No Image

Формирователь импульсов по фронту и спаду

9 просмотров
22 января 2020

Схемы формирователей импульсов на цифровых КМОП микросхемах, онлайн
расчёт времязадающих цепей и длительности выходных импульсов.

– Почему ждущий?
– Почему, почему? Потому что не спит ни днём, ни ночью – он на дежурстве, он ждёт!
И ожидает он не трамвая на остановке, а внешнего сигнала запуска для формирования одиночного выходного импульса фиксированной длительности, после чего возвращается в первоначальное состояние самопроизвольно, без каких-либо воздействий и утомительных уговоров.
– А почему одновибратор?
– Ну, так как, почему? Выдержан, характер нордический, в генерацию, подобно мультивибратору, не впадает, имеет одно устойчивое состояние. Говорили ж Вам – он на дежурстве, он ждёт!
– «Говорили ж бабы Вам, пиво с водкой, не для дам!». Второе-то состояние – неустойчивое!
– А тут уж, мил-человек, ничего не попишешь, в конце концов, он – одновибратор. У каждого свои недостатки.

Итак, определимся. Одновибраторы (они же, ждущие мультивибраторы) – это устройства, выполняющие функцию формирования импульсов определённой длительности, задаваемую внешними времязадающими резисторами и конденсаторами.

В зависимости от поставленной задачи и используемой схемотехники, одновибратор может выполнять функцию как укорачивающую, так и удлиняющую (расширяющую) по отношению к длительности поступающего на вход сигнала.

С укорачивающими формирователями, по большому счёту, всё понятно. После появления на входе управляющего сигнала – на выходе выскакивает укороченный импульс заданной длительности, передний фронт которого совпадает с началом (либо с концом) входного.

В расширяющих одновибраторах длительность входного импульса должна быть короче длительности формируемого импульса, и тут возникают варианты:

1. Ждущий мультивибратор не реагирует на входной сигнал до окончания своего выходного импульса – такое устройство называется одновибратором без перезапуска.

2. Ждущий мультивибратор запускается с каждым новым входным импульсом, независимо от того, возвратился ли он в первоначальное состояние после предыдущего срабатывания – такое устройство называется одновибратором с перезапуском. Если период следования входных импульсов меньше длительности, определяемой времязадающими цепями одновибратора, выходной импульс с перезапуском не прерывается.

Ну, а если период входных запускающих импульсов больше времени выдержки одновибратора, то оба типа одновибраторов работают одинаково.

Без баяна хрен разберёшься. Согласен, поэтому приведу поясняющие картинки.


Рис.1

Т – формируемая одновибраторами длительность, задаваемая внешними RC цепями.

В природе существует ряд разновидностей интегральных микросхем и таймеров, спроектированных специально для работы в качестве ждущих мультивибраторов и формирователей импульсов заданной длительности. Давайте забудем про них, а посвятим себя простым формирователям на логических КМОП элементах, которые, как правило, без труда отыскиваются в закромах радиолюбительского хозяйства.

Начнём с начала. УКОРАЧИВАЮЩИЕ ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ.


Рис.2 Формирователь импульсов, построенный на основе логического элемента "Исключающее ИЛИ" и интегрирующей RC-цепи.
Начало выходного импульса соответствует переднему фронту входного сигнала.


Рис.3 Всё то же самое, что и в предыдущей схеме, за той лишь разницей, что:
начало выходного импульса соответствует заднему фронту входного сигнала.


Рис.4 Ещё более простая вариация предыдущих схем, формирует сразу два импульса:
первый – по переднему фронту входного сигнала, второй – по заднему.


Рис.5 Формирователь, выполненный на простых инверторах, выполняющих логическую функцию НЕ, и дифференцирующих RC-цепей.
Имеет два выхода и, соответственно, формирует 2 импульса по переднему и заднему фронту входного сигнала, с возможностью раздельной регулировки их длительностей.


Рис.6 Наиболее часто используемая схема укорачивающего формирователя импульсов, построенная на основе логического элемента "2И-HЕ" и интегрирующей RC-цепи.
Формирует импульс по переднему фронту входного сигнала.


Рис.7 Ещё одна не менее часто используемая схема, на базе логического элемента "2ИЛИ-HЕ" и интегрирующей RC-цепи.
Формирует импульс по заднему фронту входного сигнала.

С укорачивающими устройствами давайте закончим и перейдём к примерам, когда из коротких входных импульсов требуется получить более широкие – выходные, заданной длительности.

