Импульсные устройства. Компаратор. Триггер Шмитта. Мультивибраторы.

Генератором наз-я автоколеб-я стр-ра, в которой энергия источн. питания преобраз. в энергию эл-х колебаний. Генераторы бывают: синусоидальных (гармоничных) колебаний, прямоуг-х колебаний, т.е. сигналов прямоуг. формы; колеб-й спец-х форм.к ним относ. генератор лин-го измен-го напр-я.

Кроме напряжения синусоидальной формы в практике электротехники и электроники применяются напряжения других форм. Наиболее широко применяется импульсное напряжение. Импульсным называется прерывистое во времени напряжение (сигнал) любой формы. Под формой сигнала понимается закон изменения во времени напряжения или тока. Широкое применение импульсных сигналов обусловлено рядом причин. Сочетанием импульсов и пауз легко передавать дискретную информацию. Импульсный сигнал оказался единственно приемлемой формой при создании радиолокации, он необходим для работы систем синхронизации, удобен для управления многими производственными процессами.

Импульсы применяются и для передачи непрерывной информации. В этом случае передаваемая информация может содержаться в значениях амплитуды, длительности или временного положения импульсов. Наличие пауз между импульсами позволяет уменьшить мощность, потребляемую от источника питания. Кроме того, во время паузы можно передавать информацию от других корреспондентов.Наиболее широко применяются импульсы прямоугольной, пилообразной экспоненциальной и колоколообразной формы (рис.15.1). Импульсы характеризуются: -амплитудной Um; -длительностью импульса tu; -длительностью паузы tn; -периодом повторения Т = tu + tn; -частотой повторений F = 1/T; -скважностью Qu = T/tu. В реальных устройствах прямоугольные импульсы характеризуются также длительностью фронта tФ и среза tС. Фронт и срез определяют в течение нарастания или спада напряжения от 0,1 Um до 0,9Um.

Компаратор. Это устр-во сравнен., предназнач-е для сравнен.измер. входного напр-я с пост. опорн. напр-ем. Компараторы являются специализированными ОУ с диф-м входами и одиночн. или парафазн. цифровым выходом. На один вход компаратора подается исследуемый сигнал, на другой – опорный сигнал. Точность измер-я компаратора хар-я напр-ем, на котор. необх.превыс. уровень опорного напр-я, чтобы вых-енапряжение достигло порога срабатывания логической схемы. Точностные пар-ры компараторов определяются параметрами ОУ.Компараторы должны облад. низк. напр-ем сдвига, низк. значен. тока смещ-я, устойчив-ю работать без самовозбужд-я. Основн. пар-ми компарат. явл-я: чувствительность, быстродействие tздр, нагрузочная способность.

На инвертирующий вход подается постоянное положит опорное напр-е велич-й U_опа на неинвертирующий вход – синусоидальное напр-е. На выходе компаратора за счет большого коэффициента усилен. ОУ получается последовательность почти прямоугольных импульсов. Переключение схемы происход. Uвх = Uoп. При наличии большого диф-го вх. напр-я для защиты микросх. на вх. включ-я встречно-параллельно два диодакоторые с резисторами R1 и R2, котор. с резистор.образ. ограничители. Если напряжение опорного сигнала равно нулю, то компаратор называютнуль-индикатором или детектором нулевого уровня.

Триггер Шмитта. Триггер Шмитта – это компаратор с положительной обратной связью. В этой схеме часть выходного сигнала операционного усилителя подается на неинвертирующий вход и задает пороги переключения схемы.Практическая схема:

Мультивибраторы. Мультивибраторами называются импульсные устройства, которые нахо-я в сост-и квазиравновесия или имеют не более одного состояния устойчивого равновесия. Мультивибраторы относятся к классу устройств релаксационного типа, у которых происходит заряд или разряд конденсаторов в цепях обратной связи. Мультивибраторы преобразуют энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний. Мультивибраторы могут работать в одном из трех режимов: автоколебаний; ждущем; синхронизации. На практике чаще применяются устройства, использующие первые два режима.

В режиме автоколебаний мультивибратор обладает двумя временно устойчив.сост-ми. Мультивибратор переходит из одного состояния квазиравновесия в другое без внешних возд-й, генерируя импульсы, пар-ры котор. завис.от пар-в мультивибратора. В ждущем режиме работы мультивибратор имеет устойчивое состояниеравновесия и состояние квазиравновесия, в которое он переходит под действием внешн. замык-го импульса. В состояние равновесия он переходитсамопроизвольно по истечению некоторого времени, определяемого параметрами мультивибратора. В связи с этим такой мультивибратор называют о д н о в и б р а т о р о м.В режиме синхронизации на автоколебательный мультивибратор подаетсясинхронизируемый сигнал. Время пребывания в состояниях квазиравновесия зависит не только от пар-в мультивибр, но и от периода синх-го напр-я. При снятии синхронизир-го напр-я мультивибратор работает в автокабельн. режиме.

 

Понятие о цифровой электронике. Основные положения булевой алгебры. Логические элементы НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Основные характеристики логических элементов и параметры, определяемые по ним. Динамические параметры логических элементов. Статические параметры логических элементов.

В электронике информация передается в виде изменяющихся электрических сигналов. Различают два вида сигналов — аналоговые и дискретные (цифровые).Цифровые сигналы могут принимать только два значения — минимальное (близкое к нулю) или максимальное значение напряжения или силы тока. При обработке цифровых сигналов требуется различать всего две их величины (два состояния), поэтому сами сигналы удобно описать математически: есть напряжение (ток) —1, нет — 0. Для анализа последовательности цифровых сигналов применяют двоичные коды – числа в двоичной системе счисления.В цифровой электронике используется двоичная система счисления, а для выдачи информации в цифровых электронно-вычислительных машинах (цифровых ЭВМ), в числе прочих,— шестнадцатеричная.Как уже говорилось, для записи чисел в двоичной системе используются два символа: цифры 0 и 1. Следовательно, в каждом разряде двоичного числа могут быть записаны либо 1, либо 0. В двоичном числе вес каждого последующего (по старшинству) разряда увеличивается относительно предыдущего в два раза. Так, в двоичном числе 1011011 единица в нулевом разряде эквивалентна десятичному числу «один».Применительно к электронно- вычислительной технике каждый разряд двоичного числа является минимальной единицей информации и называется «бит».заметим, что 8-разрядное (8- битное) число в ЭВТ называют байтом, а совокупность некоторого числа байтов (обычно 1 — 8) составляет машинное слово.

Двоичная система счисления соответствует двум состояниям электронных элементов — включено/выключено. По этому принципу работают реле, тиристор, в таком режиме легче работать транзистору (открыт/закрыт) и т. д. Такое кодирование электрических сигналов обеспечивает простоту, надежность и значительную скорость обработки информации. Именно такой принцип обработки информации лежит в основе узлов цифровых устройств — от простейших выключателей до сложных ЭВМ. Все они представляют собой комбинации базовых элементов цифровой электроники, которые называются логическими элементами.В основе анализа работы логических элементов лежит математическая логика, описывающая связь между высказываниями. В ней символами обозначаются не числа, а высказывания. Высказывание может отвечать или не отвечать действительности. В первом случае оно истинно (равно 1), во втором — ложно (равно 0). Из любого высказывания путем операций в соответствии с законами алгебры логики можно получить новое высказывание.

Основные положения булевой алгебры. В булевой алгебре используются четыре основных закона: переместительный, сочетательный, распределительный, инверсии. Эти законы позволяют проводить эквивалентные преобразования ПФ, записанных с помощью операций НЕ, И, ИЛИ, т. е. приводить выражения ПФ к удобному (более простому) виду. Рассмотрим эти законы. Переместительный закон аналогичен переместительному закону обычной алгебры и записывается в виде:

а) для дизъюнкции (3.1)

б) для конъюнкции (3.2)

Таким образом, от перемены мест слагаемых (сомножителей) их логическая сумма (логическое произведение) не меняется.

Сочетательный закон также аналогичен сочетательному закону обычной алгебры и записывается в виде:

а) для дизъюнкции (3.3)

б) для конъюнкции (3.4)

Следовательно, можно группировать переменные, объединенные знаком дизъюнкции или конъюнкции, это не меняет значений ПФ.

Распределительный закон записывается в виде:

а) для дизъюнкции (3.5)

т. е. дизъюнкция переменной и конъюнкции равносильна конъюнкции дизъюнкций этой переменной с сомножителями;

б) для конъюнкции (3.6)

т. е. конъюнкция переменной и дизъюнкции эквивалентна дизъюнкции конъюнкций этой переменной со слагаемыми.

Справедливость выражения (3.5) доказывается путем г составления таблиц истинности для левой и правой частей. Значения этих таблиц совпадают для одинаковых наборов переменных, это и доказывает справедливость (3.5).

Закон инверсии:а) для дизъюнкции (3.7)

т. е. отрицание дизъюнкции логических переменных эквивалентно конъюнкции отрицаний этих переменных;

б) для конъюнкции (3.8)

т. е. отрицание конъюнкции переменных эквивалентно дизъюнкции отрицаний этих переменных.

Справедливость выражений (3.7) и (3.8), как и (3.5), докалывается также путем составления таблиц истинности для левой и правой частей каждого выражения и их сравнения на совпадение для одних и тех же наборов переменных.Из законов алгебры логики выводится ряд важных правил, которые полезны при выполнении эквивалентных преобразований ПФ.1. Выражения, имеющие всегда значение 1: 2.Выражения, имеющие всегда значение 0: 3. Двойное отрицание:

4.Повторение: 5.Склеивание: .6.Поглощение:

Логический элемент И реализует операцию логического умножения (конъюнкции): F = Х1*Х2 или F = Х1^Х2. На выходе ЛЭ И сигнал 1 появится только тогда, когда на всех его входах присутствуют сигналы 1.

Условно-графическое обозначение (УГО), таблица истинности и диаграмма работы ЛЭ И представлены в таблице 1.1. ЛогическоевыражениеF = Х1*Х2илиF = Х1^Х2

Х1	Х2	F

 

 

Табл истинности и диагр работы, УГО

Логический элемент ИЛИ реализует операцию логического сложения (дизъюнкции): F = Х1+Х2 или F = Х1٧Х2. На ЛЭ ИЛИ сигнал 1 появится только тогда, когда хотя бы на одном из его входов присутствует сигнал 1.

Логическое выражениеF = Х1+Х2илиF = Х1٧Х2.

Х1	Х2	F

 

Табл истинности и диагр работы, УГО

Логический элемент НЕ реализует функцию логического отрицания (инверсии). Состояние выхода ЛЭ НЕ всегда противоположно состоянию входа.Логическое выражениеF = Х1(инверсия).

Х1	F

 

Логический элемент И-НЕ является комбинацией ЛЭ И и ЛЭ НЕ. На выходе ЛЭ И-НЕ сигнал уровня 0 будет только в том случае, когда на обоих его входах присутствует сигнал уровня 1.Логическое

Выражение	Х1	*	Х2
Х1	Х2	F

 

Логический элемент ИЛИ-НЕ является комбинацией ЛЭ ИЛИ и ЛЭ НЕ. На выходе ЛЭ ИЛИ-НЕ сигнал уровня 1 будет только в том случае, когда на обоих его входах присутствует сигнал уровня 0.Логическое выражение

F=

Х1

+

Х2

 

Х1	Х2	F