40. Формирователь коротких импульсов на интегрирующей rc-цепи.

RC цепи широко применяются в импульсной технике для формирования сигналов различной формы. RC-цепь – это цепь, состоящая из сопротивления R и конденсатора С. Постоянная времени этой цепи определяется как t = RC. В зависимости от сочетания соединений RС цепь может выполнять функцию как укорачивающей, так и удлиняющей цепи. Формирователь импульса с удлиняющей RC цепью и его временные диаграммы приведены на рис. 4.4, а, б соответственно.

Рис. 4.4

 

Длительность выработанного формирователем импульса можно вычислить исходя из условия разряда конденсатора С. Действительно, пока конденсатор С разряжается до уровня порогового напряжения U_пор, напряжение U₂ воспринимается элементом Э₂ как уровень логической «1» и на его выходе поддерживается «0». С течением времени t_и напряжение на конденсаторе С становится равным U_пор и на выходе элемента Э₂ появится «1». Если считать, что напряжение до начала разряда на конденсаторе было равно напряжению уровня «1», т. е. U¹, то изменение напряжения U_с с течением времени можно представить как

,

отсюда имеем

.

 

Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до порогового значения U_пор:

.

 

Для ускоренного восстановления заряда конденсатора в схему может быть включен дополнительный диод D₁ (рис. 4.4, а). Из-за большого обратного сопротивления диода его влияние в процесс разряда конденсатора можно не учитывать, т.е. разряд конденсатора будет осуществляться только через сопротивление R.

В тех случаях, когда требуется получить импульсы большой длительности и в схеме используется конденсатор большой ёмкости, то последовательно с диодом включают дополнительное сопротивление R_доб, ограничивающее ток заряда конденсатора. Величину сопротивления R выбирают исходя из следующих условий:

• во-первых, величина сопротивления R не должна превышать максимально допустимого значения, при котором на этом сопротивлении за счет обратного входного тока элемента логики может создаться напряжение, сравнимое с напряжением U_пор (для элементов ТТЛ структуры максимальное значение R_мак = 2,2 кОм);

• во-вторых, минимальное значение сопротивления ограничено допустимой нагрузочной способностью логического элемента Э₁ и определяется как

 

где U¹ – напряжение на выходе элемента Э₁ в состоянии логической «1»; n – коэффициент разветвления (нагрузочная способность) выхода логического элемента; I_вх – входной ток одного элемента.

Номинал добавочного сопротивления имеет ограничение «снизу», и определяется из условия

,

 

где U_прD1 – прямое падение напряжения на диоде D1; I¹_доп – допустимый выходной ток элемента Э₁ в состоянии логической «1».

Вопрос 41. Формирователь длинных импульсов (одновибратор)

Обычное назначение ждущего мультивибратора получение одиночного импульса заданной длительности. Отсчет длительности импульса начинается от фронта (или уровня) специального запускающего импульса. Для того, чтобы перейти от схемы автоколебательного к схеме ждущего мультивибратора, необходимо ввести дополнительно цепь запуска и цепь торможения•. Схема одновибратора приведена на рис. 34а.

Рис. 34. Схема одновибратора (а) и временнaя диаграмма его работы (б)

     Если выходное напряжение ОУ отрицательное максимальное, то диод VD1 открыт, и напряжение на времязадающем конденсаторе u_c небольшое отрицательное, равное примерно 0,5 В. При правильном выборе параметров схемы напряжение на неинвертирующем входе ОУ

,

    поэтому при отсутствии запускающего импульса U_зап схема находится в устойчивом состоянии. По приходе положительного запускающего импульса достаточной амплитуды операционный усилитель за счет положительной обратной связи переключается в такое состояние, при котором его выходное напряжение равно +U_м. Диод VD2 закрывается и на р-входе ОУ устанавливается напряжение U_п, определяемое выражением (37). К времязадающей цепи RC теперь приложено напряжение +U_м, под действием которого закрывается диод VD2 и начинается заряд конденсатора С. Когда, спустя время t₁, напряжение u_c достигнет порога U_п, операционный усилитель переключится и вернется в первоначальное состояние. Конденсатор С начнет разряжаться и, спустя промежуток времени t_р, называемый временем релаксации, напряжение u_c станет отрицательным, диод VD1 откроется и цикл закончится.

    Процессы в схеме описываются тем же уравнением (38), но начальное условие иное, и его решение для одновибратора имеет вид:

u_c(t) = U_M - (U_M + U_Д)e^-t/RC,

где U_Д падение напряжения на открытом диоде VD1. Отсюда по условию u_c(t₁) = U_п найдем длительность импульса одновибратора:

t₁ = RCln{[1 + (R₁/R₂)][1 + (U_Д/U_М)]}.

    Из последнего выражения видно, что длительность импульса одновибратора зависит от выходного напряжения насыщения ОУ, которое, в свою очередь определяется напряжением питания. Другим недостатком рассмотренной схемы является значительное время релаксации, в течение которого на одновибратор нельзя подавать запускающий импульс (иначе будет сокращена длительность выходного импульса). Эти недостатки отсутствуют у одновибратора, выполненного на специализированных ИМС, называемых аналоговыми таймерами.