Сглаживающие транзисторные фильтры

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 9Следующая ⇒

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения в несколько единиц или десятков вольт широко применяются фильтры с транзисторами. Одна из схем такого фильтра показана на рисунке.

Для пояснения принципа работы этой схемы напомним, что если напряжение базы транзистора (в данном случае на резисторе R2) увеличивается по отношению к напряжению эмиттера, то ток, протекающий через транзистор, уменьшается. Уменьшение тока равносильно увеличению сопротивления транзистора. Если на вход фильтра поступает постоянное напряжение, то напряжение между эмиттером и базой также будет постоянным, и, значит, постоянным будет напряжение на выходе фильтра. При наличии пульсаций в выпрямленном напряжении (на зажимах 1—1) на резисторе R1 создается также пульсирующее напряжение. При увеличении напряжения на входе фильтра повышается и напряжение на резисторе R1. Это приращение напряжения через конденсатор С2 подается на базу. Напряжение базы возрастает, что приводит к увеличению сопротивления транзистора. Возрастание сопротивления транзистора вызывает уменьшение изменения тока в цепи. И наоборот, при уменьшении напряжения на входе фильтра снижается и напряжение на резисторе R1. Это уменьшение напряжения передается на базу транзистора и снижает его сопротивление. Таким образом, данная схема как бы следит за всеми быстрыми изменениями напряжения на ее входе и регулирует сопротивление транзистора проходящему через него току так, что выходное напряжение фильтра изменяется значительно меньше, чем напряжение на его входе.
Недостатком данной схемы является то, что часть напряжения бесполезно тратится на резисторе R1, вследствие чего напряжение на выходе фильтра оказывается меньшим, чем на входе. Поэтому чаще применяют другую схему транзисторного фильтра. Сглаживание пульсаций в ней происходит за счет различий в сопротивлениях транзистора для постоянного и переменного (пульсирующего) токов: сопротивление транзистора переменному току в тысячу и даже десятки тысяч раз больше, чем постоянному току. Вследствие этого постоянная составляющая напряжения передается через такой фильтр почти без ослабления, в то время как переменная составляющая (пульсации) чуть ли не вся выделяется на транзисторе и на выход фильтра едва поступает.

Выбор конденсаторов сглаживающих фильтров

Как уже отмечалось, чем больше емкость конденсатора, тем он лучше сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, поэтому в фильтрах применяют электролитические конденсаторы, обладающие при малых габаритах и весе большой емкостью. Емкость конденсатора фильтра может составлять десятки, сотни и даже тысячи микрофарад (мкФ). Чем больший ток потребляет нагрузка, тем большую емкость должны иметь конденсаторы фильтра. Для получения значительной емкости вместо одного конденсатора можно применять несколько параллельно включенных.
Другим важным параметром, по которому выбираются конденсаторы фильтра, является его рабочее напряжение, которое не должно быть меньше, чем выпрямленное напряжение. Если, например, выпрямленное напряжение составляет 30 В, а для его фильтрации используется электролитический конденсатор с рабочим напряжением 25 В, может произойти пробой конденсатора, в результате чего, его сопротивление упадет почти до нуля и последует короткое замыкание выходной цепи выпрямителя, которое вызовет резкое увеличение тока, протекающего через диоды и вторичную обмотку трансформатора.
При увеличении тока возможны выход из строя выпрямительных диодов или перегорание вторичной (или даже первичной) обмотки трансформатора.

Вопрос 15

При построении современных электронных, вычислительных и информационных систем одной из важнейших является задача представления информации в виде, наиболее удобном для непосредственного восприятия наблюдателем. Оперативно получаемая информация дает возможность человеку-оператору непосредственно следить за работой системы, контролировать ее функционирование и активно вмешиваться в ее работу. Из всех органов чувств человека наиболее восприимчивым и способным перерабатывать наибольшее количество информации в единицу времени является зрение. Поэтому требуемую информацию выгодно представлять в виде зрительных образов. Оптические устройства, предназначенные для отображения информации, носят название устройств визуального отображения информации(УВОИ). К подобным устройствам относят экраны телевизионных приемников и мониторов ЭВМ, циферблаты электронных часов и калькуляторов, шкалы цифровых измерительных приборов и т.д.

Чтобы создавать и правильно эксплуатировать УВОИ, необходимо иметь представление об особенностях восприятия зрительных образов человеком. В первую очередь, следует иметь в виду, что диапазон частот световых волн, воспринимаемых глазом, относительно невелик. Большинство людей воспринимают колебания с длиной волны от 0,35 мкм (фиолетовый цвет) до 0,75 мкм (красный цвет). Глаз обладает максимальной чувствительностью в области длины волны 0,55 мкм (желто-зеленый цвет), поэтому, например, электронно-лучевые трубки для осциллографов делают преимущественно с люминофором желто-зеленого свечения.

Важными при проектировании УВОИ являются пространственные характеристики глаза.

Острота зрения(разрешающая способность) – минимальный угол, при котором две точки видны как раздельные. Пределом разрешающей способности глаза считается угол, равный одной угловой минуте. При определенных условиях можно различать и более мелкие детали.

Поле зренияопределяется при фиксированном взгляде как пространство, в пределах которого возможна проекция изображения на сетчатку глаза.Поле зрения в свою очередь подразделяют на зону центрального зрения(4¸7°), где возможно наиболее четкое различение деталей изображения;зону ясного видения(30¸35°), где при неподвижном глазе можно опознать предмет без различения мелких деталей;зону периферического зрения(75¸90°), где предметы обнаруживаются, но не опознаются.

Глаз является достаточно инерционным органом. Если рассматривать источник, яркость которого периодически меняется, то при частоте мерцания выше некоторой частоты, называемой критической частотой мерцания, глаз начнет воспринимать мерцающий источник как источник постоянного света. Для каждого глаза эта частота индивидуальна, зависит от яркости и размеров объекта и обычно лежит в пределах от 20 до 50 Гц.

