Условия самовозбуждения генератора

42. LC-генераторы

Генераторы LC – типа предназначены для генерированиясигналов высокой частоты, свыше нескольких десятков килогерц.

Генераторы LC – типа основаны на использованииизбирательных LC – усилителей с частотно – зависимой нагрузкой ввиде колебательного LC – контура. Условия для генерацииколебаний (баланса фаз и амплитуд) создаются для частотынастройки f o=1/2П LC параллельного колебательного контура,когда его сопротивление является активным и минимальным извеличин. Схема простейшего генератора показана на рис. 5.4Положительная ОС осуществляется за счет обмотки Wос.Фаза напряжения Uосподбирается выбором начала обмотки Wос, авеличина ПОС – напряжением Uос. Положительная ОСосуществляется за счет обмотки Wос. Фаза напряжения Uосподбирается выбором начала обмотки Wос, а величина ПОС –напряжением Uос.

Схемная реализация LC – автогенераторов разнообразна.Отличаются они способами включения в усилитель колебательногоконтура и создания в нем положительной обратной связи (П.О.С.).На рис.5.3 представлена схема LC – автогенератора, выполненная наоднокаскадном усилителе на полевом транзисторе, сколебательнымконтуром в цепи стока.

Фазирующие RC цепочки

R C генератор с мостом Вина

Ключевой режим работы транзистора

Ключевым называется режим работы, когда транзистордлительное время находится либо в состоянии отсечки (транзистор“выключен”), либо в состоянии насыщения (транзистор “включен”). При переходе из одного своего крайнего состояния в другоерабочая точка транзистора перемещается через активную областьхарактеристик, когда транзистор (ключ) работает как обычныйусилитель. Длительность перехода, как правило, много меньшевремени нахождения транзистора в режиме отсечки или насыщения. Для быстрого переключения, например, из режима отсечкиподается ток базы в 1,5...3 раза больше тока базы насыщения Iб.нас., необходимого для “фиксации” транзистора в точке насыщенияIк.нас=Iб.нас.h21оэ, где h21оэ – статический коэффициент усиления потоку в схеме с ОЭ. Таким образом, глубина насыщения транзистора, т. е. превышение тока базы над необходимым для создания режиманасыщения, будет 1,5...3. Транзисторный ключ на биполярном транзисторе типа n-p-n, включенном по схеме с общим эмиттером с нагрузочнымрезистором в коллекторной цепи и представлен на рисунке 6.1.

Логические ИМС

Логические элементы (ЛЭ) – это электронные приборы, выполняющие простейшие логические операции. В настоящее времяпромышленность выпускает такие элементы в основном винтегральном исполнении. ЛЭ используются в большинствецифровых ИМС, являясь их основными элементарнымикирпичиками, которые во многом определяют параметры ЦИМС.

Анализ работы логических ИМС базируется наиспользовании аппарата математической логики. Все переменные валгебре логики принимают только два значения: «единица» и«ноль», и любые математические действия над этими переменнымиобеспечивают результат также либо в виде «1» либо «0». ЛЭ даютвозможность изображать логические переменные с помощьюнапряжения или тока. Используются двавозможных способа представления логической переменной: потенциальный и импульсный.

Логические ИМС представляют собой, как правило, электронные ключи, имеющие в общем случае m входов и n выходови реализующие ту или иную логическую функцию.

Логические ИМС отличаются большим разнообразием. Широко используется их классификация: 1) по выполняемымлогическим функциям; 2) по типу транзисторов накоторых они построены.

Для оценки качества логических ИМС используются ихосновные параметры и характеристики. Из основных параметроввыделим следующие:

1. Быстродействие – время реакции ИМС на изменениесигнала на входе.

2. Коэффициент объединения по входу K об- это числовходов ИМС, с помощью которых реализуется логическая функция. Обычно

3. Коэффициент разветвления по выходу K разхарактеризуетнагрузочную способность ИМС и показывает максимальное числоаналогичных элементов, которые можно подключить к выходуданного элемента без нарушения его работы,

4. Помехоустойчивость – это максимальное значение помехи(δ U пом) на входе ИМС, при которой ещёсохраняется её нормальнаяработа.

5. Потребляемая мощность P пот- мощность, потребляемаяИМС в состоянии «1» и «0». Из характеристик рассмотрим следующие: входная –позволяет правильно рассчитывать условия согласования приподключении ИМС к выходу какого-либо источника сигнала; выходная – позволяет определить нагрузочную способностьлогической ИМС; передаточная – позволяет определить порогсрабатывания ИМС (значение напряжений, соответствующихлогической «1» и логическому «0») и её помехоустойчивость приработ друг на друга. ЦИМС чрезвычайно удобны для интегрального исполнения. В подавляющем большинстве они могут быть выполнены наодних активных элементах (транзисторы, диоды). Они не слишкомкритичны к абсолютному уровню напряжений и отличаютсярегулярностью структуры.

