книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике
..pdfВ соответствии с временными диаграммами напряжений работы ГИБС (рис. 9.16, 6 } Параметры его выходных импульсов определяются выражениями
|
|
|
|
|
*И |
— |
*13 |
* 12 = |
*40 |
*45» |
|
||
|
|
|
|
|
^ |
= |
*12 + |
*24 |
= |
*24 |
+ *45» |
|
|
|
Q = Г//„ = |
(*12 + |
*24)/(*13 ^ |
*12) = |
(*2 4 |
+ *4б)/(*4б - * 45) » |
(9.36) |
||||||
Г Д е * f 2 ^ *1 3 |
^ Т |
*В» |
*4 5 |
^ |
*46 |
^ |
^ “ “ |
*В* |
|
|
и |
определяются по аналогии с соот |
|
Длительности временных интервалов / 12 = |
|
||||||||||||
ношениями |
(9.9), |
(9.10) |
при |
Я ^ Я ВЫХ и (9.11) |
при |
# Х Я вых Для Длительностей tttl |
и /и2 импульсов мультивибратора на ИЛЭ типа КМОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ
|
|
Я х:_. |
. |
Я2 |
\ |
л. |
<12= (Я21|Я‘ых+ ^) С, ,п[-Ц Ях + Я‘ых |
R>+RLX ) |
J* |
||||
<21= (Я111^ых+ Я2)С11пГ-1(( |
я.- |
I- |
-*■ |
\ |
л |
|
|
1 ^ 1 + Явых |
|
я2+ я ' ых) |
|
||
npa/?i, Я2 да Я 'ых; |
|
|
|
|
|
|
<ха « |
R i ^ i 1п (2 - V)/Y; |
ta <=>R2Ci In (2 |
- Y)/v |
|
(9.38)- |
|
при Rit R2» ^?вЫК, где |
Y = ^п/£вых- |
|
|
|
|
|
Для определения длительности интерва ла / 13 = t4Q и времени восстановления исход ного состояния /в в ГИБС воспользуемся формулами для выходных параметров затор моженного мультивибратора на ИЛЭ типа КМОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ. Тогда, по аналогии с соотношением (9.29) при
#я ^ /?дЫХ и с выражениями (9.25), (9.26) при
Яз > Я ;ых. находим
|
<13 = |
<4 . = |
( R з + |
О |
1п |
( Я з + |
O |
l ; |
|
||
<В= |
*L*C2 In [ ( < |
- |
t/n)/(0, К /п -0 , l O |
= |
Я‘ыхСг In 10 |
(9.39) |
|||||
при R3(=>R'Bm, |
где |
</®х = |
4 |
ыхЯ3/(Яз + |
Я‘ых); |
|
|
|
|
||
|
*1 3 |
= *46 ^ |
Я з С 2 In {( 1 / Y) [ ^ |
з /(/?3 + |
R ) "Ь |
Ш » |
|
||||
*в ^ R'C2 In [(U°DX- |
и п)/(0,\ип - |
0, l O |
l = |
Я |
1п 10 |
Р '40) |
231
при Rs » /?'Ых. |
где |
= £ пых^з/(Лз + /О ; R' ~ |
сопротивление дополнительного |
||
резистора, включаемого последовательно с диодом VD3 для устранения перенапряжения |
|||||
ИЛЭ DD1.4 по входу. |
равенстве всех времязадающих |
элементов |
ВЗЦ R i= |
R2 = Rз» |
|
Например, |
прй |
||||
Ci = С2 = С параметры выходной последовательности |
ГИБС на |
ИЛЭ типа |
КМОП в |
соответствии с расчетными соотношениями (9.36), (9.37) — (9.40) определяются выраже
ниями (предположим* что |
R > /?ВЬ1Х) |
|
|
/„ |
RC In 2/(2 — у); |
Т & 2RC In (2 — у) /у; |
|
Q = |
7У/И= [2 In (2 - |
у)/у]/[1и 2 / ( 2 - у)], |
(9.41) |
где у ^п/^вых#
При типовых значениях Un и £ 1ВЬ1Хдля ИЛЭ типа КМОП (см. табл. 9.1) у = 0,625,
тогда из выражений (9.41) следует: /и *=* 0,37RC\ Т ^ 1,67?С; Q ^ 4.
Минимальная длительность tn и максимальная скважность О ГИБС ограничены быстродействием ИЛЭ DD1.5 и нестабильностью длительностей временных интервалов
12 Аналогично выполняется ГИБС и на ИЛЭ ИЛИ—НЕ типа МОП с перезарядом кон денсаторов ВЗЦ (рис. 9.17, а и б). ГИБС содержит автоколебательный мультивибратор на основе R 5-триггера с прямыми входами (ИЛЭ DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4) с ВЗЦ вида 4 (R2, R l, CU VD1, VD2) и схемой автоуправляемого смещения на ИЛЭ DDJ.5 для обеспечения мягкого режима возбуждения; заторможенный мультивибратор на
------- t
1 1 ^ 7
Г
=т=#
основе другого /?5-триггера с прямыми |
|
1*7 *2 _ |
|||
|
и ж п з г г |
||||
входами |
(ИЛЭ |
DD2.1, |
DD2.2, DD2.3, |
|
|
DD2.4) |
с ВЗЦ |
вида 4 |
(tf3, С2, VD3 ) ; |
Яш |
|
схему совпадения для единичных уровней |
|
S |
|||
напряжения выходных импульсов мульти |
|
Рис. 9.17 |
вибраторов (ИЛЭ DD2.5).
Согласно временным диаграммам напряжений, параметры выходных импульсов ГИБС на ИЛЭ типа МОП определяются аналогично параметрам ГИБС на ИЛЭ типа КМОП из соотношений (9.36). Длительности временных интервалов t\2= /,,5 и / 24 на ходятся подобно длительностям tщ и / Н2 выходных импульсов автоколебательного муль тивибратора на ИЛЭ типа МОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ (см. рис. 9.9, а), для чего в выражении (9.17) необходимо принять С = Ср Для определения длительности вре менного интервала и времени восстановления исходного состояния /в следует в выражениях (9.31), (9.32) для длительности выходного импульса и (9.33) для времени восстановления исходного состояния заторможенного мультивибратора (см. рис. 9 . 1 1 , в) принять С = С2, R — Я3.
232
Минимальная длительность |
и максимальная |
скважность выходных |
импульсов |
ГИБС на ИЛЭ типа МОП также ограничена быстродействием ИЛЭ DD2.5 и |
стабильно |
||
стью длительностей временных интервалов t12= |
6 и fa = fa. |
|
|
Помимо получения коротких |
импульсов с большой скважностью их следования, |
ГИБС на ИЛЭ типа МОП и КМОП могут применяться для формирования импульсных последовательностей с независимой регулировкой длительностей и периодов следованая. Для этого достаточно изменять длительность временного интервала fa = fa, формиру
емого заторможенным |
мультивибратором. Например, при изменении длительности fa |
||
в пределах t12 < |
fa < |
fa + |
fa — tB длительность выходных импульсов ГИБС изменя |
ется в диапазоне |
0 < |
/и < |
fa — *в при fa + fa = Т = const. |
6 . МНОГОФАЗНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИЛЭ ТИПОВ КМОП И МОП
При построении многофазных генераторов (МФГ) импульсов на ИЛЭ типа КМОП, как и однофазных мультивибраторов на таких элементах, следует применять ВЗЦ с пе резарядом конденсаторов относительно единичных уровней выходных напряжений ИЛЭ (ВЗЦ вида 5 в табл. 3.5). Например, в двухфазном генераторе импульсов на ИЛЭ И—НЕ типа КМОП с перезарядом конденсаторов ВЗЦ (рис. 9.18, а) ИЛЭ DD1.J, DD1.2, DD1.3 и DD1.4 включены по схемам /?5-триггеров с инверсными входами. Диоды VD1 и VD2, VD3 и VD4 обеспечивают перезаряд конденсаторов С1 и С2 через времязадающие резис торы R1 и R3, R2 и R4. Источники отрицательного зарядного напряжения (—£,) и (—Е2), (—Е3) и (—£ 4) вводятся для повышения стабильности частоты следования выход ных импульсов генератора и для обеспечения электронной регулировки его выходных параметров.
Работу генератора рассмотрим с помощью временных диаграмм напряжений (рис. 9.18, б) с момента времени, когда на выходе ИЛЭ DD1.1 первого триггера устано вился высокий уровень выходного напряжения (ивых1 при t = fa. При t > tf конденса
тор Cl перезаряжается в прямом направлении относительно уровня £/вх через выход
ИЛЭ DD1.1, диод VD1, резистор |
R1 и источник напряжения — Ef, а входное напря |
|||
жение авх3 ИЛЭ DD1.3 второго триггера при этом экспоненциально убывает с постоян |
||||
ной времени Tj от £ тах, стремясь |
к —-£* (ывх3 |
при * > /2). При ивх3 ^ Un |
переклю |
|
чается второй триггер, а на выходе ИЛЭ DD1.3 |
устанавливается |
единичный |
уровень |
|
выходного напряжения (нвых2 при |
/ = t2). При |
t > t2 конденсатор |
С2 перезаряжается |
в прямом направлении |
через выход ИЛЭ DD1.3, диод VD2, резистор R2 и источник — |
—Е2 с постоянной времени т2, а конденсатор С1 продолжает перезаряжаться до тех пор, |
|
пока напряжение ывх3 |
не достигнет нулевого уровня при / = t2 (точнее уровня — UD), |
после |
чего открывается |
демпфирующий диод на входе ИЛЭ DD1.3 и перезаряд конден |
||
сатора |
С1 прекращается. При достижении времязадающим напряжением |
ивх2, изменяю |
||
щимся по экспоненциальному закону с постоянной времени т2 |
от £ тах |
и стремящимся |
||
к —Е2, значения ивх2 = |
Un переключается первый триггер ( / = |
/3). Затем конденсатор |
С1 перезаряжается с постоянной времени х3 в обратном направлении, а под воздей ствием формируемого при этом времязадающего напряжения второй триггер возвраща ется в исходное состояние (авых2 при t = /4), после чего происходит перезаряд кон
денсатора С2 в обратном направлении с постоянной времени т4 и последующее пере
ключение в исходное состояние первого триггера (wBblxt при / = |
/б). |
Таким образом, в процессе последовательного перезаряда |
конденсаторов С1 и С2 |
в прямом и обратном направлениях и последующЪго поочередного переключения второго и первого триггеров на выходах последних формируются две последовательности прямо угольных импульсов, сдвинутые во времени (по фазе) на время /Дф перезаряда одного из
конденсаторов (при выбранном на рис. 9.18, б начале отсчета — на время перезаряда конденсатора С1 в прямом направлении) с параметрами
*и1 = |
*12 “ Ь *23» *н 2 = |
*2 3 “ Ь |
*34» |
|
Т = *12 + *23 + *34 + *46» |
*Дф = *12» |
|
||
Дф = |
*Дф11/*и1 == ^12ЗХ/(*12 + |
*2з)‘ |
(9.42) |
233
В соответствии с временными диаграммами напряжений длительность временного интервала, например /12, определяется (без учета UD и rD) подобно длительности затор
моженного мультивибратора на ИЛЭ типа КМОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ:
|
|
*11= |
Ti In (Яща* + |
*i)/(t/n + |
E d , |
|||
где |
= (R1+ Я3 || |
Сх; |
£,шах |
__ |
^ вх |
= |
F 1 |
*з_____ |
|
|
DUX |
|
АR2 хГ R1 А
V и
'k .m ci m i l
amt 4
T
Udbift
(9.43)
I_____ Rj
* 1 |
+ |
*вь |
A |
T |
A |
R4 |
x |
RJ |
T т |
|| |
T |
|
C2 m i l |
|
|
l |
- h |
H _№1.2 i 1_1W .4
Формула (9.43) применима при выбранных из условия £ тах < £/вх тах сопротив
лениях Я* и Я3 одного порядка с выходным сопротивлением ИЛЭ ЯвЫХ, что обеспечива ет нормальную работу ИЛЭ без перенапряжений по входам.
При Rit Ra > Явых выражение (9.43) преобразуется к виду
к 2 ** Ric i 1п [(2 + ЩШУ + |
(9.44) |
где Y = и п/Е'вых, щ =
В этом случае для устранения перенапряжения ИЛЭ по входам последовательно с диодами следует включать дополнительные резисторы Я '.
Так как цепи перезаряда конденсаторов С1 и С2 в прямом и обратном направлениях идентичны, то длительности остальных трех временных интервалов *2з> *з4 *къ определя ются аналогично длительности tl2-
234
При отсутствии дополнительных источников зарядных напряжений длительности временных интервалов (при R » Явых)
tu = |
In (2/v); t23 = Rtc 2 In (2/Y); |
tu = |
R ^ In (2/V); |
/« = |
In (2 /y). (9.45) |
||||
Амплитуда |
выходных импульсов |
генератора |
C/.„ v = Ej ^ R/jR + R 1^ ) |
или (/аых я |
|||||
** Е 'вых ПР“ R |
» |
^ВЫХ- |
|
|
|
|
|
|
|
Формулы |
(9.43) — (9.45) |
справедливы при выполнении |
условий |
4 ■—*2»*34 ^ |
|||||
> *3 — *» |
где, |
например, |
при |
# i » |
/?вЫХ, |
4 — 'а = * ic i ,п -^4 г ^ |
~ Ric i X |
Таким образом, формирование очередного временного интервала должно заканчи ваться после окончания перезаряда конденсатора, участвующего в формировании пре дыдущего интервала времени.
Изменением длительностей временных интервалов (времязадающих элементов ВЗЦ) в двухфазном генераторе на ИЛЭтипа КМОП регулируются фазовые соотношения и пара метры выходных импульсов. Электронную регулировку удобно производить изменением дополнительных зарядных напряжений (при их наличии). Как следует из соотношений
(9.42) — (9.44), изменением |
Е < регулируется фазовый сдвиг |
Д<р между выходными им |
|||||
пульсами, а при изменении |
E f = Е 2 = Е 3 = £ 4 |
— их частота следования при |
Д<р = |
||||
= |
const. При |
равенстве |
всех времязадающих |
элементов |
ВЗЦ foi = *иг = *и» |
Т = |
|
= |
2tu, *Дф = |
TL4, Дф = |
л/2 (рис. 9Л8, б). |
|
|
|
В МФГ на ИЛЭ И—НЕ типа МОП (рис. 9.18, в и г), в отличие от подобных генерато ров на ИЛЭ типа КМОП, в качестве ВЗЦ целесообразно использовать RC-цепи с переза рядом конденсаторов относительно нулевого уровня выходных напряжений ИЛЭ (ВЗЦ вида 4 в табл. 3.5).
Генератор собран на двух /?«S-триггерах с прямыми входами на ИЛЭ DDL1, DD1.2 и ИЛЭ DD1.3, DD1.4, к выходам каждого из которых подключена ВЗЦ с перезарядом конденсатора. ВЗЦ формируют четыре временных интервала fa, *23, *34» *4б и включены таким образом, что управляющие сигналы с выходов первой ВЗЦ (Rl, R2, Cl, VD!t VD2) по окончании формирования интервалов / j 2 и *23 поступают сначала на вход первого, а потом на вход второго триггеров, а с выходов второй ВЗЦ (R l, R2, C l, VD3, VD4) по окончании формирования интервалов t& и ^ g — сначала на вход второго, а затем на вход первого триггеров. Такое включение ВЗЦ обеспечивает формирование на выходах тригге ров (авых1 и ивых2 па РИс«9-18, а) двух импульсных последовательностей, у которых им
пульсы одной из них задержаны относительно импульсов другой на определенное и ре
гулируемое время /Дф. Параметры |
выходных импульсов генератора |
|
*И1 8=5 *12» *1 1 2 = ^ *3 4 5 |
*12 + *23 + *3 4 + *45» *Дф = * i 2 + *23* |
(9.46) |
Переключаются триггеры в генераторе под воздействием времязадающих напряже ний авх (1), изменяющихся в процессе перезаряда конденсаторов по экспоненциальным
законам от Emln и стремящихся к нулю (при отсутствии дополнительных разрядных на
пряжений) в моменты времени, когда ивх^ £/„. Длительности временных интервалов
*1 2 и *з4 определяются по аналогии с длительностями выходных импульсов заторможенных мультивибраторов на ИЛЭ типа МОП с перезарядом конденсаторов ВЗЦ (см. рис. 9.14, а), а длительности временных интервалов 123 и f4g — по аналогии с расчетными соотношения ми для длительностей выходных импульсов таких мультивибраторов в автоколебатель
ном режиме (см. рис. 9 .8 , а). Например, при R >
*122=2 |
^ (2/у)> *аз “ |
^ 2*^i I*11(2 |
— 7)/Vl* |
*з4 — R2P 2 ln (2/7)» |
|
*45 = |
^ 2 In 1(2 |
— v)/Yl. |
(9-47) |
где V
Временная задержка *Дф между выходными импульсами генератора регулируется
изменением длительности временного интервала /2з* Для устранения жесткого режима возбуждения МФГ на ИЛЭ типов МОП и КМОП
применяются меры, аналогичные для подобных однофазных автоколебательных мульти-
235
вибраторов. Например, на рис. 9.19, а показана принципиальная схема двухфазного ге нератора импульсов с регулируемой временной задержкой на ИЛЭ ИЛИ—НЕ типа КМОП (при [ис = 0 ), в котором для устранения жесткого режима возбуждения применены
схемы автоуправляемого смещения на ИЛЭ DD1.5 и DD2.5. На рис. 9.19, б изображена
принципиальная схема двухфазного ге нератора импульсов на ИЛЭ И—НЕ типа МОП с резисторными отрицатель ными обратными связями.
7. МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ НА ИЛЭ ТИПОВ КМОП И МОП
Основным дестабилизирующим фак тором, влияющим на стабильность вре менных параметров ИУ на ИЛЭ типов КМОП и МОП, являются флуктуации входных пороговых напряжений таких элементов (0 Пдля ИЛЭ типа КМОП и
£/„, U{n для ИЛЭ типа МОП, см.
рис. 9.1). Составляющая нестабильно сти, которую вносят в общую неста бильность изменения падений напряжения на открытых диодах, незначительна, ввиду
высоких логических перепадов выходных напряжений ИЛЭ типа КМОП (£вЫЗС» Uо)
и МОП (| £дЫХ| > UD). Для уменьшения влияния входных пороговых напряжений на
длительности выходных импульсов генераторов на ИЛЭ типа КМОП и МОП следует применять резисторные отрицательные обратные связи и транзисторные ВЗУ.
Метод стабилизации импульсных устройств на ИЛЭ типов КМОП и М ОП путем применения резисторных отрицательных обратных связей
Такой метод применяется для стабилизации ИУ на ИЛЭ с пассивными ВЗЦ. Роль пороговых (чувствительных) элементов в таких устройствах выполняют ИЛЭ со своими значениями входных пороговых напряжений. Стабильность длительностей временных интервалов определяется моментом переключения ИЛЭ при равенстве времязадаюшего напряжения, формируемого из выходного напряжения ИЛЭ с помощью времязадаюших /?С-цепей, и входного порогового напряжения ИЛЭ.
Таким образом, для повышения стабильности временных параметров ИУ на ИЛЭ типов КМОП и МОП необходимо обеспечить пропорциональное изменение выходных и
236
входных пороговых напряжений ИЛЭ при дестабилизирующих воздействиях. С этой целью в схемы ИУ вводят дополнительные ИЛЭ, охваченные резисторными отрицатель ными обратными связями по напряжению [17].
В стабилизированном указанным методом автоколебательном мультивибраторе на ИЛЭ И—НЕ типа КМОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ (рис. 9.20, а) конденсатор С перезаряжается через выходы дополнительно введенных инверторов на ИЛЭ DD1.3 и DD1.4, охваченных резисторными обратными связями. Последние подключены к вы ходам /^S-триггера на ИЛЭ DD1.1 и DD2.2 через коммутирующие диоды VD3 и VD4.
DD1.4 устанавливаются соответст
венно выходные напряжения нулевого и единичного уровней ( £ /вых3 и £/вых4).
При принятой на рис. 9.1, д аппроксимации передаточной характеристики ИЛЭ типа КМОП
|
И 2ы*з»0; |
|
|
(9.48) |
где К — коэффициент усиления ИЛЭ типа КМОП; |
Pj = RJ(Ri + |
R0) — коэффициент |
||
передачи звена резисторной обратной связи инвертора DD1.4 (Rg, |
я. » |
Диоды |
||
VD4 и VD2 закрыты, а диоды VD1 и VD3 открыты. В процессе перезаряда конденсатора |
||||
С в прямом направлении через выход инвертора DD1.4, диод VD1 и |
резистор |
R1 вход |
||
ное напряжение |
Wdx2 ИЛЭ DD1.2 экспоненциально уменьшается с постоянной времени |
|||
Tj от £ тах2 » стремясь к нулю (t > f* на рис. 9.20, б). |
|
|
||
При нвх2 ^ |
Un заканчивается формирование выходного импульса о длительно |
|||
стью /щ, триггер на ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 переключается, а инверторы DD1.3 и DD1.4 из |
||||
меняют свои состояния на противоположные ( f = |
t2)- Выходные напряжения |
инверто |
||
ров принимают значения |
|
|
|
|
|
и'шх3^ и аК / ( 1 + т ; |
U°Bhai^ 0 , |
|
(9.49) |
237
где р2 = |
RJ(R |
3 + R4) — коэффициент передачи звена резисторной обратной связи ин |
|
вертора |
DDLS |
(R3, |
> R Blых). |
При / > t2 конденсатор С перезаряжается в обратном направлении через выход ин вертора DD1.3, открытый диод VD2 и резистор R2, а входное напряжение ивх1 ИЛЭ
DD/.7 экспоненциально уменьшается с постоянной времени та от £ шах1> стремясь к нулю
(t > t2). Диоды VD3 и VD1 при этом закрыты.
Формирование выходного импульса с длительностью / и3 заканчивается при мвх1 <
<Цп после возвращения триггера и инверторов в исходные состояния. Длительности сформированных таким образом импульсов
*и1 = Tl |
[^max2^ n ]J |
*И2 = т 2 ln l^m axl^nh |
|
(9.50) |
|||
ГДе £ maxi = ^шах2 = |
^выхЗ “Ь ^вых4 |
|
|
|
|
|
|
После подстановки соотношений (9.48) и (9.49) в формулы (9.50) |
|
|
|||||
*И1 = |
+ ^вых) С1п 1 ( т + |
К Р 7 1 + |
/СРа |
" " К |
! |
5 |
|
|
|
L4 |
|
|
' |
J |
(9.51) |
< . - < * , + О |
с in [ ( т с т ? г + т г ж - - |
|
• |
||||
При выполнении |
условий |
K$i > 1 , /СР2 > 1 .. |
/?а > |
#вЫх> Яз |
= |
Ri> Ri = Rt |
и без учета разброса пареметров ИЛЭ типа КМОП расчетные соотношения (9.51) прини мают более простой вид:
tHl = RXC In (2N — 1); tH2 & R2C In (2N — 1), |
(9.52) |
где N = 1/Р; P = Pi = |
p2. |
Для стабилизации |
заторможенного мультивибратора, например на ИЛЭ ИЛИ—НЕ |
типа МОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ (см. рис. 9.14, г), в схему мультивибратора необходиго ввести два дополнительных инвертора на ИЛЭ ИЛИ—НЕ DDL4 и DD1.5, охваченных резисторными отрицательными обратными связями (рис. 9.20, в).
Стабилизирующее действие резисторная цепочка (Rl, R2 или R3, R4) обратной связи
оказывает при запертом коммутирующем диоде (VD2 или VD3) после |
появления |
единич |
ного напряжения на его катоде (выходе триггера на ИЛЭ DD1.2 и DDL3). Включенная |
||
обратная связь обеспечивает работу дополнительного инвертора |
(DD1.4 или |
DDL5) |
таким образом, что на его выходе устанавливается напряжение |
|
|
^ « г О с / а + К Р ) , |
|
(9.53) |
где К — коэффициент усиления ИЛЭ типа МОП; р —'коэффициент передачи звена обрат ной связи.
Конденсатор С перезаряжается в прямом направлении после переключения тригге ра входным запускающим импульсом (t = t± на рис. 9.20, г) через выход инвертора DD1.5 и резистор R . В обратном направлении, после возвращения триггера в исходное состоя ние (t= t2), конденсатор перезаряжается через выход инвертора D D /.4 и открытый диод VD1. Так как в прямом и обратном направлениях конденсатор перезаряжается через ста билизирующий инвертор, то длительность выходного импульса заторможенного мульти вибратора
|
'н = т1п (EmJ U n)Q = (R + R°Bhlx)C \n L \i+/C pf |
и°пК |
)4 |
(9.54) |
|
где Pi = |
‘ 1+/ер2 |
||||
R2/(Ri + |
Я2); Р2 = R3KR3 + # 4)* |
|
|
||
Предположив идентичность характеристик ИЛЭ типа |
МОП и положив R > |
вых* |
|||
/СР » 1, Pi = Р2 = |
Р, из выражения (9.54) находим |
|
|
||
|
|
|
|||
„ |
ил |
h ^ R C In 2N, |
|
|
(9 .5 5 ) |
где N = |
1/р. |
|
|
|
|
Таким образом, длительности выходных импульсов стабилизированных автоколеба тельного (рис. 9.20, а) и заторможенного (рис. 9.20, в) мультивибраторов при принятых предположениях не зависят от девиаций входных пороговых и выходных напряжений
ИЛЭ, а определяются только параметрами стабилизирующих резисторных обратны* связей н времязадающих элементов. 1 я
238
Стабилизация импульсных устройств на ИЛЭ типов КМОП и М ОП путем применения
транзисторных времязадающих устройств
Влияние входных пороговых и выходных напряжений ИЛЭ типа МОП и КМОП на временные параметры ИУ в значительной степени уменьшается при применении мостовых времязадающих .RC-цепей и управляющих транзисторов. ИЛЭ в этом случае переключа ются под воздействием перепадов напряжения с коллекторов управляющих транзисто ров в моменты равенства времязадающих и опорных напряжений. Времязадающие и
опорные напряжения сравниваются с помощью диодов или переходов биполярных транвисторов.
Опорное напряжение формируется резисторным делителем из напряжения источни ка питания микросхем или из единичного (нулевого для ИЛЭ типа МОП) выходного на
пряжения ИЛЭ. Исключение составляют двухконденсаторные ВЗЦ (ВЗЦ видов 3 и б в табл. 3.3), где сравниваются два ВЗН между собой. Коэффициенты деления резистор ных делителей напряжения и отношения постоянных времени ВЗЦ выбираются из табл. 3.3 в зависимости от типа применяемых микросхем, вида ВЗЦ, назначения и режима работы ИУ. На рис. 9.21, а изображена принципиальная схема импульсного делителя частоты на ИЛЭ И—НЕ типа КМОП с перезарядом конденсатора ВЗЦ и управляющими
транзисторами.
Переключение логических элементов делителя происходит под воздействием входных импульсов (ивх при * = *f, / = *3, t = ti на рис. 9.21, б) при поступлении управляющих
сигналов с управляющих транзисторов VT1 и VT2 (t = *2, * = h)» Управляющие сигна лы (перепады напряжения) формируются на коллекторах управляющих транзисторов при их отпирании в момент равенства времязадающего и опорного напряжений. Последние сравниваются эмиттерными переходами биполярных транзисторов VT1 и VT2.
Параметры выходных импульсов делителя /и = я^вх» Т = (/if + к2) Твх= л7вх, где коэффициенты деления частоты /if и л2 определяются временами перезаряда конденса
тора |
в прямом и обратном направлениях |
(длительностями временных интервалов / 12 |
и / 34 |
на рис. 9.21, б). |
|
При формировании опорного напряжения у Е ^ из единичного выходного напряже |
||
ния |
ИЛЭ |
t2i = R2C In [(2 — у)/у], |
|
= ЯхС In [(2 — у)/у]; |
Где у __ коэффициент деления резисторного делителя напряжений.
Для обеспечения минимума относительных нестабильностей временных интервалов *12 и *34 необходимо выбирать у = 0,35, а для получения больших коэффициентов деле ния л (максимальной эффективности делителя), у = 0,17 (см. табл. 3.3).
239
Г л а в а 1 0
ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ТРИГГЕРАХ
1. ОБЩ ИЕ СВЕДЕНИЯ
На триггерах выполняются автогенераторы и заторможенные (ждущие) генераторы импульсов, делители частоты следования импульсов, генераторы импульсов с плавноиз меняемой длительностью или частотой повторения, а также многофазные импульсные генераторы.
Принцип построения импульсных генераторов на асинхронных статических триг герах с двумя устойчивыми состояниями основан на том, что все триггеры этого типа имеют два выхода (прямой и инверсный), между которыми включается ВЗУ. При очередном опрокидывании триггера изменяются уровни выходного напряжения на этих выходах: высокий уровень, соответствующий при положительной логике логической единице, сменяется низким, соответствующим логическому нулю.
При одном из двух устойчивых состояний триггера времязадающий конденсатор за ряжается до напряжения одной полярности, зависящего от разности между высоким и нижним уровнями выходных напряжений триггера. При смене состояния триггера на про тивоположное зарядившийся до определенного уровня конденсатор начнет разряжаться, а затем, разрядившись до нуля, будет заряжаться напряжением противоположной по лярности. После заряда конденсатора до определенного уровня триггер снова опрокиды вается и т. д.
Для получения сигналов управления триггером и обеспечения периодически повто ряющихся разрядов и зарядов обкладки конденсатора через диоды подключаются ко вхо ду сравнивающего устройства (компаратора). Когда потенциал одной из обкладок конден сатора при очередном процессе заряда достигнет уровня опорного напряжения £/оп ком
паратора последний, срабатывая, воздействует своим выходным сигналом на триггер и изменяет его состояние на противоположное. В следующем цикле разряда-заряда уров ня опорного напряжения достигает потенциал другой обкладки. Таким образом, асин хронный триггер в сочетании с компаратором обеспечивает периодическое повторение пе реходных разрядно-зарядных процессов времязадающего конденсатора. При плавном из менении уровня опорного напряжения Uon происходит плавное изменение длительности
(частоты повторения) генерируемых импульсов.
Несмотря на некоторую сложность, генераторы импульсов на триггерах и компара торах имеют существенные преимущества перед генераторами других типов, так как они генерируют импульсы прямоугольной формы с крутыми фронтами, длительность ко торых практически не зависит от частоты следования импульсов и определяется только частотными свойствами триггера.
Ввиду того, что в некоторых генераторах используется один времязадающий конден сатор и обеспечивается его перезаряд, обычная стадия восстановления в цикле работы генератора отсутствует, и поэтому можно получить импульсы с большой скважностью. Уменьшая уровень опорного напряжения компаратора и, следовательно, пределы изме нения биполярного напряжения на времязадающем конденсаторе, можно получить сравнительно высокую частоту повторения импульсов при достаточно большой емкости времязадающего конденсатора. У генераторов других типов увеличение частоты повто рения достигается уменьшением емкости времязадающих конденсаторов до значений, соизмеримых с паразитными емкостями. Условия самовозбуждения генераторов при этом ухудшаются, стабильность частоты понижается, крутизна фронтов и максимальная час тота повторения уменьшаются.
При перезаряде времязадающего конденсатора обеспечивается более высокая ста бильность частоты колебаний, так как при этом кривая ВЗН пересекает уровень порога срабатывания под менее острым углом.
В связи с тем, что опорное напряжение компаратора можно сделать пропорциональ ным напряжению источника питания, длительность импульсов (частота) мало зависит от напряжения источника питания. Поскольку длительность /и импульсов зависит от длительности перезаряда, а не просто заряда или разряда, в генераторах этого типа можно получить сравнительно большую удельную длительность tj,x9 где т — постоянная вре мени ВЗЦ. Однако нужно иметь в виду, что при увеличении опорного напряжения Uon
компаратора удельная длительность будет увеличиваться, а стабильность длительнос ти — ухудшаться.
240