Помимо яркости, глаз человека реагирует и на цвет изображения. Цветоощущениеобъясняется тем, что в сетчатке глаза человека есть светочувствительные элементы двух типов – палочки и колбочки. Палочки значительно более чувствительны, но воспринимают изображение как черно-белое. Колбочки имеют более низкую чувствительность, но в сетчатке есть три типа колбочек: красно-, сине- и зеленочувствительные – и их суммарный отклик вызывает ощущение любого цвета. Наличие палочек и колбочек определяет свойство глаза не различать цвета при малой яркости объекта. Вспомните пословицу: «Ночью все кошки серы». Отсюда необходимость высокой яркости для хорошего цветоощущения.

Свойства органа зрения человека обязательно учитываются при конструировании реальных УВОИ. Например, экран дисплея с диагональю 48 см с расстояния 0,5 м рассматривается оператором под углом 30°по горизонтали и 28°по вертикали (зона ясного видения). Если при этом экран организован из 1280 на 1024 пикселов (цветовых точек), то каждый пиксел рассматривается под углом около двух угловых минут (предел остроты зрения). Каждая цветовая точка изображения на экране дисплея образуется комбинацией из трех монохромных точек (RGB– красной, зеленой, синей) – цветоощущение, а все изображение регенерируется (обновляется) по крайней мере 50 раз в секунду (учет критической частоты мерцаний).

Использование оптических устройств в системах отображения информации – это только одно (не главное) направление их применения. Основным применением оптических методов в современной электронике стало их использование непосредственно для хранения, передачи и обработки информации. Использование оптических методов в электронике привело к возникновению в электронике нового раздела – оптоэлектроники.

Оптоэлектроника– это раздел науки и техники, изучающий как оптические, так и электронные явления в веществах, их взаимные связи и преобразования, а также приборы, схемы и системы, созданные на основе этих явлений. В отличие от устройств обычной электроники, где передача сигналов осуществляется с помощью электронов или дырок, в оптоэлектронных устройствах передача информации осуществляется с помощью электрически нейтральных фотонов. Это обеспечивает некоторые принципиальные преимущества оптоэлектронных систем:

высокую информационную емкость оптического канала, обусловленную тем, что частота световых колебаний (10¹³¸10¹⁵Гц) в 10³¸10⁵раз выше, чем в освоенном диапазоне радиоволн;
большую плотность записи информации (до 10⁶бит/мм²), так как малое значение длины волны света обеспечивает возможность фокусировки луча лазера на площадке в 1 мкм²;
высокую помехозащищенность каналов связи и отсутствие взаимных наводок, так как оптическое излучение невосприимчиво к воздействию электромагнитных полей;
практически идеальную гальваническую развязку цепей;
однонаправленность передачи сигнала и отсутствие обратного воздействия приемника на источник информации, что существенно упрощает проектирование оптоэлектронных систем.

Элементную базу оптоэлектроники составляют оптоэлектронные приборы, использующие для своей работы электромагнитное излучение оптического диапазона. В оптоэлектронике используются колебания с длинной волныlот 1 мм до 1 нм. Этот диапазон существенно превышает диапазон волн видимого света за счет использования ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра.

Плоскопараллельный монохроматический луч света, т.е. луч, электромагнитные колебания в котором происходят с одной строго постоянной частотой, может быть описан уравнением

, (6.1)

где – вектор напряженности электрического поля волны;

– единичный вектор, характеризующий направление поляризации;

– амплитуда;

n – показатель преломления среды;

с – скорость света в вакууме;

x– координата в направлении распространения луча.

Уравнение (6.1) описывает идеальное монохроматическое излучение, которое на практике недостижимо. Излучение реальных источников занимает определенный интервал оптического диапазона, характеризуемый шириной спектраизлучения.

Если генерация электромагнитных колебаний происходит в атомах вещества независимо друг от друга, то параметры колебаний, генерируемых различными атомами, могут существенно различаться. Такое излучение называется естественным илинекогерентным. В тех случаях, когда наблюдается согласованность между фазами колебаний в различных точках пространства в один и тот же момент времени или в одной и той же точке пространства в различные моменты времени, говорят опространственнойиливременнойкогерентностисоответственно.

Абсолютно когерентным является монохроматический точечный источник излучения, однако с помощью лазеров удается получить направленное излучение с высокой степенью когерентности. В связи с этим в оптоэлектронике выделяют два направления: когерентную оптоэлектронику, основанную на использовании лазеров, и некогерентную оптоэлектронику, которая использует естественные источники излучения.

Элементная база современной оптоэлектроники включает в себя следующие группы приборов:

источники излучения (лазеры, светодиоды и др.);
приемники излучения (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и др.);
оптроны и оптоэлектронные микросхемы;
приборы для отображения информации;
оптические каналы связи;
оптические устройства хранения и обработки информации.

В последующих параграфах приборы каждой из этих групп будут рассмотрены подробно.

Вопрос 16

Электронный усилитель — прибор, способный усиливать электрическую мощность. Приборы, усиливающие только ток или напряжение (например, трансформаторы) к числу усилителей не относятся. Принцип работы электронного усилителя основан на изменении его активного или реактивного сопротивления электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках под воздействием сигнала малой мощности^[1]. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибораи т. д.

Структура усилителя[править | править код]

· Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями

· В большинстве усилителей, кроме прямых, присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики

· Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.

· Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.

· Как и в любом активном устройстве, в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Каскады усиления[править | править код]

· Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.

· В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых особых случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.

· В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора), с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)

· Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим.

· Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.

· Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.

· Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес». Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.

· Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой).Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. CASCadetocathODE)^[2]

· Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.

· Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.

· Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.

Режимы (классы) мощных усилительных каскадов[править | править код]

Подробное рассмотрение темы: Классификация электронных усилителей

· Особенности выбора режима мощных каскадов связаны с задачами повышения экономичности питания и уменьшения нелинейных искажений.

· В зависимости от способа размещения начальной рабочей точки усилительного прибора на статических и динамических характеристиках различают следующие режимы усиления

Режим A

Режим B

Режим B, двухтактный каскад

Режим C

Углы отсечки полуволны сигнала в различных режимах

Вопрос 17

При использовании транзистора в усилительном режиме на выходе усилителя мощность электрических сигналов значительно превышает мощность входного сигнала за счет передачи в нагрузку энергии источника питания. Существуют три типа усилительных каскадов на транзисторах: с общим эмиттером, с общим коллектором, с общей базой. Наибольшее распространение получили усилительные каскады с общим эмиттером (коллекторной нагрузкой), так как они обеспечивают большое усиление по напряжению, току и мощности (рис.15).

Рис. 15

Выбор биполярного транзистора проводится по ряду требований, предъявляемых к усилителю. К числу этих требований относятся: мощность, отдаваемая в нагрузку, коэффициент усиления, частота усиливаемых сигналов f. Для нормальной работы усилителя необходим транзистор, для которого выполняются соотношения: f_гр>f, >К, Р_{к max}>Р. Выбор питающего напряжения Е_к проводится из условия Е_к<U_{кэ max}. Дальнейший расчет сводится к определению параметров элементов R_к, R_б, С_вх, С_вых.

Для выходной (коллекторной) цепи можно записать уравнение по 2-му закону Кирхгофа:

, (2)

откуда выражение описывает ВАХ коллекторногорезистораR_к (линию нагрузки). Линяя нагрузки строится по двум точкам В и С (рис.14): при U_кэ = 0 на оси ординат наносится точка В (I_к = Е_к/R_к), при I_к=0 на оси абсцисс наносится точка С (U_кэ= Е_к). Точка пересечения линии нагрузки с коллекторными характеристиками дает графическое решение уравнения (2) и позволяет построить динамическую переходную характеристику I_к = f(I_б). В качестве динамической входной характеристики используется одна из статических характеристик I_б = f(U_бэ), так как их семейство практически сливается в одну линию.

Выбор R_к проводится таким образом, чтобы линия нагрузки не выходила за пределы рабочей области транзистора и в то же время обеспечивалась линейность динамической переходной характеристики. Так при малых R_к должно выполняться условие , а при больших недопустима малая крутизна переходной характеристики.

Резистор R_б, включенный в цепь базы, задает рабочую точку А транзистора. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для входной цепи резисторR_б позволяет выбрать такое значение , при котором рабочая точка А находится посередине линейного участка переходной характеристики. Рабочей точке соответствуют постоянные токи и напряженияI_б0, U_бэ0, I_к0, U_кэ0 (рис. 14).

Конденсаторы С_вх, С_вых предназначены для разделения переменных усиливаемых сигналов U_вx, U_вых и постоянных напряжений U_бэ0, U_кэ0. Эти напряжения не должны поступать на источник входного сигнала (e, r_вн) и нагрузку (R_н), чтобы не оказывать влияния на их работу. Выбор емкости Сконденсатора проводится таким образом, чтобы для входных сигналов минимальной частоты f_min сопротивление конденсатора было равно 0.

При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения U_вх возникает переменный ток базы i_б,который в соответствии с переходной характеристикой приводит к возникновению переменного тока коллектора i_к. Ток коллектора создает на резисторе R_к падение напряжения, которое является выходным. Важнейшая характеристика усилительного каскада – коэффициент усиления по напряжению К_U=U_вых/U_вх.Так как предел измерения выходного напряжения порядка единиц вольт, а входное напряжение измеряется в милливольтах (рис. 14), то коэффициент усиления может достигать сотен единиц.

При больших входных напряжениях переменные составляющие токов выходят за предел линейных участков переходной и динамической входной характеристик, в результате чего форма выходного напряжения претерпевает значительные искажения. Эти искажения, обусловленные нелинейностью указанных характеристик, называются нелинейными. Для оценки допустимого диапазона изменения входных напряжений используют амплитудную характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от входного (рис.16). Линейный участок амплитудной характеристики позволяет определять диапазон входных напряжений, при которых отсутствуют нелинейные искажения.

Рис. 16

При работе усилительного каскада в линейном режиме основныепараметры могут быть найдены аналитически из эквивалентной схемыкаскада с ОЭ (рис.17).

Рис. 17

Так как R_б>>h₁₁,то входное сопротивление усилительногокаскада равно:

Выходное сопротивление равно:

При Р_н= ∞ в режиме холостого хода (XX) коэффициент усиленияпо напряжению К_Uхх= h₂₁R_к/h₁₁.

При работе нанагрузку R_н коэффициент усиления равен:

К_U=R_нК_Uхх/(R_вых+R_н).

Коэффициент усиления по току каскада:

Коэффициент усиления по мощности К_Р= К_U K_I.

Существенным недостатком транзисторов является зависимость ихпараметров от температуры. При повышении температуры увеличивается коллекторный ток за счет возрастания числа неосновных носителейзаряда в полупроводнике. Это приводит к изменению коллекторной характеристики транзистора и смещению рабочей точки. В некоторых случаях повышение температуры может вывести рабочую точку за пределы линейного участка переходной характеристики и нормальная работа усилителя нарушается. Для уменьшения влияния температуры в цепь эмиттера включают резистор R_э, шунтированный конденсатором (рис.18).

Для создания начального напряжения смещения U_бэ0используют делитель на резисторах R_б1, R_б2. Для напряжения U_бэ0 можно записать выражение:

Рис. 18

Повышение температуры приводит к повышению I_э,увеличению R_эI_э. Это вызывает уменьшение U_бэ0, снижает I_б0, и в соответствии с переходной характеристикой приводит к уменьшению I_к0. Как видим, в данной схеме при изменении температуры ток коллектора автоматически поддерживается постоянным.

Однако введение резистора R_э в схему поменяет работу усилительного каскада и при наличии входного напряжения. Переменная составляющая эмиттерного тока I_э создает на резисторе R_э падение напряжения, которое уменьшает входное усиливаемое напряжение, непосредственно подводимое к транзистору U_бэ = U_вх – R_эi_э.

Коэффициент усиления каскада при этом будет уменьшаться. Для ослабления этого явления включают конденсатор С_э. Емкость конденсатора выбирают таким образом, чтобы для всех частот усиливаемого напряжения его сопротивление было много меньше R_э. При этом падение напряжения на участке C_э//R_э от переменной составляющей i_э будет незначительным и усиливаемое напряжение будет практически равно входному напряжениюU_бэ U_вх.

Широкое применение находят усилительные каскады с общим коллектором (рис.19).

В схеме при отсутствии входного напряжения проходят токи: в цепи базы – I_б0,который задается делителем напряжения R_б1, R_б2; в цепи эмиттера – I_э0, который создает на R_э падение напряжения I_э0R_э. При подаче входного напряжения u_вх напряжение на резисторе R_э равно: .

Переменное напряжение i_эR_э= U_вых подается через конденсатор связи на выход усилителя. Так как U_вх U_вых, токаскад называют эмиттерным повторителем.

; К_U 1;

R_вх = h₁₁/(1-K_U) – очень велико и достигает сотен кОм;

R_вых h₁₁/(1+ h₂₁) – очень мало и составляет десятки Ом.

Рис. 19

Эмиттерный повторитель применяется для согласования высокоомного источника усиливаемого напряжения с низкоомным сопротивлением нагрузки.

Усилительный каскад сОБ находит меньшее применение вследствие малого входного и большого выходного сопротивлений и отсутствия усиления по току. Он применяется на высоких частотах.

Вопрос 18

Усилители постоянного тока (УПТ) - это усилители, предназначенные для усиления сколь угодно медленно изменяющихся во времени сигналов, т.е. сигналов, эквивалентная частота которых приближается к нулю. Поэтому УПТ должны обладать амплитудно-частотной характеристикой, в виде изображенной на рис.6.1.

Связь такого усилителя с нагрузкой, с источником сигнала и межкаскадные связи должны быть непосредственными, т.е. в качестве элементов согласования усилительных каскадов не могут быть применены реактивные элементы (трансформаторы и конденсаторы), поскольку это обеспечило бы амплитудно-частотную характеристику, у которой K_U = 0 при f = 0. Режим покоя каждого из каскадов усилителя определяется не только параметрами элементов собственного каскада, но и режимами покоя предыдущих и последующих каскадов усиления. При расчете схема усилителя должна быть проанализирована в целом. Рассмотрим УПТ на примере двухкаскадного усилителя (рис.6.2.).

В схеме усилителя выводы коллектора и базы транзисторов соседних каскадов соединены непосредственно. Во входную цепь усилителя последовательно с источником входного сигнала включен источник входного компенсирующего напряжения Е_КОМП. Его вводят для того, подключение входного сигнала не смещало рабочую точку. С этой целью компенсирующее напряжение выбирают равным U_БП1:

. (6.1.)

Резисторы R₃ и R₄ выполняют функцию делителя для создания компенсирующего напряжения выходной цепи каскада.

При эксплуатации УПТ в широком диапазоне температур окружающей среды выходные напряжение усилителя могут изменяться при неизменном входном сигнале из-за нестабильности параметров усилительных элементов; при этом на выходе не удается определить, чем вызвано изменение выходного напряжения (изменением входного сигнала или изменением режимов работы усилительных элементов).

Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном входном сигнале, вызванное изменением питающего напряжения, температуры окружающей среды и изменением параметров схемы со временем, получило название дрейфа выходного напряжения УПТ. Качество УПТ оценивается по величине дрейфа, приведенного ко входу усилителя (приведенный дрейф):

. (6.2.)

Приведенный дрейф - это ложный сигнал на входе, который вызывает самопроизвольное изменение выходного напряжения, по величине равное DU_ВЫХ.ДР. Приведенный дрейф показывает минимальную величину входного сигнала, которая может быть различима на выходе усилителя (нижний порог границы динамического диапазона). Входной сигнал нужно подавать заведомо больше е_ДР, чтобы на выходе DU_ВЫХ.ДР. было незначительным. Минимальное напряжение е_Г выбирают на 1–2 порядка больше е_ДР.

Различают:

1. Температурный дрейф - это изменение U_ВЫХ.ДР, обусловленое изменением температуры. Единица измерения температурного дрейфа - [мкВ/град]. Типовое значение температурного дрейфа 0,01мкВ/град.

2. Временной дрейф обусловлен изменением параметров схемы со временем. Единица измерения временного дрейфа - [мкВ/час]. Типовое значение температурного дрейфа 1мкВ/час.

Вопрос 19

Операция НЕ (логическое отрицание или инверсия) легко реализуется микросхемами малой степени интеграции, например, микросхемой КМОП-технологии К561ЛН2 (большинство примеров в дальнейшем будет приведено с применением микросхем серии К561 из-за наиболее массового применения данной серии в настоящее время).

В инвертор легко превратить любую схему ИЛИ-НЕ или И-НЕ, соединив вместе все входы данных логических схем. Иногда, когда нет «лишнего» неиспользуемого инверторе в конструируемом устройстве, применяют инвертор, построенный на транзисторном каскаде. Схемы, реализующие логическую операцию НЕ, изображены на рис.1.

