3. Формирование импульсов rc-цепями

В импульсной технике для формирования сигналов различной формы широко применяются RC-цепи, состоящие из резистора R и конденсатора С. RC-цепь, включенную таким образом, что выходное напряжение снимается с резистора, называют дифференцирующей (укорачивающей). Если выходное напряжение снимается с конденсатора, ее называют интегрирующей (удлиняющей).

1. Дифференцирующая rc-цепь

Дифференцирующая цепь служит для формирования коротких разнополярных импульсов напряжения заданной формы. Схема цепи и эпюры напряжений приведены на рис. 8.6.

Напряжение на выходе такой цепи определяется уравнением

(8.8)

где  = RC – постоянная времени электрической цепи, с.

При появлении входного прямоугольного импульса u_вх = E напряжение на конденсаторе u_С = 0, а напряжение на резисторе u_С = u_вх = E. В цепи начинает протекать ток, который заряжает конденсатор до величины входного напряжения, при этом напряжение на выходе будет уменьшаться до нуля. После окончания входного импульса конденсатор разряжается через резистор R, при этом полярность напряжения на выходе схемы противоположна полярности входного импульса.

Таким образом, при дифференцировании однополярного импульса на выходе дифференцирующей цепи образуется двуполярный импульс.

2. Интегрирующая rc-цепь

Интегрирующая цепь (рис.8.7) предназначена для получения выходного напряжения пропорционального интегралу входного напряжения, удлинения импульсов, получения линейно изменяющихся импульсов и в общем случае описывается уравнением

.

(8.9)

При появлении входного прямоугольного импульса u_вх = E напряжение на конденсаторе u_С = 0, а ток заряда i_з равен максимальному значению. При протекании зарядного тока через конденсатор напряжение на нем увеличивается по экспоненциальному закону и через время t = 3 достигает значения Е.

После окончания входного импульса начинается разряд конденсатора, в результате которого напряжение на конденсаторе по экспоненциальному закону спадает до нуля.

Таким образом, происходит увеличение длительностей фронта, среза и самого импульса.

4. Логические элементы

Логические элементы представляют собой электронные схемы, выпускаемые, как правило, в интегральном исполнении в виде микросхем и воспроизводящие логические функции с величинами, которые могут принимать только два значения: логическую единицу «1» и логический нуль «0».

Логической «1» соответствует высокое напряжение, а логическому «0» –низкое напряжение, которые «привязаны» к уровню напряжения питания. Элементы, выполненные на базе биполярных транзисторов имеют напряжение питания U_пит = 5 В. Напряжение высокого уровня для них составляет U¹ ≥ 2,4 В, низкого уровня – U⁰ ≤ 0,4 В. Элементы на базе МДП-транзистров имеют напряжение питания U_пит = 9…15 В, для них напряжение высокого уровня составляет U¹ ≥ 0,7 U_пит, низкого уровня – U⁰ ≤ 0,3 U_пит.

С помощью логических «1» и «0» образована двоичная система счисления, которая благодаря своей простоте используется в цифровых схемах. Данные в этой системе представляются двоичными числами – битами. 1 бит равен либо логической «1» либо логическому «0». 8 бит образуют один байт.

Каждое значение дискретного сигнала можно представить числом, т.е. закодировать и получить код сигнала. Вместо преобразования или передачи конкретных сигналов эти операции в устройствах цифровой техники могут быть выполнены над их кодами.

Математическим аппаратом для описания логических операций служит алгебра логики (булева алгебра), которая изучает связь между переменными, принимающими только два («0», «1») значения.