RS триггер

Одним из наиболее распространенных импульсныхустройств, относящихся к базовым элементам цифровой техники, является триггер. Триггер - это устройство, имеющее два состоянияустойчивого равновесия и способное скачком переходить из одногосостояния в другое под воздействием внешнего управляющегосигнала. В современной электронике триггеры выполняются либо наоснове интегральных логических элементов, либо в видеинтегральной микросхемы, представляющей собой завершенныйфункциональный элемент.Асинхронные R S-триггеры являютсяпростейшими и получили широкое распространение в импульсной ицифровой технике. В частности, они служат основой триггеровдругих типов и легко могут быть построены на логическихэлементах типа “ИЛИ-НЕ” или “И-НЕ”. Условное обозначение асинхронного RS -триггера приведенона рис. 7.2, характер функционирования - в таблице истинности(табл. 7.1). Как видно из третьей строки, при отсутствии на входе RS - триггера импульсов сохраняется предыдущее состояние его входов. Одновременная подача логической “1” на оба входа запрещена из-занеопределенности состояния на выходе.

Примечание. R и S - информационные сигналы на входетриггера; Q t, Q t+ 1- состояние триггера соответственно до и послеприхода информационных сигналов; * - неопределенное состояние триггера. В отличие от асинхронного RS -триггера, срабатывающего сприходом информационных сигналов R и S, синхронный триггербудет сохранять состояние Q t, несмотря на наличиеинформационных сигналов на входах, и только с приходомтактового импульса воспринимает информацию по входам ипереходит в новое устойчивоесостояние.

 

D триггер

D-триггер. Название происходит от английского словаdelay- задержка, поэтому этот триггер называется триггером задержки. Он имеет информационный вход D и вход синхронизации C (см. рис. 7.8). Триггер является тактируемым и работает по простейшейлогике, соответствующей таблице истинности (см. табл. 7.2).

Д – триггер – единственный триггер, который работает только всинхронном варианте.

 

Триггер меняет свои значения на выходах (переключается) только при подаче тактирующих импульсов на вход С. Тактируемые D -триггеры могут быть с потенциальным идинамическим управлением. У первых из них информациязаписывается в течение времени, при котором уровень сигнала С = 1. В триггерах сдинамическим управлением информациязаписывается только в течение перепада напряжения на входесинхронизации. Динамические входы изображают на схемахтреугольником.

 

T триггер

Т-триггер. Т-триггер имеет один управляющий счетныйвход (Т) и два выхода (Q иQ) (рис. 7.9). Информация на выходе триггера меняет свое значение напротивоположное при каждом перепаде напряжения на входе. Таблица истинности представлена в табл. 7.3.

Триггер является асинхронным. Т -триггер подсчитываетвходные сигналы по модулю 2, т.е. частота выходных импульсов вдва раза меньше входных. Это свойство используется припостроении двоичных счетчиков.

J K триггер

JK – триггер. Это универсальный триггер, специфичныйтолько для ИМС. JK-триггеры могут быть синхронными иасинхронными. Условное обозначение синхронного JK-триггерапоказано на рис. 7.5, а таблица истинности – в табл. 7.4.

При поочередном поступлении импульсов на входы JK - триггер работает подобно RS -триггеру, но при одновременнойподаче импульсов на оба входа JK -триггер меняет свое состояние напротивоположное.

JK - триггер универсален, т.к. путем внешней коммутацииможет быть преобразован в RS-,D-,T - триггеры.

Дешифратор

Дешифратор - это устройство, предназначенное дляраспознавания различных кодовых комбинаций. Это, какправило, комбинационная схема, обеспечивающая преобразованиедвоичной кодовой информации, записанной в счетчике, регистре, вуправляющие сигналы. Эти управляющие сигналы поступают либона исполнительные элементы вычислительных машин (например, для преобразования адресов ячеек памяти в сигналы выборки ячеекпри записи и считывании информации из них), либо в устройстваотображенияинформации (световые табло, цифровые индикаторы идр.). Дешифратор имеет несколько входов (по числу выводовсчетчика или регистра) и несколько выходов. Количествовыходов дешифратора равно числу разрешенных наборов выходныхсигналов. В дешифраторе с n входами и K выходами K  2n. Дешифратор, имеющий 2n выходов, называется полным, апри меньшем числе выходов - неполным. На входы дешифратора поступает информация в видеразличных комбинаций “0” и “1”. Каждой комбинации состояний навыходах дешифратора соответствует определенная комбинациясостояний на входах. Если выходы дешифратора обозначать F j, где j - номер выхода, например, в десятичной системе счисления, токаждой комбинации “0” и “1” на входах (двоичное кодовое число) будет соответствовать “1” на том выходе F j, номер “ j ” которогоесть десятичное представление этого двоичного числа. Функционирование дешифраторов описывается системойлогических функций, так, например, при трех входах это:

Применяют три основных способа построениядешифраторов: линейный, пирамидальный, ступенчатый.Линейный дешифратор является наиболее простым истроится непосредственно в соответствии с системой логическихфункций без дополнительных преобразований функции выходов. Время задержки распространения сигнала в линейномдешифраторе равно времени задержки распространения сигнала вцепи последовательно включенных элементов “И” (“И-НЕ”) иинвертора.Пирамидальный дешифратор строится на основепоследовательной (каскадной) реализации входных функций. Сначала реализуется конъюнкция (“И”) двух переменных, например, А 0 А 1 ,А 0 А 1 ,А 0 А 1 ,А 0 А 1. На втором этапе реализуются конъюнкциитрех переменных путем логического умножения каждой полученнойконъюнкции двух переменных на переменную   A 2 A 2и т.д. Врезультате на каждом последующем этапе получают вдвое большеконъюнкций (“И”), чем на предыдущем этапе. Количествопоследовательно включенных элементов равно n 1, где n – числовходов, поэтому быстродействие низкое. Ступенчатый дешифратор строится на основе двухдешифраторов на “ m ” и “ n  m ” входов и 2n двухвходовыхконъюнкторов. При большом числе входов ступенчатыедешифраторы имеют существенно меньшие аппаратурные затраты, чем линейные и пирамидальные, и большее быстродействие. Дешифраторы выпускают в виде отдельных ИМС. Наиболеечасто применяется дешифратор, реализованный на ИМС К155ИД1, и преобразующий двоичный код в десятичное число. Дешифраторышироко применяют в вычислительной и информационно- измерительной технике. Одно из направлений – управлениеиндикаторами, отображающими знаковую информацию.

Примером такого применения может быть схема счета иотображения числа импульсов, приведенная на рис.8.1. Онасодержит двоичный счетчик CT 2, который представляет числопоступивших на его вход импульсов в двоичном коде, DC - дешифратор, управляющий транзисторными ключами на VT1-VT7 исемисегментный светодиодный индикатор VD1-VD7.

Регистр

Регистры и счетчики являются цифровыми устройствамипоследовательного типа. Они относятся к цифровым автоматам спамятью. Числа, которыми оперируют регистры и счетчики, представлены в двоичном коде.

Регистром называют цифровой узел, предназначенный длязаписи и,хранения, преобразования и выдачи информации. По своей структурной схеме и вытекающим отсюда возможностямрегистры подразделяются на параллельные, последовательные ипоследовательно – параллельные. На рис. 8.2 представленафункциональная схема, условноеобозначение и временные диаграммы, поясняющие работупоследовательного регистра – регистра сдвига. Регистр сдвига (последовательный регистр) предназначендля записи, хранения, преобразования информации путем ее сдвигапод воздействием тактового импульса и выдачи информации. Перед началом работы все триггеры сигналом по шине“уст.0” устанавливаются в нулевое состояние. С каждым тактовымимпульсом информация в виде последовательного кода“продвигается” по Д – триггеру, и после четвертого импульса онаоказывается записанной в регистр. Считывать информацию можно ввиде параллельного кода с выходов Q4…Q1 или в видепоследовательного кода с Q1 после четырех тактовых импульсов

 

ЦАП

АЦП

Счетчики

Счетчики являются необходимым электронным узломпрактически любых систем автоматического регулирования, так какпочти все параметры, контролируемые цифровой техникой, преобразуются в число импульсов. Цифровые счетчики классифицируются следующим образом. По коэффициенту (модулю) счета: двоичные, двоично –десятичные или с другим основанием счета; с произвольныммодулем; с переменным модулем. По направлению счета: суммирующие, вычитающие, реверсивные. По способу организации связей: с последовательнымпереносом, с параллельным переносом, с комбинационнымпереносом, кольцевые.ДлядвоичногосчетчикакоэффициентсчетаКсч, т. е. максимальное подсчитываемое число входных импульсов, определяется разрядностью счетчика, иначе говоря, число триггеровm,Ксч=2m.

Введениемдополнительных связей двоичные счетчики могутбыть преобразованы в недвоичные, для которых Ксч 2m. Наибольшее распространение получили декадные счетчики сКсч=10. Десятичный счет осуществляется в двоично–десятичномкоде (двоичный по коду счета, десятичныйпочислусостояний). В

электронныхчасахиспользуютсясчетчики с коэффициентомсчета

Ксч=6 и Ксч=12.

Фоторезистор

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, изменяющие свою проводимость под действием лучистой энергии. Принцип действия их основан на появлении дополнительныхпар носителей заряда под действием лучистой энергии.Рабочее напряжение у некоторых фоторезисторов достигаетдо сотен вольт, а отношениесветового тока к темновому приосвещении 100 лк достигает 100. Однакочастотныйдиапазон

фоторезисторовневелик. На частоте порядка 1кГцчувствительность падает почти вдвое.