УПРАВЛЯЕМЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Управляемые генераторы осуществляют преобразование од­ного вида сигнала в другой. Существуют различные способы пре­образования: постоянное напряжение преобразуют в сигналы им­пульсного вида, входные импульсные сигналы укорачивают или удлиняют, осуществляют задержку сигнала и деление частоты сле­дования импульсов.

Генераторы находят широкое применение в различных систе­мах обработки информации. Они составляют основу всех импульс­ных устройств. Преобразователи «напряжение — частота» применя­ют в измерительных системах автоматического контроля В настоя­щее время разработаны преобразователи с нелинейностью характе­ристики порядка 0,002%, при этом погрешность преобразования со­ставляет 0,03%. Существует большое количество различных типов и видов схем преобразователей. Наиболее перспективными с точки зрения точности преобразования, являются линейные системы с им­пульсной ОС.

Наиболее экономичными генераторами являются схемы на тоан-зисторах разных типов проводимости. В таких генераторах оба транзистора закрыты а с приходом входного сигнала они одновре­менно открываются. Через транзисторы протекает ток только в мо­мент формирования выходного сигнала. В открытом состоянии тран­зисторы способны проводить большие токи. Длительность импульса выходного сигнала в генераторах определяется постоянной времени ЯС-цепи. Уменьшение длительности импульса осуществляется дисЬ-ференцирующей цепочкой, а удлинение - интегрирующей При Фор­мировании импульсного сигнала строго определенной длительности в генераторах применяется заряд (разряд) конденсатора постоян-ным током.

С появлением интегральных микросхем габариты генераторов значительно уменьшились. Лишь выходные устройства, обеспечива­ющие значительный ток нагрузки, выполняются на дискретных ком-понентах. Справочную информацию о включении ОУ в схему мож­но найти в гл. 1.

1. ДВУХКАСКАДНЫЕ РЕЛАКСАТОРЫ

Релаксатор с нулевой мощностью покоя. В ждущем ре­жиме оба транзистора (рис. 12.1, а) закрыты.
Входной импульс по­ ложительной полярности открывает транзистор VT1 Коллекторный ток этого транзистора открывает транзистор VT2. Положительный перепад напряжения в коллекторе транзистора VT2 будет поддер­живать транзистор VT1 в открытом состоянии до тех пор пока кон­денсатор разряжается через резистор R1. Входное сопротивление транзистора УП можно считать значительно большим сопротив­ления резистора R1. Положительное напряжение в базе транзистора VT1 будет постепенно уменьшаться. Наступит момент, когда тран­зистор VT2 выйдет из насыщения. Отрицательный перепад напряжения в коллекторе транзистора VT2 пройдет в базу транзистора VT1 и еще больше его закроет. Наступает процесс разряда конден­сатора. В этом состоянии релаксатор будет ожидать очередного входного импульса.

                                          Рис. 12.1

Длительность импульса определяется постоянной времени RiC. Применение переменного резистора R1 позволяет регулировать длительность выходного импульса (рис. 12.1,6).

Релаксатор на дифференциальном усилителе. Одновибратор (рис. 12.2) имеет относительно малое время возврата в исходное состояние. При отсутствии входного сигнала транзистор VT2 за­крыт, а диод находится в проводящем состоянии. Входной сигнал отрицательной полярности открывает транзистор VT1. Положитель­ный перепад напряжения в коллекторе пройдет на базу транзистора VT2 и закроет его. В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока зарядится конденсатор. Постоянная времени равна RsCi. Порог открывания транзистора VT2 регулируется резистором R6. По окончании импульса конденсатор разрядится через открытый диод и резистор R2. Схема возвращается в исходное состояние.

Релаксатор на составном каскаде. В исходном состоянии оба транзистора (рис. 12.3, а) закрыты. Входной импульс положитель­ной полярности проходит через диод и открывает транзистор VT2. Происходит разряд конденсатора через диод VD1 и резистор R3. При этом транзистор VT1 также находится в открытом состоянии.


После прекращения действия входного сигнала транзисторы будут в открытом состоянии, поскольку начинается процесс заряда кон­денсатора через резистор R1 и транзистор VII. Этот транзистор поддерживает в открытом состоянии и второй транзистор. Транзи­сторы будут в открытом состоянии до тех пор, пока конденсатор зарядится до напряжения питания. После этого оба транзистора закроются. На рис. 12.3,6 приведена зависимость длительности вы­ходного импульса от емкости конденсатора С1.





                          Рис. 12.2



                          Рис. 12.3

Последовательная схема включения транзисторов. Входной сиг­нал (рис. 12.4, а) открывает транзистор VT1. Одновременно откры­вается транзистор VT2. Положительная обратная связь через Rl, C1 ускоряет открывание обоих транзисторов. На базе транзистора VT1 возникает положительный перепад напряжения. По мере заряда конденсатора С1 положительное напряжение на базе транзистора VT1 уменьшается. Наступает момент, когда транзистор VT2 выхо­дит из насыщения. Отрицательный перепад напряжения в коллек­торе VT2 через конденсатор С1 передается на базу транзистора VT1. Это приводит к быстрому закрыванию обоих транзисторов. На рис. 12.4, а приведены эпюры напряжений в точках схемы и зави­симость длительности выходного импульса от емкости конденсато­ра С1.

