9.05. Управление цифровой логикой от компараторов и операционных усилителей

Компараторы и операционные усилители, наряду с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), являются обычными устройствами ввода, с помощью которых аналоговые сигналы могут управлять цифровыми схемами. На рис. 9.11 показано несколько примеров. В первой схеме компаратор управляет ТТЛ непосредственно. Большинство компараторов содержат выходной -транзистор с открытым коллектором и заземленным эмиттером, поэтому остается только добавить нагрузочный резистор, подключенный к . Аналогичную схему можно использовать и для КМОП, подключая резистор к . Использование двуполярного источника для питания компаратора совсем не обязательно; многие из них предназначены для работы с одним источником заземлено), а некоторые будут работать даже с одним источником питания 5 В (например, элементы 311, 339, 393 или 372/4).

На второй схеме показан способ управления КМОП-логикой от операционного усилителя с использованием только последовательно включенного токоограничивающего резистора. Диоды защиты входов элементов КМОП образуют эффективные фиксаторы уровней и земли, благодаря чему входной ток не превышает . В третьей схеме операционный усилитель переводит -транзистор в насыщение, обеспечивая возможность управления нагрузкой ТТЛ; диод служит для предотвращения пробоя перехода база-эмиттер в обратном направлении . В этой схеме и можно исключить, заменяя одновременно -транзистор на -канальный МОП-транзистор. Последнюю схему мы особенно не рекомендуем, но она вполне работоспособна.

Рис. 9.11. Управление логикой от компараторов и операционных усилителей.

Фиксирующий диод на входе -элемента ограничивает отрицательный перепад до величины падения на диоде ниже земли, а внешний диод ограничивает положительный перепад. Последовательно включенный резистор предотвращает повреждение схемы, когда на входном транзисторе ТТЛ появляется напряжение обратного пробоя база-эмиттер. Величина резистора выбирается достаточно малой для того, чтобы отвести входной ток на низком уровне ТТЛ, когда на выходе операционного усилителя появится отрицательное напряжение в несколько вольт.

Рис. 9.12. Пороговый детектор с гистерезисом.

Тактовые входы. Гистерезис.

Общее замечание относительно управления цифровой логикой от операционных усилителей. Не пытайтесь управлять тактовыми входами с помощью приведенных выше схем; длительность перехода довольно большая и, когда входной сигнал проходит через напряжение логического порога, в вашей схеме могут появиться выбросы. Если возникает необходимость управлять тактирующими входами (триггеров, сдвиговых регистров, счетчиков, одновибраторов и т. п.), лучше всего использовать компаратор с гистерезисом или поставить на входе вентиль с триггером Шмитта (или любой другой элемент такого типа). Аналогичное замечание относится и к сигналам от транзисторных аналоговых схем. Обратимся к рис. 9.12. Величину резистора выбирают таким образом, чтобы гистерезис составлял .

Параллельно резистору обратной связи включен небольшой конденсатор , который обеспечивает необходимую скорость переходов и предотвращает появление многократных импульсов при пересечении порога (элемент 311 особенно склонен к этому). Для предотвращения выбросов на входе опорного напряжения важную роль играет конденсатор развязки . Во многих случаях опорное напряжение равно нулю и тогда можно не ставить.