Тема 1.16. Импульсные устройства на ИМС.

Цифровые ИМС широко используют при разработке и создании многих импульсных устройств, так как при этом не требуется расчет транзисторных ключей, не надо согла­совывать уровни напряжений сигналов при работе этих устройств с однотипной логикой.

Рассмотрим некоторые из таких устройств на основе цифровых ИМС. При анализе их работы все р-n переходы будем считать идеальными ключами с пороговым напря­жением Uo.

Начнем с устройства задержки фронта импульса [1, 2], являющегося основой всех рассматриваемых далее устройств. На его примере, к тому же, легче всего уяснить особенности работы импульсных устройств на цифровых ИМС.

Здесь и далее примеры устройств приводятся применительно к ДТЛ микросхемам серии К217, что не ограничивает общности выводов применительно к ТТЛ микросхемам. В исходном состоянии на вход устройства подан сигнал логического 0, т. е. ток i0 отводится на общий провод через открытый ключ предыдущего элемента. Конденсатор С1 заряжен до напряжения Uo открытого диода VI. В момент времени tx на вход приходит сигнал логической единицы, что эквивалентно отключению входа устройства от общего провода. Диоды VI, V3 закрываются и отключают источник сигнала от входа устройства.

Теперь ток I0 заряжает конденсатор С1 до напряжения 2U0. При этом напряжение в точке b становится равным 3U0. Открываются диоды V4, V5 и транзистор V6 — на выходе устройства появляется инвертированный задержанный фронт входного импульса.

При прохождении среза вход устройства снова замкнется на общий провод, диоды V2, V4 и V5 закроются, а конденсатор С1 за очень короткое время разрядится через диод VI до напряжения Uo. Транзистор V6 закроется, и устройство примет исходное состояние. Чтобы задержка фронта входного импульса была без инверсии, на выходе устройства должен быть инвертор.

Устройство задержки среза импульса, схема и временные диаграммы работы которого показаны на рис. 3, отличаются от устройства задержки фронта импульса [1, 2] только тем, что на его вход подается инвертированный сигнал. А так как оно управляется положительным перепадом напряжения, то происходит задержка среза входного импульса.

Следующее импульсное устройство — устройство задержки импульса. Оно по существу представляет собой два каскада задержки фронта. Пройдя через первый каскад, импульс инвертируется с задержкой фронта, второй же каскад работает точно так же, как и в предыдущем устройстве. В результате задержки фронта и среза на одно и то же время поступивший на вход импульс оказывается задержанным во времени с сохранением его прежней длительности.

Недостаток такого устройства заключается в том, что оно обрабатывает импульсы, дли­тельность которых не меньше времени задержки. Этот его недостаток можно устранить, если вслед за устройством задержки среза каскадно включить устройство задержки фронта и выходной сигнал проинвертировать. При этом времена задержки везде должны быть равны. Однако число логических элементов, а следовательно, паразитная задержка распространения сигнала здесь вдвое больше, чем В предыдущем устройстве.

На основе такого устройства можно сконструировать преобразователь частота-напряжение. Для этого достаточно на выходе его включить интегрирующую цепочку. Принцип работы преобразователя заключается в том, что постоянная составляющая периодического импульсного сигнала обратно пропорциональна скважности (отношению периода к длительности импульса), а, следовательно, при постоянной длительности прямо пропорциональна частоте [3, 4]. Постоянная составляющая импульсного напряжения выделяется интегрирующей цепочкой.

Следующее импульсное устройство — автоколебательный мультивибратор [5], схема которого изображена на рис. 6. Он состоит из двух одинаковых (симметричный случай) формирователей импульсов заданной длительности, собранных на элементах Dl…Df, диодах VI, V2, и конденсаторах С1 и С2. Элемент D5 предназначен для запуска мультивибратора и установления автоколебательного режима работы после включения питания. Период колебаний определяется суммой длительностей импульсов, формируемых в плечах мультивибратора.

Устройство работает следующим образом. После включения питания, когда конденсаторы С1 и С2 еще не заряжены, на выходах плеч мультивибратора наблюдается сигнал логической единицы. Элемент D5 вырабатывает сигнал логического нуля, т. е. замыкает соответствующий вход элемента D1 на общий провод. Следовательно, возможность заряжаться получает только конденсатор С2. С момента начала зарядки конденсатора С2 и до конца формирования импульса элементами D2, D4 на выходе элемента D4 и на соответствующем входе элемента D1 поддерживается сигнал логического нуля, который не позволяет конденсатору С1 заряжаться до тех пор, пока не закончится цикл зарядки конденсатора С2, и наоборот. Так как теперь на входах. элемента D5 поочередно появляются сигналы логического нуля и единицы в противофазе, то на выходе элемента D5 все время наблюдается сигнал логической единицы и он практически не оказывает влияния на дальнейшую работу устройства.

Ждущий мультивибратор [1, 2] представляет собой совокупность устройства задержки фронта и RS-триггера, состояние которого изменяется логическим нулем. Импульсы запуска, являющиеся сигналами логического нуля, попадают на вход элемента D2. В исходном состоянии на выходе этого элемента логический нуль, а на выходе элемента D3 — единица. Триггер будет находиться в таком состоянии сколь угодно долго, пока не поступит импульс запуска.

Примерные виды работ: Практическая работа « Монтаж импульсных устройств на ИМС ». Триггеры и мультивибраторы.