РАСШИРЯЮЩИЕ ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ.

По большому счёту, многие из расширяющих одновибраторов не чувствительны к длительности входного импульса и нормально могут трудиться и в качестве укорачивающих. Мы, естественно, об этом никому не скажем, но украдкой будем иметь в виду.


Рис.8

Рис.9

Рис.10


Рис.11

Схемы, приведённые на Рис.8-11 и построенные на основе логических элементов "2И-HЕ", либо "2ИЛИ-HЕ", не чувствительны к длительности входного импульса и наиболее широко применяются в радиоаппаратуре.
Данные ждущие мультивибраторы срабатывают по переднему фронту входного сигнала и не реагируют последующие его изменения до окончания своего выходного импульса, т.е. являются одновибраторами без перезапуска.


Рис.12


Рис.13

При необходимости получить одовибраторы, обладающие свойствами перезапуска, следует обратить внимание на схемы, приведённые на Рис.12-13.
Данные ждущие мультивибраторы срабатывают по заднему фронту входного сигнала.


Рис.14

Выполнение одновибраторов на D-триггере, Рис.14, даёт возможность иметь два раздельных входа запуска (по переднему фронту импульса), а также сразу получать на выходах прямой импульс и импульс с инверсией.
Длительность подаваемых на вход S запускающих импульсов должна быть меньше формируемого (режим, когда на входах S и R одновременно присутствует лог. "1", является запрещённым). На входе С длительность запускающего импульса может быть любой. В случае отсутствия потребности в двух раздельных входах запуска, S-вход триггера следует посадить на землю.
Данный ждущий мультивибратор является одновибратором без перезапуска.

Читайте также:  Чем икс бокс лучше пс4


Рис.15

Если требуется иметь перезапуск одновибратора, построенного на триггере, следует обратить внимание на схему, приведённую на Рис. 15.

ОБЩЕЕ ДЛЯ ВСЕХ ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ.

Чтобы выходное сопротивление микросхем не оказывало влияние на точность расчета длительности выходного импульса, резистор R1 должен быть номиналом не менее 10. 20 кОм.
Чтобы пренебречь при расчётах ёмкостями монтажа и собственными ёмкостями ИМС, номинал конденсатора С1 выбирается значением – не менее 200-600 пФ.

Если перед разработчиком стоит задача получения высокой температурной стабильности длительности выходного импульса – номинал R1 должен быть выбран < 200 кОм, а ёмкость конденсатора С1 – не более 1, 5 мкФ. Использование электролитических конденсаторов увеличивает нестабильность временного интервала.

Длительность выходного импульса ждущего мультивибратора зависит как от скорости заряда (разряда) времязадающей цепи R1С1, так и от порога срабатывания логического элемента. Если заложиться 10-15% погрешностью в расчёте этого временного интервала, то можно принять Unop, равным половине напряжения питания микросхемы. В этом случае длительность формируемого импульса составит величину tи=0,69RC.

Ну и по традиции приведу незамысловатую таблицу.

РАСЧЁТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВЫХОДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ОДНОВИБРАТОРОВ НА ЛОГИЧЕСКИХ ИМС

Формирователи импульсов, интегрирующие и дифференцирующие цепи, схемы, принцип формирования укороченных и удлиненных импульсов, применение.

Формирователь импульсов – это электронное устройства для генерирования и преобразования электрических импульсов, в основном прямоугольной, трапециевидной, линейно изменяющейся, т.е. треугольной и экспоненциальной формы. Основными элементами формирователей импульсов явл линейные электрические элементы и электронные ключи. Функции линейных элементов выполняют импульсные усилители, RC- или LC-цепочки, импульсные трансформаторы и линии задержки. В качестве ключей используются диоды, транзисторы, электровакуумные и газонаполненные лампы, ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса, туннельные диоды. Наиболее широко для формирования импульсов применяются импульсные усилители и транзисторы в ключевом режиме.

Формирование импульсов происходит за счёт ограничения уровня сигнала или переключения тока в выходной цепи. Основным типом таких устройств является амплитудный ограничитель. Регенеративные формирующие устройства с положительной обратной связью позволяют получать как отдельные импульсы, так и их последовательности. К числу таких устройств относятся: триггеры, мультивибраторы, блокинг-генераторы и генераторы линейно изменяющегося напряжения. Помехоустойчивость и стабильность в работе обеспечивают схемы формирователей импульсов без использования RC-цепей.

При разработке цифровых устройств нередко требуется формировать импульсы, привязанные к входному сигналу. Если не предъявляются высокие требования к стабильности и длительности формируемого импульса, могут применяться схемы на основе дифференцирующих или интегрирующих RC-цепей

ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ –электрическая цепь, в которой выходное напряжение Uвых(t) (или ток) пропорционально интегралу по времени от входного напряжения Uвх(t) (или тока):

Интегратор на операционном усилителе. В основе действия И. ц. лежит накопление заряда на конденсаторе с ёмкостью С под действием приложенного тока или накопление магн. потока в катушке с индуктивностью L под действием приложенного напряжения Преимущественно используются И. ц. с конденсатором. С наиб, точностью указанный принцип реализуется в интеграторе на операц. усилителе (ОУ) (рис. 1). Для идеального ОУ разность напряжений между его входами и входные токи равны нулю, поэтому ток, протекающий через сопротивление R, равен току заряда конденсатора С, а напряжение в точке их соединения равно нулю. В результате

Применение: для преобразования импульсов, модулированных по длительности, в импульсы, модулированные по амплитуде, для удлинения импульсов, получения пилообразного напряжения, выделения низкочастотных составляющих сигнала и т. П.На операц. усилителях применяются в устройствах автоматики и аналоговых ЭВМ для реализации операции интегрирования

1- входной прямоугольный импульс; 2 – выходное напряжение интегрирующей цепи

ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ – устройство, предназначенное для дифференцирования по времени электрич. сигналов. Выходная реакция Д. ц. связана со входным воздействием

Различают пассивные и активные Д. ц.

Пассивные Д. ц. применяют в импульсных и цифровых устройствах для укорачивания импульсов. Aктивные Д. ц. используют как дифференциаторы в аналоговых вычислит. устройствах

Простейшая пассивная Д. ц. показана на рис. 1, а. Ток через ёмкость пропорционален производной приложенного к ней напряжения . вариант пассивной Д. ц. показан на рис. 1, б.

Следовательно, при заданных параметрах Д. ц. дифференцирование тем точнее, чем ниже частоты, на к-рых концентрируется энергия входного сигнала. Однако чем точнее дифференцирование, тем меньше коэфф. передачи цепи и, следовательно, уровень выходного сигнала. Это противоречие устраняется в активных Д. ц., где процесс дифференцирования сочетается с процессом усиления. В активных Д. ц. используют операционные усилители (ОУ), охваченные отрицательной обратной связью.

Вывод: При прохождении через Д. ц. импульсных сигналов происходит уменьшение их длительности, отсюда понятие о Д. ц. как об укорачивающих. Предполагается, что, источник входного напряжения характеризуется нулевым внутр. сопротивлением, а Д. ц.- отсутствием паразитных ёмкостей. Наличие внутр. сопротивления приводит к уменьшению амплитуды напряжения на входных клеммах и, следовательно, к уменьшению амплитуд выходных импульсов; наличие паразитных ёмкостей – к затягиванию процессов нарастания и спада выходных импульсов. Аналогичным укорачивающим действием обладают также активные Д. ц.

Читайте также:  Чем условное форматирование отличается от фильтрации

Применение: применяют в импульсных и цифровых устройствах для укорачивания импульсов. , используют как дифференциаторы в аналоговых вычислит. устройствах

60.Формирователь коротких импульсов с применением линий задержки.Формирователь коротких импульсов формирует импульсы, длительность которых существенно меньше длительности исходных импульсов. Для построения схемы формирователя потребуются один элемент конъюнкции, один инвертор и линия задержки. Длительность выходного импульса формирователя определяется длительностью времени задержки линии задержки Dtз и средним временем распространения сигнала через инвертор tз срЭ1. На рис. 4.1. приведена схема формирователя, а на рис.4.2 (а) и (б) – временные диаграммы, иллюстрирующие её работу. Из рис 4.2 (а) следует, что для формирования импульса от переднего фронта (исходного импульса) необходимо подавать на линию задержки инвертированный импульс. В случае формирования импульса от заднего фронта нужно инвертировать незадержанный (прямой) сигнал, т.е. сигнал, подаваемый на элемент “И” минуя линию задержки (рис. 4.2, б).

Использование в формирователях линий задержки не всегда оправдано экономически и из конструктивных соображений. Если не требуется формирование строго определенной длительности коротких импульсов, в формирователях в качестве линии задержки применяются логические элементы (рис. 4.3). Так как каждый логический элемент обладает свойством задерживать распространение сигнала, поэтому время задержки в такой схеме будет определяться числом используемых элементов логики n

где tз срЭ – среднее время задержки одного логического элемента. Считается, что инвертор имеет значительно меньшее время задержки сигнала, и в качестве элементов задержки используются логические элементы с малым быстродействием.

