Тема 5.5 Генератори імпульсних сигналів

 

Генеартори імпульсів – це пристрої, які перетворюють енергію постійного струму в енергію імпульсів, й призначені для забезпечення імпульсного режиму систем (в тому числі, цифрових), в якому короткочасна дія сигналу змінюється паузою. Такий режим характеризується:

- значною потужністю сигналу порівняно з потужністю пристрою;

- зменшенням температурного параметричного впливу;

- збільшенням пропускної спроможності та підвищенням завадостійкості;

- збільшенням точності сигналу та надійності роботи

Релаксаційні генератори – це пристрої, форма вихідної напруги яких різко відрізняється від синусоїдальної.

В основі роботи релаксаційних генераторів лежить періодичне накоплення енергії від джерела постійного струму у ємності або індуктивності та виділення її у вигляді теплоти на резисторах схеми. Переключення з процесу накоплення на процес виділення здійснюється за допомогою ключового пристрою, який спрацьовує у той момент коли в накоплювачі досягнуто заданого рівня енергії (напруги).

Керування ключовим пристроєм здійснюється за допомогою додатного зворотного зв'язку (ДЗЗ). Як накоплювач найчастіше використовують конденсатор, а функцію ключа – аперіодичний підсилювач, який працює в режимі переключення.

До релаксаційних генераторів відносяться: мультивібратори, генератори пилкоподібних імпульсів, блокінг генератори.

Мультивібратори – це генератори релаксаційного типу з прямокутною формою імпульсів, які широко використовуються як задавальні генератори в системах керування.

Мультивібратори працюють у трьох основних режимах: автоколивальному, чекаючому, синхронізуючому.

Автоколивальний – мультивібратор має два квазісталих (нестійких) стани рівноваги і переходить із одного стану в інший автоматично під впливом внутрішніх перехідних процесів.

Чекаючий (режим очікування) – має один сталий і один квазісталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить у квазісталий під дією зовнішнього електричного сигналу.

Синхронізуючий – використовується мультивібратор в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для нормальної роботи у цьому режимі необхідно. щоб частота синхронізуючого сигналу перевищувала частоту власних коливань.

Мультивібратори переважно реалізуються на операційному підсилювачі DA1 (рис. 5.12, а), містять часозадавальну ланку R₁ - R₂ - C₁ та ланку ДЗЗ R₃ – R₄. Наявність цього зв'язку та діодів VD1 і VD2 забезпечцує під час увімкненя мультивібратора переведення операційного підсилювача DA1 у стан із граничним значенням вихідної напруги (рис.5.12,б) додатної полярності (U⁺ _{вих.макс}) чи від'ємної полярності (U^- _{вих.макс}).

Період перемикань Т = t _{і м} + t _п визначається параметрами схеми

Т = ( R ₁ + R ₂ ) С ln (1+2 R ₃ / R ₄ ).

Діоди VDІ, VD2 виконують функцію порогових елементів й використовуються для покращення форми вихідної напруги мультивібратора. Опір резистора R ₁ визначає тривалість імпульсу (додатне значення вихідної напруги)

t _{і м} = R₁ С ln (1+2 R ₃ / R ₄ ),

а опір резистора R ₂ – тривалість паузи (від'ємне значення вихідної напруги)

 t _п = R ₂ С ln (1+2 R ₃ / R ₄ ).

Рисунок 5.12 – Схема (а) та часові діаграми (б) мультивібратора

 

Широко використовуються схеми мультивібраторів, в яких опори R ₁ і R ₂ є однаковими, що забезпечує t _{і м} = t _п. Такі мультивібратори називають симетричними.

Одновібратори – це генератори прямокутних імпульсів, які працюють в очікувальному режимі. Такий режим характеризується стійким і квазістійким станами рівноваги. Перехід із стійкого до квазісталого стану здійснюється за наявності зовнішнього імпульсу, який називають запускальним. Формується прямокутний імпульс заданої тривалості, що визначається часом дії запускального імпульсу.

На рис.5.13,а показано схему одновібратора, виконаного на базі операційного підсилювача, який працює в режимі компаратора.

Тривалість імпульсу t _{і м} визначається параметрами схеми

t _{і м} = R С ln (1+2 R ₁ / R ₂ ).

 Подання наступного імпульса можливе за умови повного розряженя конденсатора, який визначається часом відновлення t _від     

t _відн = R С ln ((2 R ₁ + R ₂ )/( R ₁ + R ₂)),

тобто повинна забезпечуватись часова тотжність

t ₂ – t ₁ ≥ t _ім + t _відн .

Приклади по розділу

Задача 5.1. Розрахувати параметри транзисторного ключа (рис.5.3,а) , якщо напруга джерела живлення U = 40 B, потужність Р_н = 40 Вт та напруга навантаження U _н = 30 В. Період сигналу керування ключем  T = 1 мкс.

Розв'язок: Визначаємо струм навантаження І_н = Р_н / U _н = 1,33 А.

За струмом навантаження та напругою джерела живлення вибираємо транзистор за умовами І_к.доп ≥ І_н . Таким умовам задовольняє транзистор КТ814Б: І_к.доп = 1,5 А; U _КЕ.доп = 50 В; Р_к.доп = 10 Вт; h ₂₁ = 40, f _гр = 3 МГц ; U _КЕ.нас = 0,6 В.

Визначаємо струм насичення бази транзистора за виразом

 І_Б.нас = S _н Р_н / U _н h _21Е = 1,2∙40 /30∙40 = 0,04 А,

де S _н Р – коефіцієнт насичення струму бази.

Час увімкнення та час вимкнення транзистора визначаємо як

t_ув = t_вим = 1/4f_гр = 83,3 нс.

Перевіряємо транзистор на можливість розсіювання колектором виділеної потужності за виразом

ТР_к.доп > U _КЕ.нас І_к ( Т- t _ув - t _вим ) + 0,5 U І_К ( t _ув + t _вим )

 10∙10^-6 > 5,1∙10^-6.

Отже, вибраний транзистор задовольняє цієї умові.

 

Задача 5.2. Визначити значення логічної функції на виході логічного елемента І-НЕ з двома входами, якщо на ці входи подано логічні величини х₁ = 0, х₂ = 0.

Розв'язок: Відповідно до таблиці істинності логічного елемента І, якщо на його входах сигнали, які відповідають логічному нулю, то на виході теж буде логічний нуль. А згідно з таблицею істинності логічного елемента НЕ, якщо на його вході сигнал логічного нуля, то на виході отримуємо сигнал логічної одиниці. Отже, для заданих вхідних сигналів на виході логічного елемента І-НЕ буде логічна одиниця.

 

Задача 5.3. Визначити стан прямого виходу Q  асинхронного RS- тригера на елементах АБО-НЕ, якщо на вхід S подано сигнал логічного нуля, а на вхід R подано сигнал логічної одиниці.

Розв'язок: Оскільки на вхід R асинхронного RS- тригера на елементах АБО-НЕ подано сигнал логічної одиниці, то на прямому виході Q матимемо сигнал логічного нуля. Як видно зі схеми асинхронного RS- тригера на елементах АБО-НЕ, вхід R є входом елемента АБО-НЕ, входом якого є прямий вихід Q тригера. Тому, у випадку сигналу логічної одиниці на одному з входів елемента АБО-НЕ на виході цього елемента, завжди буде логічний нуль. Отже стан прямого виходу асинхронного RS- тригера відповідає логічному нулю.

 

Задача 5.4. Генератор імпульсів генерує сигнали, період яких Т = 5 мкс, а тривалість імпульсу - t _{і м} = 2 мкс. Визначити шпаруватість імпульсів генератора.

 Розв'язок: Шпаруватість імпульсів визначається за виразом q = T /t _{і м} = 2,5,

де t _{і м} – тривалість імпульсу; Т – період імпульсу.

 

Запитання для самоперевірки

1 В чому полягає поняття електронний ключ?

2 Подати особливості роботи транзисторного ключа в стані відсіку та насичення.

3 За якими параметрами здійснюється вибір транзисторного ключа?

4 Поясніть поняття логічних величин (логічний нуль та логічна одиниця).

5 Назвіть основні логічні функції та елементи, які їх реалізують.

6 Запишіть таблицю істинності логічної функції АБО.

7 Поясніть принци роботи логічного елемента НЕ на базі транзисторного ключа.

8 Запишіть таблицю істинності логічної функції І.

9 Подайте особливості роботи діодної схеми реалізації логічної операції АБО.

10 Що таке складні логічні елементи?

11 У чому особливість схем ТТЛ.

12 У чому полягає особливість тригерних схем?

13 Яка відмінність між асинхронними і синхронними тригерами?

14 Назвіть основні типи тригерів.

15 Як розуміти одиничний і нульовий вхід тригера?

16 Поясніть відмінність між RS- тригером і JK- тригером.

17 Назвіть основні параметри імпульсу.

18 На чому базується принцип роботи релаксаційного генератора?

19 Які особливості застосування операційних підсилювачів в генераторах імпульсів?

20 Чим визначається тривалість імпульсів?

21 Яка відміність між симетричними і несиметричними мультивібраторами?

22 Поясніть принцип роботи одновібратора на операційному підсилювачі.

23 Яка умова накладається на подання імпульсу запускання одновібратора?

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: