8.2. ФОРМИРОВАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ

Все импульсные устройства цифровой схемотехники можно разделить на формирователи импульсов, одновибраторы (ОВ) и мультивибраторы. Формирователями называют логические устройства, для которых существует связь между амплитудно-временными параметрами входных и выходных сигналов. Одновибраторами (или ждущими мультивибраторами) называют спусковые регенеративные устройства, имеющие одио устойчивое состояние, которые в ответ на внешний импульс запуска генерируют однократный выходной импульс с заданными амплитудно-временными параметрами (амплитудой , длительностью ).

Рис. 8.10.

В цифровых устройствах одновибраторы выполняют функции таймеров, элементов задержки, формирователей импульсов и т. д. Мультивибраторы также являются регенеративными устройствами (с положительной обратной связью), но они устойчивых состояний равновесна и генерируют непрерывную серию импульсов с постоянными амплитудно-временными параметрами (амплитудой импульса частотой или периодом генерируемых колебаний, скважностью импульсов ).

Формирователи импульсов предназначены для выделения положительных и или отрицательных фронтов логических сигналов (детекторы фронта), приведения уровней случайного сигнала к стандартным логическим уровням (амплитудный дискриминатор), преобразования формы импульсов, расширения импульсов и т. д.

Детектор фронта (ДФ) импульсной последовательности должен сформировать на выходе короткий положительный или отрицательный импульс в момент соответствующего переключения логических уровней входного сигнала. На рис. 8.10 изображена схема детектора положительного фронта (ДПФ) на основе логических элементов . Элемент инвертирует входной сигнал и подает его на интегрирующую RС-цепь. Если на входе , то высокий уровень заряжает конденсатор С до напряжения . Входной сигнал является доминирующим для и на его выходе независимо от сохраняется уровень логической «1» .

По положительному фронту входного сигнала синхронно переключаются в уровни на выходах . Совпадение «1» на входах поддерживается в течение времени разряда конденсатора С от напряжения до . По мере разряда конденсатора через резистор R и выходную цепь напряжение U с экспоненциально падает с постоянной времени , где выходное сопротивление в состоянии на выходе. В момент напряжение достигает , и напряжение на выходе переключается и устанавливается Таким образом, формируется выходной импульс отрицательной полярности длительностью

Рис. 8.11.

После момента 12 разряд конденсатора продолжается, асимптотически стремясь к

где — входной ток при логическом на входе.

По отрицательному фронту входного сигнала переключается напряжением , восстанавливается заряд на конденсаторе С. Заряжается конденсатор выходным током элемента через резистор R (и диод VD, если он подключен) с постоянной времени Подключение диода VD ускоряет заряд конденсатора С и переход схемы в исходное состояние. Недостаток ДП (рис. 8.10) — наличие навесных компонентов . Этого недостатка лишеи формирователь (рис. 8.11, а), в котором длительность выходного импульса определяется временем задержки сигнала в логических элементах видно из временных диаграмм (рис. 8. 11, б), длительность выходного импульса при включении между входным и выходным элементами дополнительных инверторов

где — четное число.

Схема ДПФ (рис. 8 11) при удобна тем, что четыре элемента размещаются в одном корпусе серий 133, 155, 564.

Аналогично можно реализовать детектор отрицательного фронта (ДОФ) на логических элементах ИЛИ—НЕ (рис. 8.12,а).

Как и в схеме ДПФ важное значение имеет логическая функция только выходного элемента, а в качестве инверторов можно использовать как элементы НЕ, так и ИЛИ—НЕ, И-НЕ. Длительность выходного импульса ДОФ (рис. ) определяется соотношением

Рис. 8.12.

— выходное сопротивление элемента в состоянии логической «1» на выходе; — входной ток элемента в состоянии логического .

Для быстрого восстановления схемы ДОФ (рис. 8.12,а) резистор R шунтируют диодом VD, вследствие чего ускоряется разряд конденсатора С.

Рис. 8.13.

Длительность выходного импульса ДОФ (рис. 8.12,в) определяется соотношением (8.12).

На рис. 8.13 показана схема детектора как положительного, так и отрицательного фронта. На выходе элемента (рис. 8.13,а) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ отрицательный импульс формируется при совпадении логических уровней на его входах. Длительность импульса, формирующегося по положительному фронту, определяется соотношением (8.11), а по отрицательному — соотношением (8.13) с погрешностью, обусловленной задержкой логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Длительности выходных импульсов, формируемых по положительному и отрицательному фронтам (рис. 8.13,б), можно вырввнять подключением диодов и резистора (на рис. 8.13,в), имеющего сопротивление,

Схема ДФ рис. 8.13,в формирует по каждому фронту импульсы отрицательной полярности приблизительно одинаковой длительности, определяемой соотношением (8.12), причем различие длительностей тем меньше, чем больше т.

Часто на входе цифрового устройства необходим формирователь двухуровневого логического сигнала из случайного непрерывного входного сигнала. Для этого удобно воспользоваться стандартным трип ером Шмнтта или эквивалентной ему схемой на основе двух инверторов (рис. 8.14,а), охваченных параллельной положительной обратной связью через резистор .

Рис. 8.14.

Пороговые напряжения , регенеративного переключения полученного таким образом неинвертирующего триггера Шмитта

где - пороговое напряжение логического элемента — выходные уровни элемента в состоянии соответственно и «1». Получаемые из формулы (8.14) пороговые напряжения удовлетворяют условию , что определяет гнстерезисньш характер передаточной характеристики данного формирователя (рис. 8.14, 6).