Составной каскад с динамической связью. В исходном состоянии оба транзистора (рис. 12.5, а) открыты. Входной сигнал закрывает транзистор VT2. Положительный перепад напряжения на коллекто­ре этого транзистора закроет второй транзистор. В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока конденсатор С1 зарядится через резистор R4 до напряжения 3 В, необходимого для откры­вания транзистора VT1. За открыванием транзистора VT1 следует открывание и транзистора VT2. При больших сопротивлениях ре­зистора R4 (>200 кОм), когда транзистор VT1 переходит в линей­ный режим, в схеме могут возникнуть автоколебания. Работа схемы проиллюстрирована на рис. 12.5,6.





                                          Рис. 12.4



                                          Рис. 12.5

Релаксатор с малым временем восстановления. Мультивибратор на транзисторах с разными типами проводимости (рис. 12.6, а) име­ет малое время восстановления. В исходном состоянии оба транзи­ стора открыты. Входной импульс положительной полярности закры­вает транзистор VT1. Отрицательный перепад напряжения на кол­лекторе этого транзистора закроет диод, а следовательно, и тран­зистор VT2. Транзистор VT1 будет поддерживаться в закрытом состоянии через резистор R4. Начинается процесс разряда конден­сатора через резисторы R2 и R3. Через некоторое время напряже­ние на конденсаторе будет близко к нулю. После этого последует открывание транзистора VT2, затем и транзистора VT1. С этого момента конденсатор заряжается через открытый транзистор VT1 и базовую цепь транзистора VT2. Длительность импульса на вы­ходе мультивибратора равна 0,5 мс. На рис. 12.6,6 проиллюстри­рована работа релаксатора.

Расширители импульсов. Устройство (рис. 12.7, а) предназна­чено для расширения импульсов отрицательной полярности длительностью порядка микросекунд на время порядка единиц милли­секунд. В исходном состоянии транзистор открыт. Коллекторный ток транзистора выбирается таким, чтобы падение напряжения на ре­зисторах R3 и R4 равнялось напряжению питания. Транзистор находится на границе линейного и насыщенного режимов. Входной импульс отрицательной полярности проходит через диод. С прихо­дом входного сигнала транзистор закрывается. Конденсатор заря­жается от входного сигнала. После прекращения действия входного сигнала транзистор будет находиться в закрытом состоянии за счет напряжения на конденсаторе. Начинается процесс разряда конден­сатора через резистор R4. Схема рис. 12.7, б близка по принципу действия к описанной. Отличие заключается в использовании состав­ного транзистора на основе полевого и биполярного транзисторов. Время, в течение которого транзистор закрыт, определяется выраже­нием т=R4C lnUBx/UБ (рис. 12.7, а) и т=R4С 1nUвх/U0 (рис. 12.7,6), где UБ — напряжение в базе транзистора; U0 — напряжение отсеч­ки полевого транзистора; Uвх — амплитуда входного сигнала.





                                          Рис. 12.6



                                          Рис. 12.7

Схема задержки фронта импульса. Входной сигнал положитель­ной полярности с амплитудой 10 В подается на мостовую времяза-дающую цепочку (рис. 12.8). На базе транзистора VT1 напряжение падает, а на эмиттере возрастает, В тот момент, когда эти напря­жения сравняются, открывается транзистор VT1. За этим последует открывание транзистора VT2. Передний фронт выходного сигнала будет задержан относительно переднего фронта входного сигнала. Время задержки определяется параметрами R1C1 и R2C2. Эту задержку можно приблизительно определить по формуле tзад=R1C1(U1/U2)=0,5.105.104 = 5c.



                                          Рис. 12.8



                                          Рис. 12.9

Управляемый мультивибратор-преобразователь «напряжение — частота». Преобразователь напряжения в частоту построен по схеме релаксационного генератора с индуктивностью в коллекторе (рис. 12.9, а). Частота генератора определяется формулой f=UBX/4WBS10-8, где В — индукция насыщения сердечника транс­форматора; 5 — сечение сердечника трансформатора (см2); W — число витков обмотки.

Линейность характеристики преобразования наблюдается в диа­пазоне входных напряжений от 0,5 д© 5 В, при этом частота гене­ратора меняется от 50 до 250 кГц. Крутизна преобразования равна 50 кГц/В. Амплитуда выходного сигнала пропорциональна уровню входного сигнала. При изменении температуры частота генератора меняется. Если сердечник изготовлен из пермаллоевых сплавов 50НП, 34НК.МП и 65НП, то частота меняется на 8% при изменении температуры от — 50 до +50° С. Для сплавов 79НМ, 80НКС в том же диапазоне температур частота уходит на 10%. На рис. 12.9,6 дана зависимость частоты выходного сигнала от входного напря­жения.



                                          Рис. 12.10



                   Рис. 12.11

Двухвходовый управляемый мультивибратор. Мультивибратор (рис. 12.10, а) может работать при низких питающих напряжениях.