Операция ИЛИ (логическое сложение или дизъюнкция) микросхемами серии К561 не реализуется (выпускаются микросхемы, содержащие логические схемы ИЛИ-НЕ). Чтобы построить схему ИЛИ, необходимо на выходе логической схемы ИЛИ-НЕ установить инвертор. Иногда разумно использовать логическую схему ИЛИ, построенную но диодах. Двухвходовую схему ИЛИ можно построить на трех логических схемах И-НЕ. Варианты построения логических схем ИЛИ показаны на рис.2.

Операция И (логическое умножение или конъюнкция) микросхемами серии К561 также в чистом виде не реализуется. Чтобы построить схему И, необходимо на выходе логической схемы И-НЕ установить инвертор. Двухвходовую схему И можно построить на трех логических элементах ИЛИ-НЕ. Варианты построения логических схем, И показаны на рис.3.

Схемы, реализующие логические операции ИЛИ- НЕ и-И-НЕ в составе микросхем серии К561, есть, поэтому не будем но них останавливаться.

На базе рассмотренных выше простейших логических элементов реализуются довольно сложные логические задачи. Очень помогает в решении таких задач алгебра логики (Булевы алгебры).

Вопрос 20

Цифровая схемотехника существенно отличается от аналоговой. При распространении логических сигналов по цифровой схеме они не затухают. На них до определенного предела не воздействуют шумы и помехи. Это является несомненным преимуществом цифровой схемотехники. В результате возникло большое количество видов цифровых микросхем. Все цифровые устройства разделяются на две большие группы: комбинационные схемы и последовательностные.

Комбинационные схемы — это устройства без памяти. Выходные сигналы этого вида цифровых схем зависят только от текущей комбинации входных логических сигналов, как это показано на рисунке 1, и не зависят от их предыдущих значений.

Рисунок 1. Функциональная схема цифрового комбинационного устройства

Схема, приведенная на рисунке 1, показывает, что на вход подается M сигналов, а на выходе из них формируется K выходных сигналов. При этом во внутренней схеме не должно быть обратных связей, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Пример реализации комбинационного устройства на логических элементах

При проектировании цифрового комбинационного устройства исходное задание обычно описывается при помощи таблицы истинности. По ней с использованием метода СДНФ или СКНФ записываются логические выражения для выходного сигнала. Затем проводится минимизация этих выражений и составляется принципиальная схема разрабатываемого устройства.

В настоящее время проектирование цифровой схемы производится на одном из языков программирования схем (AHDL, VHDL или verilog). Например, схема "исключающее ИЛИ" на языке программирования verilog будет выглядеть следующим образом:

moduleExclusiveOR(x1,x2,f);

input x1,x2;

output f;

assign f = ( x1 & ~x2 )|( ~x1 & x2 );

endmodule

Наиболее распространенными комбинационными устройствами являются дешифраторы, шифраторы, семисегментные дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, арифметические сумматоры и арифметико-логические устройства (АЛУ).

Дешифраторы предназначаются для преобразования двоичного или двоично-десятичного кода в любой другой код. (Здесь мы не рассматриваем устройства помехоустойчивого или криптографического кодирования.) Подробно с вопросами синтеза этих цифровых микросхем можно ознакомиться в статье "дешифраторы". В качестве отдельных микросхем сейчас дешифраторы практически не применяются. Даже семисегментные дешифраторы не находят применения, т.к. в настоящее время в основном используются матричные индикаторы. В настоящее время двоичные дешифраторы вместе с мультиплексорами используются в составе микросхем памяти (ОЗУ и ПЗУ) для обращения к конкретной ячейке памяти.

Вопрос 21

В зависимости от вида используемых сигналов логические элементы подразделяются:

1. Потенциальные логические элементы, в которых входные и выходные сигналы представляют собой перепады напряжений. Здесь полезно ввести понятия положительной и отрицательной логики. В положительной логике логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю - низкий; в отрицательной логике логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулю - высокий (см. рис.1.6).

2. Импульсные логические элементы, в которых отсутствие импульсов соответствует логическому нулю, а наличие импульса - логической единице.

3. Импульсно-потенциальные элементы.

В зависимости от типа используемых элементов логические элементы подразделяются:

1. Диодно-резисторная логика (ДРЛ). Как самостоятельные такие логические элементы не используются из-за больших потерь; они используются вместе с транзисторами.

2. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ).

3. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). На одном транзисторе реализуется какая-либо логическая функция и, чтобы сделать четким выходной сигнал, за транзистором подключают выходной инвертор, который нормализует уровни выходного сигнала.

4. Транзисторная логика (ТЛ).

Вопрос 22

Триггер — простейшее последовательностное устройство, которое может длительно находиться в одном изнескольких возможных устойчивых состояний и переходить из одного в другое под воздействием входныхсигналов. Триггер может быть описан конечным автоматом, который способен хранить 1 бит данных, а такжевыполнять с ним различные операции в зависимости от входных сигналов. Последовательностныминазывают^[1] такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами навходах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти. Триггер — один из базовых(основных) элементов цифровой техники.

Классификация

Триггерные схемы классифицируют по следующим признакам:

· способу приёма логических сигналов;

· функциональным возможностям;

· принципу построения;

· числу устойчивых состояний (обычно устойчивых состояний два, реже - больше, см. троичный триггер, четверичный триггер^[2], декатрон);

· числу уровней — два уровня (высокий, низкий) в двухуровневых элементах, три уровня (положительный, ноль, отрицательный) в трёхуровневых элементах^[3].

По способу работы с сигналами различают асинхронные, синхронные и смешанные триггерные схемы, статические и динамические.

Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующегоинформационного сигнала.

Входы триггера

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:

· S (от англ. Set, установить) — вход в RS-триггере;

· R (от англ. Reset, сброс) — вход в RS-триггере;

· J (от англ. Jump^[4], прыжок) — вход в JK-триггере;

· К (от англ. Kill, убить) — вход в JK-триггере;

· Т (от англ. Toggles, переключить) — счётный вход в Т-триггере;

· С (от англ. Clock, время) вход синхронизирующего сигнала. При тактировании по фронту он частообозначается стрелкой: стрелка внутрь — тактирование по переднему фронту, наружу — по заднему.

· D (от англ. Delay, задержка) — вход в D-триггере;

· E или EN (от англ. Enable, разрешить) — дополнительный асинхронный управляющий вход для разрешенияприёма информации (иногда используют букву V).

Входы J,К,Т,D всегда синхронные, т.е. тактируются по синхронизирующему сигналу на входе C. Разумеется, вкаждом конкретном триггере имеются лишь некоторые из перечисленных входных линий. Входы S и Rзачастую присутствуют не только в RS триггерах, но и в других типах триггеров, где предназначены, восновном, для асинхронного сброса устройства в 0 или установки в 1.

RS-триггер, или SR-триггер

Одна из наглядных схемреализации асинхронного RS-триггера на базе двухэлементов 2И-НЕ(NAND2)

S	R	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	*
1	1	1	*

RS-триггер, или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние принулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входовединицы. При подаче единицы на вход S (от англ. Set - установить) выходное состояниестановится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset - сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Если RS-триггерсинхронный, то состояние его входов учитывается только в момент тактирования, напримерпо переднему фронту импульса. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременноподаны логические единицы, является запрещённым. Так, например, схема RS-триггера, изображённая на рисунке, при подаче на оба инверсных входа логического нуля перейдёт всостояние, когда на обоих выходах будут единицы, что не соответствует логике выходатриггера, поскольку инверсный выход будет равен неинверсному , т.е. .

RS-триггер используется для создания сигнала с положительным и отрицательным фронтами, отдельноуправляемыми посредством стробов, разнесённых во времени.

JK-триггер

Символ JK-триггера сдополнительнымиасинхронными входами S и R, аналогично представлению всреде разработки

J	K	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	0

JK-триггер работает также как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подачелогической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется напротивоположное. Вход J (от англ. Jump - прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K(от англ. Kill - убить) аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуляна вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А приподаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равнымлогическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний наосновных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработкилогических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то естьсостояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например поположительному фронту импульса на входе синхронизации.

На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и Kлогической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К^[5].

D-триггер

Символ D-триггера сдополнительнымиасинхронными входами S и R

D	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	1

D-триггер (D от англ. delay - задержка) - запоминает состояние входа и выдаёт его на выход. D-триггеры имеют, как минимум, два входа: информационный D и синхронизации С. Сохранение информации в D-триггерах происходит в момент прихода активного фронта навход С. Так как информация на выходе остаётся неизменной до прихода очередного импульсасинхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации илитриггером-защёлкой. Рассуждая чисто теоретически, D-триггер можно образовать из любыхRS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимно инверсные сигналы.

D-триггер в основном используется для реализации защёлки. Так, например, для снятия 32 бит информации спараллельной шины, берут 32 D-триггера и объединяют их входы синхронизации для управления записьюинформации в защёлку, а 32 D входа подсоединяют к шине.

T-триггер

ИзображениеT-триггера насхемах.

Работа схемы T-триггера(при T=1) на базе восьми2И-НЕ логическихвентилей. Слева — входы, справа — выходы. Синий цвет соответствует0, красный — 1

T	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Т-триггер по каждому такту изменяет своё логическое состояние на противоположное приединице на входе Т, и не изменяет выходное состояние при нуле на входе T. Т-триггер частоназывают счётным триггером. Т-триггер может строиться как на JK, так и на D-триггерах. Какможно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждыйраз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создатьна базе JK-триггера Т-триггер, объединяя входы J и К. Наличие в D-триггере динамического Свхода позволяет получить на его основе T-триггер. При этом вход D соединяется с инверсным выходом, а навход С подаются счётные импульсы. В результате триггер при каждом счётном импульсе запоминает значение , то есть будет переключаться в противоположное состояние.

Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С — сигнал с частотой, которая будет поделена.

Вопрос 23

Синхронные триггеры отличаются от асинхронных схемой управления. Синхронные (тактируемые) схемы управления триггерных устройств, кроме информационных входов имеют дополнительный (синхронизирующий, тактирующий) вход С(Т).

Синхронные RS-триггеры, синхронизируемые уровнем (рис.5.3,а), имеют на входе каждого плеча дополнительные схемы совпадения, первые входы которых объединены и являются входом С для тактирующего импульса (ТИ), вторые входы схем совпадения – информационные входы записи «1» (S) и «0» (R). Таким образом, информация, поступающая на вход S или R , может быть передана на триггер только при поступлении тактирующего импульса. При комбинации сигналов RC = 1—> Q = 0, а комбинация SRC = 1 является запрещенной. Этот недостаток можно исключить введением связей, показанных на рис. 5.3,а пунктирными линиями, так как при S = R = C = 1 появление уровня логического «0» на выходах В₁ и В₂ не может произойти строго в один и тот же момент времени. При С = 1 в любой момент триггер реагирует на уровни, действующие на информационных входах S и R.

Рис.5.2. Асинхронный RS-триггер: а – на элементах ИЛИ-НЕ;

б – на элементах И-НЕ.

Для получения синхронного RS-триггера, синхронизируемого фронтом, достаточно дополнить схему элементами И-НЕ и связями (рис.5.3,б). Так при и , при смене уровня на входе Сс 0 на 1 на выходе элемента В₁ образуется уровень 0. Этот уровень подается на вход элемента В₃, обеспечивая на его выходе уровень 1 независимо от последующих значений уровня на входе S. Таким образом, происходит логическое отключение входа S, и никакие последующие изменения уровней на входах и триггером не воспринимаются, пока на входе С не произойдет новый переход уровней с 0 на 1. На рис.5.3,в показана схема синхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ синхронизируемого фронтом с 1 на 0.

Рис.5.3. Синхронный RS-триггер

Вопрос 24

D-триггер

Символ D-триггера сдополнительнымиасинхронными входами S и R

D	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	1

T-триггер

ИзображениеT-триггера насхемах.

T	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Вопрос 25

JK-триггер

Символ JK-триггера сдополнительнымиасинхронными входами S и R, аналогично представлению всреде разработки

J	K	Q(t)	Q(t+1)
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	0

Вопрос 26

Генераторами называются электронные устройства, преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока (электромагнитных колебаний) различной формы требуемой частоты и мощности.

Электронные генераторы применяются в радиовещании, медицине, радиолокации, входят в состав аналого-цифровых преобразователей, микропроцессорных систем и т. д.

Ни одна электронная система не обходится без внутренних или внешних генераторов, задающих темп ее работы. Основные требования к генераторам – стабильность частоты колебаний и возможность снятия с них сигналов для дальнейшего использования.

Классификация электронных генераторов:

1) по форме выходных сигналов:

- синусоидальных сигналов;

- сигналов прямоугольной формы (мультивибраторы);

- сигналов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) или их еще называют генераторами пилообразного напряжения;

- сигналов специальной формы.

2) по частоте генерируемых колебаний (условно):

- низкой частоты (до 100 кГц);

- высокой частоты (свыше 100 кГц).

3) по способу возбуждения:

- с независимым (внешним) возбуждением;

- с самовозбуждением (автогенераторы).

Автогенератор — генератор с самовозбуждением, без внешнего воздействия преобразующий энергию источников питания в незатухающие колебания, например, колебательный контур.

Рисунок 1 – Структурная схема генератора

Схемы электронных генераторов (рисунок 1) строятся по тем же схемам, что и усилители, только у генераторов нет источника входного сигнала, его заменяет сигнал положительной обратной связи (ПОС). Напоминаем, что обратная связь - это передача части выходного сигнала во входную цепь. Необходимая форма сигнала обеспечивается структурой цепи обратной связи. Для задания частоты колебаний цепи ОС строятся на LC или RC-цепях (частоту определяет время перезаряда конденсатора).

Сигнал, сформированный в цепи ПОС, поступает на вход усилителя, усиливается в К раз и поступает на выход. При этом часть сигнала с выхода возвращается на вход через цепь ПОС, где ослабляется в К раз, что позволят поддерживать постоянную амплитуду выходного сигнала генератора.

Генераторы с независимым внешним возбуждением (избирательные усилители) являются усилителями мощности с соответствующим частным диапазоном, на вход которых подаётся электрический сигнал от автогенератора. Т.е. происходит усиление только определенной полосы частот.

Генераторы RC-типа

Для создания генераторов низкой частоты обычно используют операционные усилители, в качестве цепи ПОС устанавливают RC-цепи для обеспечения заданной частоты f0 синусоидальных колебаний.

RC-цепи представляют собой частотные фильтры - устройства, пропускающее сигналы в определённом диапазоне частот и не пропускающее в не этого диапазона. При этом по цепи обратной связи на вход усилителя возвращается, а значит и усиливается только определённая частота или полоса частот.

На рисунке 2 показаны основные типы частотных фильтров и их амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). АЧХ показывает пропускную способность фильтра в зависимости от частоты.

Рисунок 2 – Типы частотных фильтров и их амплитудно-частотная характеристика

Типы фильтров:

- фильтры нижних частот (ФНЧ);

- фильтры верхних частот (ФВЧ);

- полосовые частотные фильтры (ПЧФ);

-заграждающие частотные фильтры (ЗЧФ).

Фильтры характеризуются частотой среза fc, выше либо ниже которой идет резкое ослабление сигнала. Полосовые и заграждающие фильтры характеризуются также шириной полосы пропускания у ПЧФ (непропускания у ЗЧФ).

На рисунке 3 приведена схема синусоидального генератора. Необходимый коэффициент усиления задаётся с помощью цепи ООС на резисторах R1, R2.Для обеспечения сдвига по фазе равного 0, цепь ПОС подключена между выходом ОУ и его неинвертирующим входом. При этом цепь ПОС представляет собой полосовой фильтр. Частота резонанса f0 определяется по формуле: f0 = 1/(2πRC)

Для стабилизации частоты генерируемых колебаний в качестве частотозадающей цепи используют кварцевые резонаторы. Кварцевый резонатор представляет собой тонкую пластину минерала, установленную в кварцедержателе. Как известно, кварц обладает пьезоэффектом, что позволяет использовать его как систему, эквивалентную электрическому колебательному контуру и обладающую резонансными свойствами. Резонансные частота кварцевых пластин лежат в пределах от нескольких единиц килогерц до тысяч МГц с нестабильностью частоты, обычно порядка 10^-8 и ниже.

Рисунок 3 – Схема RC-генератора синусоидальных сигналов

Мультивибраторы - это электронные генераторы сигналов прямоугольной формы.

Мультивибратор в подавляющем большинстве случаев выполняет функцию задающего генератора, формирующего запускающие входные импульсы для последующих узлов и блоков в системе импульсного или цифрового действия.

На рисунке 4 приведена схема симметричного мультивибратора на ИОУ. Симметричный – время импульса прямоугольного импульса равно времени паузы tимп = tпаузы.

ИОУ охвачен положительной обратной связью – цепь R1,R2, действующей одинаково на всех частотах. Напряжение на неивертирующем входе постоянно и зависит от сопротивления резисторов R1,R2. Входное напряжение мультивибратора формируется при помощи ООС через цепочку RC.

Рисунок 4 – Схема симметричного мультивибратора

Уровень напряжения на выходе изменяется с +Uнас на -Uнас и обратно.

Если напряжение выхода Uвых = +Uнас конденсатор заряжается и напряжение Uс, действующее на инвертирующем входе возрастает по экспоненциальному закону (рис. 5).

При равенстве Uн = Uс произойдёт скачкообразное изменение выходного напряжения Uвых = -Uнас, что вызовет перезаряд конденсатора. При достижении равенства -Uн = -Uс снова произойдёт изменение состояние Uвых. Процесс повторяется.

Рисунок 5 – Временные диаграммы работы мультивибратора

Изменение постоянной времени RC-цепи приводит к изменению времени заряда и разряда конденсатора, а значит и частоты колебаний мультивибратора. Кроме того, частота зависит от параметров ПОС и определяется по формуле: f = 1/T = 1/2tи = 1/[2 ln(1+2 R1/R2)]

При необходимости получить несимметричные прямоугольные колебания для tи ≠ tп, используют несимметричные мультивибраторы, в которых перезаряд конденсатора происходит по разным цепочкам с различными постоянными времени.

Одновибраторы (ждущие мультивибраторы) предназначены для формирования прямоугольного импульса напряжения требуемой длительности при воздействии на входе короткого запускающего импульса. Одновибраторы часто называют еще электронными реле выдержки времени.

В технической литературе встречается еще одно название одновибратора – ждущий мультивибратор.

Одновибратор обладает одним длительно устойчивым состоянием равновесия, в котором он находится до подачи запускающего импульса. Второе возможное состояние является временно устойчивым. В это состояние одновибратор переходит под действием запускающего импульса и может находиться в нем конечное время tв, после чего автоматически возвращается в исходное состояние.

Основными требованиями к одновибраторам являются стабильность длительности выходного импульса и устойчивость его исходного состояния.

Генераторы линейно-изменяющихся напряжений (ГЛИН) формируют периодические сигналы, изменяющиеся по линейному закону (пилообразные импульсы).

Пилообразные импульсы характеризуются длительностью рабочего хода tр, длительностью обратного хода tо и амплитудой Um (рисунок 6, б).

Для создания линейной зависимости напряжения от времени чаще всего используют заряд (или разряд) конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рисунок 6, а.

Когда транзистор VT закрыт, конденсатор С2 заряжается от источника питания Uп через резистор R2. При этом напряжение на конденсаторе, а значит и на выходе линейно возрастает. При поступлении на базу положительного импульса транзистор открывается, и конденсатор быстро разряжается через его малое сопротивление, чем обеспечивается быстрое уменьшение выходного напряжения до нуля – обратный ход.

ГЛИН применяются в устройствах развертки луча в ЭЛТ, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) и других преобразовательных устройствах.

Рисунок 6 – а) Простейшая схема для формирования линейно изменяющегося напряжения б) Временная диаграмма импульсов пилообразной формы.

Вопрос 27

Счетчик - это устройство, которое служит для отслеживания количества каких-либо событий .
Счетчик - это автомат, служащий для учета количества событий .

Счетчик (Сч) - последовательностная схема, преобразующая поступающие на вход импульсы в код Q, пропорциональный их количеству. Большинство счетчиков снабжено выходом переноса CR. Для двоичного и двоично-десятичного кода, как впрочем и для других систем счисления, справедливы следующие соотношения:

Q = (D + SUM(C)) mod M

CR = (D + SUM(C)) \ M

В этих формулах: Q - код на выходах счетчика, D - начальное значение записанное в счетчик, SUM(C) - сумма импульсов поступивших на вход в процессе счета и M - модуль счета или число различных состояний счетчика (число импульсов поступивших на счетный вход, после которых счетчик возвращается в исходное состояние), CR - число импульсов переноса, возникающих при возврате счетчика в исходное состояние на одноименном выходе, mod - операция нахождения остатка при делении на M, \ - операция целочисленного деления . Если D = 0 и SUM(C) < M, то очевидно, что Q = SUM(C) и CR = 0. C приходом каждого M-ного импульса счетчик возвращается в исходное состояние. Пример: пусть D =17, SUM(C) = 9, M = 8, тогда Q = 26 mod 8 = 2, а CR = 3.

Счетчики выполняются на триггерах со счетным входом (T-триггерах). По способу счета Сч могут быть суммирующие, вычитающие и реверсивные, т.е. изменяющие направление счета. По способу переключения триггеров делятся на асинхронные и синхронные. В асинхронных счетчиках триггеры переключаются последовательно (асинхронно) от разряда к разряду, а в синхронных одновременно. Один Т-триггер обеспечивает модуль счета М = 2, а n триггеров дадут М = 2^n. При суммировании импульсов необходимо формировать перенос из i-го в (i+1)-ый разряд по следующему правилу.

Правило 1: перенос CR из i-го в (i+1)-ый разряд формируется, если во всех разрядах с i-го по 0-й записана максимальная для данной системы счисления цифра, при этом разряды младше (i+1)-го обнуляются.

Q i+1 i..0 Q i+1 i..00 9999 0 1111 1--->| DEC + 1 BIN + 1 | отрицательный-------- -------- | перепад 1 0000 1 0000 |--->0

На прямых выходах триггеров этих разрядов Qi формируется отрицательный перепад ( см. рисунок), а на инверсных - положительный.

Отсюда вытекает правило 2:Если в Сч используются триггеры с прямым динамическим входом, то сигнал переноса в суммирующем счетчике снимается с инверсных выходов предыдущих триггеров, а если триггеры с инверсным динамическим входом, то сигнал переноса берется с прямых выходов.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1975; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!