать, прежде всего в случае предварительных счетчиков, используемых в частотомерах, которые управляются с помощью схем с дискретными компонентами.

Амплитуда сигналов в ЭСЛ- схемах не должна превышать уровней напряжения, указанных в спецификациях. В серии ЭСЛ-П используются преобразователи логических уровней типа 10124 (из ТТЛ в ЭСЛ) и 10125 (из ЭСЛ в ТТЛ). Неиспользуемые входы соединяются с точкой — ст в. Глава 4 4.34. Генераторы и релаксациониые устройства Генераторы и мультивибраторы используются в цифровых системах для получения тактовых и других повторяющихся сигналов, для расширения и задержки импульсов, улучшения формы импульсов и восстановления формы цифровых сигналов.

-15 '-Г8 -14 -УО -0,6 -4Р 17 д Ьх л Рис. 4.58. Передаточные характеристики функций ИЛИ и ИЛИ-НЕ в ЭСЛ-П, а — длн функции ИЛИ; б — длн фуннцни ИЛИ-НЕ. 221 Семейства логических схем В предыдущих разделах (гл. 3) уже шла речь об управляющих устройствах, которые используются для организации процессов цифровой обработки в соответствии с определенной временнбй диаграммой. Хотя цифровые схемы работают гораздо быстрее человека, тем не менее и для них требуется временная организация отдельных операций, следующих друг за другом. Диаграммы представляют собой схемы, которые устанавливают эту последовательность.

Работа управляющего устройства (контроллера) осуществляется от генератора тактовых сигналов либо непосредственно, либо после деления частоты. Для этой цели часто используется кварцевый генератор или же генератор другого типа с несколько худшей стабилизацией. Под релаксационными схемами мы имеем в виду семейство мультнвибраторов (в частности, несинхронизированный мульти- вибратор для получения повторяющихся импульсных сигналов, ждущий мультивибратор для получения одиночных импульсов и бистабильный мультивибратор, который применяется в цифровой технике в качестве запоминающего элемента).

Мы рассмотрим также схему И-НЕ на основе триггера Шмитта. Эта схема имеет передаточную характеристику с гистерезисом, что позволяет получить на выходе импульсы с хорошо определенными высоким и низким уровнями, когда на вход подаются плохо сформированные сигналы (например, сигналы с ФЭУ или других аналогичных детекторов). В последующих разделах мы рассмотрим варианты всех этих схем, изготовленных из дискретных элементов и в интегральном варианте. 4.33.

Несинхронизированный мультивибратор Мультивибратор состоит из двух усилителей, связанных между собой через 1сС-цепочки, причем вход первого усилителя связан с выходом второго. Известны три типа мультивибраторов: неспнхронизированный, ждущий и бистабильный. С помощью схемы, приведенной на рис. 4.59, мы опишем принцип действия несинхронизированного, или самовозбуждающегося, мультивибратора.

Пусть, например, за счет шумов напряжение на базе транзистора Т1 внезапно увеличится. Это повышение напряжения приведет к уменьшению напряжения на коллекторе, которое через С1 передается на базу транзистора Т2. Уменьшение напряжения на базе транзистора Т2 приведет к повышению напряжения на коллекторе, которое через С2 передается на базу транзистора Т1. Таким образом, первоначальный положительный скачок напряжения будет усилен с помощью обратной связи. За счет большого усиления этой схемы 228 Глава 4 возникает лавинообразный процесс, который приводит к полному запнранию транзистора Т2 и насыщению транзистора Т).

Под действием скачка напряжения на коллекторе транзистора Т) база транзистора Т2 оказывается под отрицательным потенциалом. Так как диод база — эмиттер Т2 заперт, конденса- ов лх» Рис. 4.59. Несинхронизиронанный мультииибратор. тор С1 должен разрядиться через И.

Этот разряд происходит в течение определенного времени. В процессе разряда С1 транзистор Т2 будет заперт, а транзистор Т) открыт. Однако как только процесс разряда завершится, Т2 отопрется и лавинообразный процесс начнет развиваться в обратном направлении, в результате чего Т) запрется, а Т2 перейдет в режим насыщения. Это состояние сохраняется до тех пор, пока С2 не разрядится через )с2, после чего мы снова попадаем в исходное состояние.

На рис. 4.60 приведены выходные характеристики транзистора. Видно, что транзистор можно использовать при очень малых Рис. 480, Зависимости»»=)(У,»), 229 Семейства логических схем значениях коллекторного тока и напряжения. Это означает, что при опрокидывании схемы коллекторное напряжение обоих транзисторов испытывает скачок, амплитуда которого практически равна напряжению питания Уе. До этой величины заряжаются разделительные конденсаторы обоих усилителей.

Определим время, через которое вновь отопрется транзистор. Оно равно длительности импульса, формируемого на коллекторе запертого транзистора. Допустим, что в момент времени 1о Рис. й.б1. Скачки напряжения на ба- зах транаистороа Т1 и Т2. (рис, 4.61) возникает скачок напряжения, в результате чего на базе транзистора появляется напряжение — Уа относительно земли. Разделительный конденсатор разряжается после этого скачка по экспоненциальному закону через сопротивление базы (1?1 н ??2 на рис.

4.59). Как только потенциал базы становится снова положительным по отношению к земле, начинается лавинообразный процесс, который опрокидывает схему (момент времени 1,), Возникает вопрос: когда напряжение на разделительном конденсаторе уменьшится настолько, что база становится положительной? Из теории электрических цепей известно, что напряжение на конденсаторе после разряда в течение 1 секунд равно ус = усе — цси, (4.1) где (?а — напряжение в начале разряда, е — основание натуральных логарифмов, С в емкость конденсатора в фарадах и )с — сопротивление в омах. Из рис.

4.61 видно, что нас интересует величина времени 1, в течение которого конденсатор, заряженный до напряжения 2с/е, разрядится до напряжения Уе. (Значение 2Уе появляется Глава 4 в связи с тем, что конденсатор разряжается от напряжения — Ув до напряжения +Уз.) В результате вместо выражения (4.1) можно написать У 2У в — пса илн — 1пе=1п —. 2Ув СЯ = иа ' (4.2) Из этого соотношения находим (так как!п в=1) 4 = Стт 1п 2. (4.3) Отметим, что выражение (4.3) является приближенным, так как напряжение насыщения и контактная разность потенциалов здесь не учитываются, однако, несмотря на это, формула (4.3) широко применяется на практике из-за ее простоты.

Крутизна переднего фронта импульса мультивибратора определяется сопротивлением коллекторного резистора и емкостью разделительного конденсатора. Это становится очевидным из следующего рассмотрения. Допустим, что в схеме, приведенной на рис. 4.59, транзистор Т1 запирается так, что напряжение на Рис. 4.б2, Эмиттериый повторитель на Т2. коллекторе этого транзистора испытывает скачок до +Ув (в этот момент открывается транзистор Т2).

Диод эмиттер— база Т2 проводит ток, и С1 заряжается через !т„ь Этот заряд требует времени, определяемого значениями С1 и !т„ь Чем быстрее заряжается С1, тем круче передний фронт положительного импульса на коллекторе транзистора Т!. Зарядку разделительного конденсатора можно ускорить, включив между соответствующим транзистором и !сС-цепочкой эмиттерный повторитель (рис. 4.62). Что касается заднего фронта импульса, то ситуация более благоприятна. Если на коллекторах транзисторов появляется 231 Семейства логических схем Ыи т~ Ь "все уйуллекалд т~ йууа т~ ~ажютца 7У Рис, 4.63.

Эпюры напряжений и разных точках несинхронизироаанното муль- тиаибратора. отрицательный скачок напряжении, потенциал базы транзистора, следящего за ним, становится отрицательным относительно земли. Это происходит почти беспрепятственно. Необходимо только разрядить входные и монтажные емкости, и, так как этот разряд происходит через малое сопротивление насыщенного транзистора, задержка в процессе переключения будет пренебрежимо малой. Мы исходим из того, что при опрокидывании схемы на коллекторе транзистора появляется скачок напряжения, амплиту- Глава 4 да которого равна напряжению питания (ув.

Очевидно, что это может произойти только тогда, когда транзисторы находятся в состоянии насыщения. Важную роль при этом играет сопротивление базовых резисторов )71 и !с2 (рис. 4.59). Эти сопротивления должны быть такими, чтобы транзистор, включенный в режиме нормального (однонаправленного) усилителя, был полностью отперт ((7„, =0 В). Крутизна фронтов импульса мультивибратора зависит и от накопления заряда в транзисторе, которое обычно имеет место при возбуждении усилителей. Избыточные носители заряда, находящиеся в базе, при опрокидывании схемы ограничивают ток через коллектор, в результате чего фронт импульса становится менее крутым. Этот эффект выступает на первый план в том случае, когда к крутизне фронтов предъявляются достаточно высокие требования.

Крутизну фронта импульса можно улучшить, переводя транзистор в ненасыщенный режим' работы. На рис. 4.63 показаны эпюры напряжений, которые возникают в различных точках схемы мультивибратора. 4.36. Генераторы, управляемые напряжением В ТТЛ-семействе имеются схемы, с помощью которых можно получить прямоугольные импульсы, присоединяя к этим схемам внешний конденсатор или кристалл кварца. Эти ТТЛ-схемы имеют обозначения 7455124 и 745124. Обычно в корпусе Р1Р находятся два генератора, управляемые напряжением (ГУН). Обозначения выводов из корпусов, где размещены ИС 7455124 и 745124, показаны на рис.

Характеристики

Список файлов книги