Уже начиная с 0, 6 В, на обоих выходах возникают колебания. За­висимость периода импульсного сигнала от напряжений на входах показана на рис. 12.10, б. Длительность импульса составляет около 1 мс. При U8x1 = 0,6 В колебания срываются, если на Вход 2 будет подано напряжение более 2,5 В. Мостовой формирователь им­пульсов. Формирователь (рис. 12.11) построен на двух транзи­сторах разной проводимости. По­ложительная обратная связь осу­ществляется через мост R4, R6, Cl, C2. В исходном состоянии транзисторы закрыты, а конден­саторы моста разряжены. С при­ходом входного импульса поло­жительной полярности транзистор VTI открывается. Отрицательный потенциал в коллекторе транзи­стора VT1 откроет транзистор VT2. Коллекторный ток транзистора VT2 будет способствовать еще большему открыванию транзи­стора VT1. Лавинообразный процесс переведет оба транзистора в насыщение. Схема примет временное устойчивое состояние. Это состояние будет продолжаться до тех пор, пока протекает зарядный ток конденсатора С1. Как только напряжение на кон­денсаторах С1 и С2 будет близко к 6 В (половине напряже­ния питания), откроется диод VD2 и зарядный ток резко умень­шится. В результате транзистор VT2 начнет выходить из насыщения. Уменьшение коллекторного тока транзистора VT2 закроет транзи­стор VII. С этого момента начнется процесс возвращения схемы в исходное состояние. Конденсаторы С1 и С2 разряжаются через диоды VD2, VD3 и резистор R7. Время восстановления лежит в пределах 0,5 — 5% относительно длительности импульса. Длитель­ность импульса определяется выражением Г = т1п2. где т=R4С1 = R6С2.

2. ТРЕХКАСКАДНЫЕ РЕЛАКСАТОРЫ

Расширитель импульсов с генератором тока. Устройство (рис. 12.12, а) состоит из накопительного конденсатора С1, который заряжается от генератора постоянного тока, собранного на тран­зисторе VT1, транзистора VT3, предназначенного для сброса кон­денсатора, и выходного транзистора VT2.



                                          Рис. 12.12





                                          Рис. 12.13

С приходом входного сигнала положительной полярности амп­литудой более 2 В и длительностью 10 мкс конденсатор С1 разря­жается через транзистор VT3. После этого начинается процесс за­ряда конденсатора постоянным током. Напряжение на конденсато­ре меняется по линейному закону U=(I/C)t. Ток заряда опреде­ляется опорным напряжением стабилитрона VD1 и сопротивлением резистора R2. Во время заряда конденсатора транзистор VT2 от­крыт. Максимальная длительность выходного импульса определяет­ся выражением тmах= (Е — Uo)C/I, где E=10 В; Uo = 6B — опорное напряжение стабилитрона. На рис. 12.12,6 приведена зависимость длительности выходного импульса от сопротивления резистора R2.

Расширитель импульсов на интеграторе. В основу генератора (рис. 12.13, а) положен интегратор, собранный на транзисторе VT2 и цепочке R2, С1. Постоянная времени интегратора h21Э=R2C1, где hzi э — коэффициент передачи тока транзистора VT2. После прекращения действия входного импульса амплитудой более 2 В и длительностью 10 мкс конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R2. Напряжение на коллекторе транзистора VT2 плавно нарастает. Когда это напряжение достигнет опорного напряжения стабилитрона VD1, открывается транзистор VT3. Обратная связь через конденсатор С2 ускоряет открывание транзистора VT3.

При увеличении номиналов, элементов R2 и С1 можно получить задержку включения транзистора VT3 до нескольких минут. На рис. 12.13,6 приведен график зависимости длительности выходного импульса от R2.

Расширитель импульсов на зарядном конденсаторе. Конденса­тор С1 в схеме рис. 12.14, а разряжается через транзистор VT1 входным импульсом. После этого происходит процесс заряда кон­денсатора через резистор R2. Когда напряжение на конденсаторе достигнет 9 В, открывается транзистор VT2, а следом за ним от­крывается и транзистор VT3. Для разряда конденсатора С1 вход­ной сигнал должен иметь амплитуду более 2 В и длительностью 10 мкс.


Работа схемы проиллюстрирована на рис. 12.14,6.



                                          Рис. 12.14



                               Рис. 12.15

Расширитель импульсов с динамическим порогом. Входной сиг­нал (рис. 12.15) с помощью транзистора VT1 сбрасывает заряд конденсатора С1. Транзисторы VT2 — VT4 находятся в закрытом состоянии. Псспе действия входного сигнала конденсатор С1 начи­нает заряжаться через резистор R2. Когда напряжение на конденса­торе увеличится до 4 В, откроется стабилитрон VD1. Дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе приведет к открыванию транзистора VT2. Это произойдет, когда напряжение на базе будет 7 В. Порог открывания транзистора VT2 задается делителем R5, R6. С открыванием транзистора VT2 начнет проводить транзистор VT4. Коллекторный ток этого транзистора откроет транзистор VT3, который уменьшит порог открывания. Произойдет релаксационный процесс. В результате на выходе схемы будет положительный сиг­нал +20 В. В таком состоянии схема находится до прихода следу­ющего входного импульса амплитудой 5 В и длительностью 0,5 мс. Длительность выходного сигнала определяется постоянной времени R2Ct, она может достигать значений 5 с.

Управляемый мультивибратор. Генератор (рис. 12.16, а) управ­ляется внешним сигналом положительной полярности. Когда при­ходит управляющий сигнал, мультивибратор формирует сигнал пря­моугольной формы скважностью 2. Частота колебаний не зависит от питающего напряжения при Е = 3 В. Фаза импульсного сигнала привязана к фронту управляющего сигнала. Частоту выходного сигнала можно менять при изменении сопротивления резисторов R2 и R3 (рис. 12.16, б).



                          Рис. 12.16



                          Рис. 12.17

Релаксатор с регулируемой длительностью импульса. Генератор (рис. 12.17) имеет стабильную длительность выходного импульса. Эта стабильность достигается постоянством тока разряда конден­сатора. Ток разряда конденсатора протекает через транзистор VT2 и определяется резистором R2 и напряжением на базе транзистора VT2. Это напряжение регулируется с помощью резистора R4. Дли­тельность импульса определяется выражением т=UпС/I, где Ua — напряжение питания; I — коллекторный ток транзистора VT2. Ме­няя емкость конденсатора С, можно перекрыть широкий диапазон длительностей выходного сигнала.



Параллельно-последовательный преобразователь. Генератор (рис. 12.18) формирует на выходе импульс, амплитуда которого превышает напряжение питания. В этой схеме используется прин­цип параллельного соединения конденсаторов С2 — С4 при заряде через резисторы R2, R5 и R9 и последовательного соединения при разряде.

Запускающий импульс включает лавинный транзистор VT1, а затем за счет роста напряжения на коллекторах транзисторов VT2 и VT3 включаются и последующие транзисторы. Конденсаторы С2 — С4 включаются через транзисторы на резистор R10. На выходе появляется импульс с утроенной амплитудой. На резисторе R10 со­противлением 150 Ом амплитуда импульса равна 400 В, а на рези­сторе сопротивлением 75 Ом близка к 300 В. Время нарастания импульса 2 не. Предельная частот J запуска определяется допусти­мой рассеиваемой мощностью транзисторов и постоянной времени зарядной цепи. Длительность запускающих импульсов может ле­жать в пределах от 0,1 до 0,5 икс, амплитуда — от 5 до 20 В.



                          Рис. 12.18



                          Рис. 12.19

Закрытый релаксатор. Все транзисторы (рис. 12.19) находятся в закрытом состоянии. Конденсатор С заряжен до напряжения 12 В. Когда на вход приходит положительный импульс, транзистор VT2 входит в насыщение и на эмиттер транзистора VT1 передается импульс отрицательной полярности. Транзистор VT1 открывается, и начинается процесс разряда конденсатора через последовательно соединенные резисторы R2 и R3. Падение напряжения на резисторе R2 откроет транзистор VT3. Коллекторный ток этого транзистора удерживает в насыщении транзистор VT2. На выходе появляется положительный сигнал. Проводящее состояние транзистора VT2 удерживается коллекторным током транзистора VT3. Все транзи­сторы будут находиться в проводящем состоянии пока продолжает­ся разряд конденсатора. Процесс разряда конденсатора прекращает­ся, когда на эмиттере транзистора VT1 будет напряжение — 0,6 В. Тогда транзистор VT1 закрывается, что вызывает запирание тран­зисторов VT2 и VT3. Когда транзистор VT2 выходит из насыщения, конденсатор начинает заряжаться через резистор R4, что вызывает появление напряжения на диоде.


Это напряжение дополнительно закрывает транзистор VT1. В результате запираются все транзи­сторы.

Длительность импульса прямо пропорциональна емкости кон­денсатора. Указанные на схеме номиналы элементов дают дли­тельность импульса 1 с. Работа релаксатора проиллюстрирована эпюрами напряжений.



                               Рис. 12.20



                                          Рис. 12.21

Релаксатор с запускающим транзистором. Входной сигнал от­рицательной полярности (рис. 12.20, а) амплитудой 2 В и дли­тельностью 10 мкс закрывает транзистор VT3. Положительный перепад напряжения в коллекторе транзистора VT2 закрывает транзистор VT1. За этим последует закрывание транзистора VT2. Конденсатор С1 заряжается через резистор R4. Все время заряда конденсатора транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в закры­том состоянии. По мере заряда конденсатора положительное напря­жение в затворе полевого транзистора уменьшается. Когда это на­пряжение сравняется с напряжением на делителе Rl, R2 минус пороговое напряжение полевого транзистора, оба транзистора от­кроются и будут находиться в устойчивом состоянии. На рис. 12.20,6 приведены эпюры напряжений схемы и график зависимости дли­тельности выходного импульса т от сопротивления резистора R4.

Расширитель импульсов с полевым транзистором. Генератор им­пульсов (рис. 12.21, а) построен на двух усилителях. Входной сиг­нал положительной полярности длительностью 10 мкс с амплитудой 3 В закрывает транзистор VT1. За время действия входного сигна­ла конденсатор С1 заряжается до напряжения питания через рези­стор R2 и диод VD2. С прекращением действия входного сигнала транзистор VT1 открывается. Положительный перепад напряжения на конденсаторе С1 закроет транзисторы VT2 и VT3. Конденсатор разряжается через резистор R3. Транзисторы VT2 и VT3 будут на­ходиться в закрытом состоянии до тех пор, пока напряжение в затворе не достигнет порога открывания полевого транзистора. Длительность отрицательного импульса на выходе схемы можно регулировать в широких пределах изменением постоянной времени RsCi. Работа устройства проиллюстрирована на рис. 12.21, б.



Релаксатор на полевом транзисторе. В исходном состоянии транзисторы VT2 и VT3 (рис. 12.22) открыты, а транзистор VT1 закрыт напряжением на диоде, которое возникает от протекающего через транзистор VT3 тока. Входной импульс отрицательной поляр­ности открывает транзистор VT1. Положительный перепад напряже­ния на коллекторе этого транзистора закрывает полевой транзистор VT2. В закрытом состоянии будет и транзистор VT3. Он закрыт напряжением на диоде, которое определяется током транзистора VT1. В таком состоянии схема будет находиться, пока заряжается конденсатор С1 через резистор R2. Когда напряжение на конденса­торе достигнет порога открывания полевого транзистора, потечет базовый ток транзистора VT3. Этот транзистор откроется, а тран­зистор VT1 закроется. Схема вернется в исходное состояние. На выходе формируется импульсный сигнал длительностью 10 с. Дли­тельность выходного сигнала можно регулировать в широких пре­делах при изменении номиналов элементов R2 и С1.



                          Рис. 12.22

3. МНОГОКАСКАДНЫЕ РЕЛАКСАТОРЫ

Формирователь коротких импульсов. Устройство (рис. 12.23) предназначено для получения коротких импульсов на низкоомной нагрузке. Оно запускается сигналом любой формы и, в частности, гармоническим. В основу формирователя положен уси­литель с ПОС, снимаемой с нелинейной нагрузки. Можно построить две схемы: для получения положительной и отрицательной поляр­ности импульсов.

В начальном состоянии транзисторы VT1 — VT4 закрыты. Вход­ной сигнал положительной полярности открывает транзисторы VT1 и VT4. Эмиттерные токи этих транзисторов начинают заряжать кон­денсатор С2. Одновременно на базы транзисторов VT2 и VT4 по­ступает сигнал с коллектора VT1, вызывающий быстрый рост зарядного тока конденсатора С2. По мере заряда этого конденсато­ра напряжение на нем возрастает и в результате приводит к закры­ванию транзисторов VT1 и VT4. На резисторе R2 формируется короткий импульс. После окончания формирования импульса от­крываются транзисторы VT2 и VT3 и эмиттерными токами разря­жают конденсатор С2. Для уменьшения длительности выходного импульса ПОС снимается с диодов VD1 и VD2, которые представ­ляют значительное сопротивление лишь в первый момент включе­ния транзисторов.


Далее сопротивление диодов уменьшается и тем самым уменьшается и ПОС. Уменьшение связи ведет к закры­ванию транзисторов VT1 и VT4.

Формирователь работает от входных сигналов на частотах от 5 кГц до 25 МГц. Выходной им­пульс с амплитудой от 5 до 10 В имеет длительность 10нс, фронт — 5 не и срез — 3 не.

Мультивибратор с токозадаю-щим элементом. В основу преоб­разователя (рис. 12.24) положен обыкновенный мультивибратор, в котором вместо базовых резисто­ров включены транзисторы VT3 и VT4. Эти транзисторы работа­ют в режиме генераторов тока. Коллекторный ток транзисторов определяется напряжением на базе и резистором в эмиттере. Изме­няя напряжение на базе, можно менять ток разряда конденсаторов С1 и С2 и тем самым менять частоту мультивибраторов. Диапазон изменения входного напряжения лежит в пределах от — 5 до +5 В при сохранении линейной зависимости частоты следования импуль­сов от входного напряжения. Частота следования импульсов при нулевом входном напряжении и коэффициенте преобразования опре­деляется конденсаторами С1 и С2. Для С1 = С2 = С, f=35 С К., где С — в микрофарадах, а К — в мегагерцах на вольт.



                               Рис. 12.23                                                        Рис. 12.24

Управляемый мультивибратор с большим динамическим диапа­зоном. Для перекрытия большого динамического диапазона по ча­стоте в мультивибраторе (рис. 12.25) заряд конденсаторов ОС осу­ществляется через генератор тока. Зарядный ток определяется управляющим напряжением и резисторами R2 и R4. Минимально возможный зарядный ток определяется утечкой транзисторов VT2 и VT3, максимальный ток существует при управляющем напряже­нии, равном напряжению питания. Если при нулевом управляющем напряжении частота мультивибратора меньше 1 Гц, то при макси­мальном напряжении частота будет больше 10 кГц.

В некоторый момент времени транзистор VT1 откроется, а транзистор VT6 закроется. Отрицательный перепад напряжения в коллекторе транзистора VT1 пройдет на базу транзистора VT3 и закроет его.


Начинается процесс заряда конденсатора С1 коллек­торным током транзистора VT2. Напряжение на базе транзистора VT3 будет линейно увеличиваться. В определенный момент, когда напряжение на конденсаторе С1 будет равно напряжению источни­ка питания, транзистор VT3 откроется. За этим последует откры­вание транзистора VT6. Отрицательный перепад напряжения в коллекторе этого транзистора закроет транзистор VT4. Будет за­крыт и транзистор VT1. Схема перейдет в новое состояние. Начнет­ся новый полупериод работы мультивибратора.



                          Рис. 12.25



                          Рис. 12.26

Формирователь высоковольтных импульсов с ОС. Устройство (рис. 12.26) формирует на выходе высоковольтные импульсы от низковольтного источника. Выходной сигнал формируется на кон­денсаторах, которые включаются последовательно с открыванием управляющих транзисторов. Заряжаются конденсаторы параллель­ными цепями. Когда транзисторы VT1 — VT3 закрыты, то токи, про­текающие через диоды VD1 — VD3, открывают транзисторы VT4, VT6 и VT8. Конденсатор С1 заряжается до напряжения 100 В через диоды VD4 и VD7 и открытый транзистор VT4, конденсатор С2 — через VD5, VD6 и VD8, а СЗ — через VD6, VT8 и VD9.

С приходом на базу транзистора VT1 импульса положительной полярности в коллекторе этого транзистора появляется нулевой по­тенциал. Диод VD1 и транзистор VT4 закрываются. Напряжение на конденсаторе С1 будет приложено минусом к эмиттеру транзи­стора VT5. Этот транзистор откроется. Параллельно диоду VD4 будет включен конденсатор С1.

Поскольку транзистор VT5 открыт, то питающее напряжение 100 В подается через резистор R8 на диод VD2. Диод закрывается. Вслед за этим начинается процесс подключения напряжения конден­сатора С2 к выходу. В результате конденсаторы С1 — СЗ будут включены последовательно. На выходе появится импульсный сигнал с амплитудой 300 В.



                          Рис. 12.27

В этом режиме работы достаточно подать управляющее напря­жение на базу транзистора VT1; при этом все каскады срабатывают одновременно.


В схеме возможен и другой режим работы, когда управляющие сигналы поочередно подаются в базы транзисторов VT1 — VT3. В этом случае с каждым управляющим сигналом выход­ное напряжение увеличивается на 100 В. Время нарастания выход­ного импульса меньше 1 мс.

Формирователь наносекундных импульсов. Основным узлом генератора (рис. 12.27) являются последовательно включенные транзисторы VT1 — VT3, которые работают в режиме лавинного про­боя. В исходном состоянии эти транзисторы закрыты и конденсатор заряжен до напряжения 450 В. От задающего мультивибратора, собранного на транзисторах VT4 и VT5, импульсы положительной полярности поступают на базу транзистора VT3. Открывание тран­зистора VT3 вызывает пробой транзисторов VT1 и VT2. Конденса­тор С1 разряжается через резистор R6. Если к этому резистору не подключена линия задержки, то на выходе формируется импульс колоколообразной формы с длительностью 20 не и амплитудой 150 В При подключении линии задержки формируется двухпчэляр-ный импульс отрицательная полуволна которого образована отра­жением сигнала в кабеле. Выходной сигнал по форме близок к од­ному периоду синусоиды.



                                          Рис. 12.28

Линия задержки. Линия (рис. 12.28) состоит из трех одинако­вых каскадов. Входной сигнал через эмиттерный повторитель VT1 подается на первый каскад. Транзистор VT2 закрыт. Напряжение на коллекторе транзистора VT5 медленно возрастает. Когда это на­пряжение достигнет 5 В, транзистор VT6 открывается. Порог от­крывания транзистора устанавливается делителем R3, R4. Происхо­дит открывание транзистора VT2. Положительное напряжение на коллекторе этого транзистора откроет транзистор VT7. Коллектор­ный ток транзистора VT7 уменьшает пороговый уровень. Происхо­дит лавинообразный процесс. Все три транзистора находятся в проводящем состоянии. С возникновением напряжения в т. 3 начи­нает работать второй каскад. Время задержки включения каскада определяется постоянной времени т = Л25Э Я2С(, где Й2|Э — коэф­фициент передачи тока транзистора VT5.



4. РЕЛАКСАТОРЫ НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ

Формирователь двухполярных импульсов. Формирователь ( рис 1229) построен на двух элементах 2И — НЕ интегральной микросхемы К133ЛАЗ. Входной сигнал положительной полярности переключает первый элемент. На выходе появляется сигнал отри­цательной полярности. Этот сигнал дифференцируется на цепочке R4, С. Положительный импульс от заднего фронта входного сигна­ла переключает второй элемент интегральной микросхемы. На выхо­де этого элемента появляется импульс отрицательной полярности. Длительность импульса равна длительности входного сигнала 5 мкс. При подключении входа к выходу через резисторы R2 и R3 можно получить двухполярный импульсный сигнал (см. эпюры на рис. 12.29).

Ограничитель длительности импульса. Формирователь коротких импульсов (рис. 12.30) построен на трех логических элементах 2И — -НЕ. Входной сигнал инвертируется на элементе DDL С выхо-ца микросхемы сигнал положительной полярности поступает на RС-фильтр. На выходе фильтра сигнал линейно возрастает. При напряжении на конденсаторе 1,2 В элемент DD2 переключается. Выходной сигнал поступает на вход элемента DD3. На входах элемента действуют два сигнала. При действии первого сигнала, который пришел с интегральной микросхемы DD1, она переклю­чается и на выходе устанавливается низкий логический уровень. С приходом второго сигнала микросхема DD3 возвращается в ис­ходное состояние: на выходе присутствует напряжение приблизи­тельно 4 В. Задержка срабатывания элемента DD2 будет опреде­ляться длительностью выходного сигнала. В зависимости от емкости конденсатора длительность импульса меняется.



                                          Рис. 12.29



                                          Рис. 12.30

Расширитель импульсов на элементах 2И — НЕ. Преобразова­тель длительности импульса (рис. 12.31, а) состоит из двух элемен­тов интегральной микросхемы К155ЛАЗ. Входной сигнал переклю­чает состояние первого элемента DDL Положительный перепад на­пряжения на выходе этого элемента проходит через конденсатор и переключает элемент DD2. Выходной сигнал элемента DD2 удер­живает элемент DD1 в переключенном состоянии.


Это состояние не изменится и после прекращения действия входного сигнала. Ин­тегральные микросхемы будут находиться в этом состоянии до тех пор, пока происходит процесс заряда конденсатора через рези­стор R. По достижении на резисторе напряжения приблизительно 1,2 В элемент DD2 вернется в исходное состояние. За ним после­дует переключение элемента DDL Зависимость длительности выход­ного сигнала от емкости конденсатора является линейной до емко­стей 3 — 4 мкФ (рис. 12.31,6).