Формирователь импульсов на элементах логики с использованием RC цепи. RC цепи широко применяются в импульсной технике для формирования сигналов различной формы. RC -цепь – это цепь состоящая из сопротивления R и конденсатора С. Постоянная времени этой цепи определяется как t = RC. В зависимости от сочетания соединений RС цепь может выполнять функцию как укорачивающей, так и удлиняющей цепей. Формирователь импульса с удлиняющей RC цепью и его временные диаграммы приведены на рис. 4.4, а и б, соответственно.

Длительность выработанного формирователем импульса можно вычислить исходя из условия разряда конденсатора С. Действительно, пока конденсатор С разряжается до уровня порогового напряжения Uпор, напряжение U2воспринимается элементом Э2 как уровень логической “1” и на его выходе поддерживается “0”. С течением времени tинапряжение на конденсаторе С становится равным Uпор и на выходе элемента Э2 появится “1”. Если считать, что напряжение до начала разряда на конденсаторе было равно напряжению уровня “1”, т.е. U 1 , то изменение напряжения Uсс течением времени можно представить как

,

.

Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до порогового значения Uпор

.

Для ускоренного восстановления заряда конденсатора в схему может быть включен дополнительный диод D1 (рис. 4.4, а). Из-за большого обратного сопротивления диода его влияние в процесс разряда конденсатора можно не учитывать, т.е. разряд конденсатора будет осуществляться только через сопротивление R.

В тех случаях, когда требуется получить импульсы большой длительности и в схеме используется конденсатор большой емкости, последовательно с диодом включают дополнительное сопротивлени Rдоб, ограничивающее ток заряда конденсатора. Величину сопротивления R выбирают исходя из следующих условий:

во-первых, величина сопротивления R не должна превышать максимально допустимого значения, при котором на этом сопротивлении за счет обратного входного тока элемента логики может создаться напряжение, сравнимое с напряжением Uпор (для элементов ТТЛ структуры максимальное значение Rмак = 2,2 кОм);

во-вторых, минимальное значение сопротивления ограничено допустимой нагрузочной способностью логического элемента Э1 и определяется как

где U 1 – напряжение на выходе элемента Э1 в состоянии логической “1”; n – коэффициент разветвления (нагрузочная способность) выхода логического элемента; Iвх – входной ток одного элемента.

Номинал добавочного сопротивления имеет ограничение “снизу”, и определяется из условия

,

где Uпр D1 – прямое падение напряжения на диоде D1; I 1 доп – допустимый выходной ток элемента Э1 в состоянии логической “1”.

Схема формирователя коротких импульсов с помощью укорачивающей (дифференцирующей) RC цепипоказана на рис. 4.5. Длительность выходного импульса формирователя может быть определена из соотношения

,

где Rвых – выходное сопротивление первого элемента формирователя.

Триггер Шмитта.Триггер Шмитта применяется для формирования входного сигнала произвольной формы в сигналы, принимающие два стандартных уровня ”0” и “1”. Варианты схем таких формирователей показаны на рис. 4.6.

В триггерах Шмитта положительную обратную связь можно ввести также путем включения резистора между выходом второго инвертора и входом первого (рис. 4.6, б). Входное напряжение в этом формирователе подается через дополнительный резистор R1, сопротивление которого также влияет на глубину положительной обратной связи. Увеличение сопротивления этого резистора увеличивает коэффициент положительной обратной связи и уменьшает чувствительность формирователя к входному напряжению.

Читайте также:  Форд мондео 98 года фото

Формирователь импульсов от механических контактов. При проектировании цифровых устройств часто возникает задача четкого формирования импульсов от механических контактов (при срабатывании реле, кнопок, переключателей и т.д.), так как непосредственная подача этих сигналов на входы цифровых устройств недопустима из-за “дребезга” контактов. Дребезг контактов – это явление многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты их соприкосновения и расхождения. Это явление приводит к формированию пачки импульсов (вместо требуемого одиночного импульса или перепада напряжения), могущих вызвать многократное непредсказуемое срабатывание триггеров и счетчиков схемы цифрового устройства.

