3.4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ RС-ЦЕПЕЙ

При создании импульсных устройств, генерирующих или преобразующих различные импульсные сигналы, необходимо формирование временных интервалов, определяющих длительности импульсов, ними, частоту повторения импульсов и т. п. Эта задача решается с помощью времязадающих цепей, содержащих линейные реактивные элементы а нередко и нелинейные реактивные элементы (например, нелинейные . В таких цепях ток или напряжение при переходном процессе изменяются с определенной скоростью. Мы знаем (§ 1.9), что магнитные элементы в составе ИМС невыполнимы, поэтому в качестве времязадающих цепей используют главным образом более простые и надежные цепи с резисторами и конденсаторами, т. е. -цепи.

Рассмотрим два характерных способа включения -цепей.

3.4.1. Дифференцирующие (или укорачивающие) цепи. Схема дифференцирующей цепи приведена на рис. 3.11, а. На вход схемы подключен источник прямоугольных импульсов . В качестве примера рассмотрим работу цепи от источника двухполярных импульсов. Временные диаграммы токов и напряжений в схеме приведены на рис. . В момент напряжение меняется скачком на величину . Напряжение на конденсаторе скачком измениться не может, поэтому в нагрузку передается скачок напряжения . Затем начинается заряд конденсатора напряжением через резистор R и напряжение на С изменяется по экспоненте. Напряжение . По мере заряда конденсатора ивых экспоненциально спадает к нулю.

Рис. 3.11. Дифференцирующая цепь (а) и временные диаграммы токов и напряжений в дифференцирующей цепи (б)

В момент напряжение изменяется скачком. Скачок входного напряжения передается на выход цепи . Затем начинается разряд конденсатора С до напряжения через резистор R. Начальное напряжение на конденсаторе . Таким образом, на резисторе R формируются разнополярные экспоненциально спадающие импульсы, фронт которых соответствует фронту и срезу импульсов . Длительность этих импульсов зависит от постоянной времени и может быть оценена . При малой постоянной времени напряжение ивых соответствует значению производной .

Часто на выходе используют только один из импульсов напряжения . Для этого схема рис. 3.11 дополняется диодом, показанным пунктиром, а напряжение иъяк для этого случая приведено на рис. 3.11, б.

Дифференцирующие цепи находят широкое применение в импульсных устройствах при необходимости фиксации моментов фронта и среза, а также для укорочения импульсов.

3.4.2. Интегрирующие цепи. Знакомая нам RC-цепь может быть включена иным образом, показанным на рис. 3.12, а, при этом . Рассмотрим процессы в RC-цепи при замыкании в момент ключа, присоединяющего к ней источник постоянного напряжения Е.

Процесс заряда конденсатора описывается дифференциальным уравнением, хорошо известным из курса ТОЭ:

Его решение имеет вид

где — напряжение на конденсаторе в момент — постоянная времени цепи. Напряжение на конденсаторе экспоненциально растет, соответствуя накоплению заряда (интегрированию тока), (рис. ).

Рис. 3.12. Схема использования интегрирующей цепи в формирователях временных интервалов (а), временные диаграммы напряжении (б)

В импульсных устройствах цепь рис. 3.12, а часто снабжается компаратором К, на второй вход которого подано напряжение . В момент и компаратор срабатывает. Импульсный узел рис. 3.12 формирует временной интервал между моментом замыкания ключа (момент ) и моментом срабатывания компаратора . Интервал зависит от значений Е, . В момент уравнение (3.8) записывается в виде

Логарифмирование этого выражения позволяет найти длительность интервала

Процесс формирования интервала с помощью RC-цепи и компаратора лежит в основе многочисленных импульсных устройств (мультивибраторов, одновибраторов и др.).

Существует множество вариантов решений одних и тех же импульсных функциональных узлов на транзисторах, полевых транзисторах, разнообразных ИМС и т. д. Ниже остановимся на нескольких решениях этих узлов, выполненных на ИМС. Несмотря на разнообразие других схемных решений, процессы в них могут быть сведены к рассмотренным выше переходным процессам в интегрирующих -цепях (см. рис. 3.12). Широко применяются в импульсной технике и интеграторы (см. § 2.12 и 3.7).