                                          Рис. 12.31

Расширитель импульсов. Схема расширителя импульсов (рис. 12.32, а) состоит из двух элементов 2И — НЕ интегральной мик­росхемы К133ЛАЗ, которые выполняют роль формирователей сиг­налов. За время действия выходного сигнала первого элемента конденсатор заряжается через диод. С прекращением действия входно­го сигнала конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Положительный импульс в эмиттере транзистора закроет второй элемент микросхемы. Связь между контактами 2 и 6 уменьшает длительность переднего фронта выходного сигнала. Длительность выходного сигнала зависит от постоянной времени т=R2С (рис. 12.32, б).



                                          Рис. 12.32

5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОУ И КОМПАРАТОРАХ

Интегратор со сбросом. Схема управляемого генератора (рис. 12.33, а) состоит из интегратора, построенного на ОУ DA1 и порогового устройства — ОУ DA2. Входной сигнал интегратора вы­зывает линейное изменение напряжения на выходе ОУ DAL Через резистор R2 меняющееся напряжение передается на вход ОУ DA2. Когда на неинвертирующем входе этого ОУ напряжение будет равно нулю, ОУ DA2 переключится. На его выходе появится отрицатель­ное напряжение. Это напряжение проходит через диод и переклю­чает ОУ DAL Интегрирующий конденсатор разряжается. На выходе ОУ DA1 появляется положительное напряжение, которое переклю­чает ОУ DA2. Начинается новый цикл работы. В диапазоне вход­ного сигнала от 0 до 2,2 В наблюдается линейный закон изменения частоты выходного импульсного сигнала.


Частота выходного сигна­ла меняется от 0 до 5 кГц (рис. 12.33, б).



                                          Рис. 12.33

Мостовой формирователь двухполярных импульсов. На вход схемы (рис. 12.34) подается гармонический сигнал с амплитудой 100 мВ. В цепь ООС ОУ включен диодный мост, через который протекает ток, определяемый резисторами R2 и R3. Когда диоды находятся в проводящем состоянии, коэффициент усиления ОУ ра­вен единице. Начиная с определенной амплитуды входного сигнала, диоды переходят в проводящее состояние. В результате резко уве­личивается коэффициент усиления усилителя. Происходит ограни­чение входного сигнала. С помощью резистора R2 можно регули­ровать длительность ti, а резистором R3 — длительность т2.

Формирователь импульсов на компараторе К521СА2. Формиро­ватель, построенный на компараторе К521СА2 (рис. 12.35), позво­ляет получить сдвинутые сигналы различной полярности.

На рис. 12.35,0 изображена схема, которая позволяет осуще­ствить задержку входного сигнала. В исходном состоянии на ин­вертирующий вход компаратора подано смещение 0,6 В, которое определяется делителем Rl, R2, R4. На выходе компаратора нуле­вой потенциал. С приходом входного сигнала 4 В положительной полярности начинается процесс заряда конденсатора. Напряжение на неинвертирующем входе компаратора медленно нарастает. Как только оно сравняется с напряжением на инвертирующем входе — 1,6 В, компаратор переключится. На выходе установится положи­тельное напряжение. После прекращения действия входного сигна­ла конденсатор быстро разряжается через диод. Компаратор воз­вращается в исходное состояние.

На схеме, изображенной на рис. 12.35, б, компаратор в исход­ном состоянии имеет на выходе положительное напряжение. Вход­ной сигнал отрицательной полярности заряжает конденсатор. В оп­ределенный момент компаратор переключается и на выходе появ­ляется нулевой потенциал. По окончании действия входного сигна­ла компаратор возвращается в исходное состояние.



На рис. 12.35, в изображена схема, где от входного сигнала по­ложительной полярности формируется на выходе компаратора им­пульсный сигнал отрицательной полярности. Схема на рис. 12.35, г позволяет получить задержанный сигнал положительной полярно­сти от входного сигнала отрицательной полярности. Во всех схемах время задержки выходного сигнала определяется выражением

t3 = R3C ln(R1+R4)/R1.



                                          Рис. 12.34



                                          Рис. 12.35

На рис. 12.35, д, е схемы увеличивают длительность выходного сигнала. Это достигается тем, что за время действия входного сигнала конденсатор заряжается до амплитудного значения этого сигнала. После окончания входного сигнала начинается процесс раз­ряда конденсатора через резистор R2. Длительность выходного сиг­нала определяется выражением tи = R2C lnU/Eo, где U — амплитуда входного сигнала; £о = 0,6, В — напряжение на инвертирующем входе компаратора.

6. СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ

Двоичный счетчик. Счетчик на рис. 12.26, а построен a JK-триггерах. Запуск и сброс триггеров осуществляется отрицатель­ным перепадом сигналов. На рис. 12.36,6 показан счетчик на D-триггерах. Запуск триггеров осуществляется положительным перепадом напряжения. Сброс счетчика происходит при отрицатель­ном перепаде напряжения.

При построении многоразрядных счетчиков необходимо обра­щать внимание на время задержки выходного сигнала последнего триггера. Это время определяется временем срабатывания одного триггера, и приблизительно равно 100 не.



                                          Рис. 12.36

Синхронный счетчик. Счетчик (рис. 12.37, а) построен на триг­герах типа JK. Входные импульсы подаются одновременно на все входы триггеров. Прохождение входных импульсов через триггер управляется сигналами от предыдущих триггеров. Существующее количество управляющих сигналов в интегральной микросхеме К155ТК1 позволяет создать четырехразрядный счетчик. Для увели­чения числа разрядов в счетчике необходимо применить дополни­тельные микросхемы, как показано на рис. 12.37,6, в. В этих счет­чиках триггеры срабатывают от положительного перепада входно­го сигнала.


В синхронных счетчиках не происходит накопления за­держки выходных сигналов от разряда к разряду.



                                          Рис. 12.37

Управляемый счетчик импульсов. Делитель частоты (рис. 12.38, а) построен на трех микросхемах DD1 — DD3. Тактовые импульсы по­даются на Вход 1 (контакт 5). Коэффициент деления счетчика мо­жет быть произвольным. В счетчике устанавливается произвольный код, с которого начинается счет. Внешний код записывается в счет­чик при подаче импульса на вход Уст. «О». Этот импульс проходит через микросхемы DD4.1 и DD4.2 и поступает на входы С микро­схем DD1 — DD3. С приходом этого импульса в микросхемах DD1 — DD3 записывается код, который в этот момент существует на входах VI, V2, V4, V8. С данного кода начинается счет импуль­сов. После того как счетчик достигнет состояния переполнения, на выходе «>9» микросхемы DD3 произойдет спад отрицательного импульса, который проходит через микросхемы DD4 и DD5. Корот­кий импульс отрицательной полярности с выхода микросхемы DD4.I поступает на входы С микросхем DD1 — DD3. В счетчик вдовь за­пишется внешний код.

Если тактовые импульсы подавать на Вход 2, счет будет осу­ществляться в обратном порядке. Входные импульсы будут умень­шать код, записанный в счетчике. Когда в счетчике будет число О, на выходе «<0» микросхемы DD3 возникнет отрицательный пере­пад, который пройдет через микросхемы DD4, DD5 и запишет в счетчик код, установленный на входах VI, V2, V4, V8. С установ­кой кода в счетчике формируется спад выходного импульса.

Установка внешнего кода осуществляется с переключателя или выходными сигналами логических схем. При постоянном коэффи­циенте деления входы внешнего кода можно подключить к «0» или +5 В через резистор 1 кОм. Неподключенные выходы микросхе­мы ограничивают быстродействие счетчика.

Максимальный коэффициент деления счетчика с использовани­ем микросхем К133ИЦ6 составляет 10n, а с микросхемами К133ИЕ7 — 16n, где n — число микросхем.


Интегральная микросхе­ ма К133ИЕ8 позволяет создать счетчик на число 64n. Схема вклю­чения последней приведена на рис. 12.38,6. Счетчик позволяет по­лучить на выходе импульсы от 1 до 4095 при подаче на вход 4096 импульсов. Входные тактовые импульсы поступают на кон­такт 9. Счет происходит по фронту. В нулевое состояние схемы устанавливаются при подаче на контакт 13 положительного импуль­са. Если на контакт 11 подать высокий логический уровень, то произойдет запрет счета. При подаче на входы VI — V32 положи­тельных потенциалов происходит управление выдачей «отрица­тельных» импульсов на выходе S1 (контакт 5), которые совпадают по времени с входными импульсами. При одновременной подаче потенциалов на входы V8 и V32 на выходе S1 появляется 40 им­пульсов, неравномерно расположенных по времени. На выходе «>63» появляется импульсный сигнал, фронт которого совпадает со спадом 63-го входного импульса, а спад — со спадом 64-го им­пульса.



                                          Рис. 12.38



                                          Рис. 12.39

Декадный счетчик. На рис. 12.39 изображен декадный счетчик, построенный на интегральных микросхемах К155ИЕ1. Каждая мик­росхема делит входную последовательность импульсов на 10. По­лярность входных импульсов отрицательная. На выходе формирует­ся импульсный сигнал отрицательной полярности с длительностью, равной длительности входных импульсов.

Делители на интегральной микросхеме К155ИЕ2. Микросхема К155ИЕ2 состоит из триггера со счетным входом и счетчика с ко­эффициентом деления 5. При соединении этих элементов между собой можно получить двоично-десятичный счетчик, работающий в коде 1 — 2 — 4 — 8 (рис. 12.40, а). Полярность входных импульсов по­ложительная. Состояние счетчика переключается в момент заднего фронта импульса.

С помощью этой микросхемы можно построить счетчик с коэф­фициентом деления на 6 (рис. 12.40,6) и на 7 (рис. 12.40, в). В пер­вой схеме после прихода шестого входного импульса к контактам 2 и 3 будет подано положительное напряжение (высокий логический уровень), которое установит в счетчике нуль.Во второй схеме после суммирования шести импульсов счетчик переходит в состоя­ние «9». Очередной входной импульс установит в счетчике состоя­ние «10» или «О».

Двухтактный регистр сдвига. Один триггер в разряде является основным, другой — триггер памяти. Между собой тактовые им­пульсы имеют задержку. Тактовые импульсы, которые идут с за­держкой, должны поступать на основные триггеры. Информацион­ный сигнал переписывается в триггер памяти, а затем списывается с основного (рис. 12.41).



                                          Рис. 12.40



                                          Рис. 12.41



Содержание раздела

---

---