Наиболее надежной и простой в схемном решении является схема подавления дребезга на статическом RC – триггере (рис. 4.7, а). Сигнал “0”, подаваемый с помощью переключателя к одному из входов этого триггера опрокидывает его. Причем при каждом срабатывании переключателя (кнопки) триггер реагирует на первое же замыкание соответствующей контактной пары и последующие замыкания уже не изменяют его состояние.

Недостатком такой схемы подавления дребезга является необходимость использования контактов на переключение, что не всегда приемлемо. В тех случаях, когда кнопка (переключатель) имеет всего одну пару контактов только на замыкание, применяются схемы, использующие постоянную времени перезаряда конденсатора.

Рассматриваемый формирователь может работать и без сопротивления R2 (его включают в качестве токоограничивающего сопротивления через замкнутые контакты кнопки). Благодаря малому сопротивлению замкнутых механических контактов первое же их замыкание приводит к полному разряду конденсатора. Последующие же размыкания контактов, вызванные дребезгом, практически не увеличивают напряжение на конденсаторе вследствие относительно большой постоянной времени его заряда.

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 8644 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Формирователи импульсов по фронту сигнала

При разработке цифровых устройств нередко требуется формировать импульсы, привязанные к входному сигналу. Если не предъявляются высокие требования к стабильности и длительности формируемого импульса, могут применяться схемы на основе дифференцирующих (рис. 1.49) или интегрирующих (рис. 1.50 и 1.51) RC-цепей. В этом случае для расчета длительности импульса используются те же соотношения, что и для одновибраторов.

Рис. 1.49. Формирователь импульсов на дифференцирующих цепях

На рис. 1.52 показана схема формирователя, в которой в зависимости от длительности запускающего импульса формируемый выходной импульс будет иметь фиксированную или укороченную длительность. Схема, приведенная на рис. 1.53, генерирует импульсы по переднему и заднему фронту входного сигнала. Причем выходные импульсы имеют всегда полную длительность, независимо от момента снятия сигнала запуска. Здесь допускается раздельная регулировка. Длительности и периода следования импульсов.

Схема, рис. 1.54, может использоваться для повторения входного сигнала с помехами по фронтам (от удаленного источника). Она позволяет улучшить форму импульсных сигналов со "звоном" (колебаниями по фронтам импульсов),

Рис. 1.50. Формирователи импульсов на основе интегрирующих цепей

Рис. 1.51. Формирователь импульса по фронту сигнала


Рис. 1 52. Формироватеть пмпульса

Рис. 1.53. Формирователь импульсов по переднему и заднему
фронту входного сигнала


Pис 1.54. Повторитель входных импульсов с защитой от помех

что бывает при передаче сигнала по длинной, плохо согласованной линии или радиоканалу. Постоянная времени цепи R1-C1 зависит от периода следования входных импульсов и выбирается такой, чтобы к приходу спада входного импульса напряжение на конденсаторе С1 было близко к напряжению питания
Тогда первый же перепад входного импульса установит триггер D2.1 снова в единичное состояние.

Рис. 1.55. Формирователь импульсов с синхронизацией тактовой частотой

Большую помехоустойчивость и стабильность в работе обеспечивают схемы формирователей импульсов без использования RC-цепей, рис. 1.55. 1.57. В этом случае выходные сигналы получаются синхронными с внутренней тактовой частотой. Процесс синхронизации сводится к сдвигу фронта импульса входной
информации до совпадения его с фронтом ближайшего тактового импульса. При этом длительность преобразованных таким образом информационных импульсов будет также определяться длительностью импульса синхрочастоты.

Рис. 1.56. Формирование двух импульсов


Рис. 1.57. Формирователь импульсов

Длительность формируемых схемой, рис. 1.55а, импульсов будет равна периоду тактовой частоты (T=1/fт), и ее легко можно изменить, меняя частоту на входе 2. Используя счетчики и комбинационную логику, можно получить выходной сигнал практически любой длительности.

Схема на рис. 1.56 обеспечивает на выходе формирование двух импульсов, привязанных к фронтам входного сигнала.

Схема, показанная на рис. 1.57, в зависимости от длительности информационного импульса на выходе дает синхронизированные с тактовой частотой одиночный импульс или же серию импульсов.

Цифровые схемы применяют также при передаче (обмене) не синхронизированных сигналов между устройствами. Каждый источник, как правило, имеет свой тактовый генератор и непосредственное использование этих сигналов может привести к сбоям из-за случайного разброса фаз тактовых импульсов. В этом случае становится обязательным привязка в приемном устройстве всех внешних управляющих сигналов к собственной тактовой частоте.

Комментировать
9 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector