Файл: Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных приборах.pdf

с декады СТ10-1, а при pi = 0 и р2= 1— прямому коду с декады СТ10-2. Действительно, для первого разряда Qi = Qjpi +

Jr'Q\pz=Q\Pi + Q\P2 При условии, ЧТО Р2 = р1 -

При построении цепей индикации состояний десятичных счет­ чиков находят также применение методы фазо-импульсной инди­ кации.

Фазо-импульсные цепи индикации могут быть построены, на­ пример, так, как показано на рис. 51, а. Опорная декада СТ10-0 и дешифратор DC обеспечивают непрерывную подачу сдвинутых во времени отрицательных импульсов одновременно на одно­ именные катоды всех цифровых ламп. Причем вначале пояз-

Рис. 51. Структуры устройств динамической фазо-импульсной инди­ кации состояний многоразрядных десятичных счетчиков

ляется импульс на девятых катодах, потом на восьмых, потом на седьмых и т. д. Импульсы опроса подаются также на входы всех декад счетчика. При переполнении декады присоединенный к ее выходу формирователь анодного импульса F1—F3 возбуж­ дается и вырабатывает положительный импульс. В лампе вспы­ хивает цифра, соответствующая тому катоду, на который подан в этот момент отрицательный импульс. Нетрудно убедиться, что высвечиваемая цифра будет соответствовать числу, исходно за­ писанному в декаде счетчика.

В фазо-импульсной цепи индикации повышенные требования предъявляются к нагрузочной способности формирователей ка­ тодных импульсов, поскольку, во-первых, импульсы тока через лампы имеют скважность, равную десяти, и, следовательно, большую амплитуду и, во-вторых, возможно совпадение импуль­ сов тока во всех цифровых лампах.

Рис. 51, а проиллюстрировал применение так называемого метода досчета при построении фазо-импульсных цепей индика­ ции [19]. На рис. 51,6 показан принцип построения цепи фазо­ импульсной индикации с применением другого. метода, назван­ ного в [19] методом компарации.

103

В цепи индикации на рис. 51,6 введены три схемы совпаде­ ния кодов ССК, запускающие формирователи анодных импуль­ сов F1—F3 тогда, когда коды в соответствующей декаде счет­ чика (СТ10-1—СТ10-3) и в опорной декаде СТ10-0 оказываются равными. Дешифратор непрерывно подает отрицательные им­ пульсы вначале на первые катоды всех цифровых ламп, потом на вторые, потом на третьи и т. д. В момент совпадения соответ­ ствующего катодного импульса с положительным импульсом на аноде в лампе высвечивается цифра, показывающая число, за­ писанное в соответствующей декаде счетчика.

Рис. 52. Пример схемной реализации анодного и катод­ ного формирователей, подающих импульсы на цифро­ вую газоразрядную лампу в устройствах динамической индикации

Преимущество метода компарации (рис. 51, б) заключается в том, что в нем не требуется производить переключение вход­ ных цепей декад счетчика, в то время как в методе досчета (рис. 51, а) в период индикации цепи переноса между декадами отключаются и на их входы подаются импульсы опроса.

Примеры схемной реализации анодного и катодного форми­ рователей, пригодных для любого из описанных методов дина­ мической индикации, показаны на рис. 52. Оба формирователя

что входные импульсы на него подаются через разделительный конденсатор С1 (0,05 мкф). Эмиттерный повторитель, выполнен­ ный на транзисторе КТ315, увеличивает входное сопротивление формирователя. Диод Д1 улучшает передачу отрицательного фронта входного импульса. Диод Д2 ограничивает величину на­ пряжения отрицательного смещения на базе транзистора П308.

104

На анод индикаторной лампы через резистор сопротивле­ нием 68 ком подано постоянное напряжение +100 в и одновре­ менно через конденсатор емкостью 0,033 мкф подаются им­ пульсы с формирователя, выполненного на транзисторе МП26Б. Указанные на схеме величины емкостей рассчитаны на частоту опроса 10—20 кгц и скважность 10. При этом средний ток через лампу устанавливается на уровне 1 —1,5 ма, что обеспечивает достаточно яркое свечение индикатора.

Глава восьмая

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

22. Формирователи импульсов

Формирователи импульсов типа триггера Шмитта на основе ИС могут быть построены по классическим схемам, аналогич­ ным схемам, реализуемым на дискретных элементах. При этом1

Рис. 53. Схемы формирователей прямоугольных импульсов на основе логических ИС

могут использоваться как готовые триггеры Шмитта, содержа­ щиеся в некоторых сериях ИС, так и составляться цепи с ча­ стичным использованием навесных элементов.

На рис. 53, а показана схема триггера Шмитта [44], в кото­ ром применены инверторы, входящие в серию логических тран­ зисторно-транзисторных интегральных схем (например, в се­ рию К155). Положительная обратная связь между инверторами обеспечивается за счет резистора R1 сопротивлением 22 ом, включенного в цепь питания, в провод, соединяющий ИС с от­ рицательным заземленным зажимом источника питания. Для увеличения влияния цепи обратной связи ток через второй ин­ вертор увеличивается путем включения между его выходом и положительным зажимом источника питания навесного ре­ зистора R2. Подобный формирователь на ИС типа К1ЛБ553 удовлетворительно работает до частоты порядка 5 Мгц> при

105

подаче на вход синусоидального напряжения с амплитудой 0,5— 5 в. Поскольку в этом формирователе (рис. 53, а) ток включен­ ного инвертора протекает через резистор R1, то уровню нуль на выходе формирователя соответствует некоторое положитель­ ное напряжение. Величина этого напряжения невелика и может не повлиять на работу последующих цепей. Однако, если тре­ буется, можно осуществить смещение выходного напряжения, снимая, например, его с выхода формирователя через эмиттерный повторитель, выполненный на п — р — /г-транзисторе.

В формирователе, показанном на рис. 53,6, положительная обратная связь вводится путем включения резистора между выходом второго инвертора и входом первого. Входное напря­ жение в этом формирователе подается через дополнительный резистор (470 ом на рис. 53,6), сопротивление которого также влияет на глубину положительной обратной связи. Увеличе­ ние сопротивления этого резистора увеличивает коэффициент положительной обратной связи и уменьшает чувствительность формирователя к входному напряжению. Диоды, подключенные ко входу первого инвертора в формирователях рис. 53, ограни­ чивают величину напряжения, приложенного к этому входу.

Наряду с использованием традиционной схемы возможно также построение узлов, выполняющих функцию триггера Шмитта, по принципам, характерным для интегральной элек­ троники. Возможный вариант подобного формирователя показан

тельный усилитель улучшает фронты формируемого напряже­ ния и переключает триггер, с выходов которого снимаются сформированные прямоугольные импульсы.

Формирователи коротких импульсов типа одновибратора

(«укоротители» импульсов) можно строить, используя усили­ тельные свойства инверторов. На рис. 54, а приведена схема одновибратора, построенного на основе двух ячеек «НЕ—И». Вход S в этом устройстве предназначен для управления работой формирователя, и исходно на него подается сигнал единица. На входы второго инвертора формирователя поданы взаимно-ин­ версные сигналы со входа и выхода первого инвертора, поэтому в статическом режиме сигнал на выходе устройства всегда ра­ вен единице. Сигнал нуль на выходе второго инвертора появля­ ется только в том случае, когда сигнал на входе первого ин­ вертора переходит из нуля в единицу. При этом, пока проис­ ходит переключение первого инвертора, на оба входа второго будет подан сигнал единица. Длительность выходного импульса формирователя можно увеличивать, увеличивая время переклю­ чения первого инвертора присоединением к его выходу навес­

106

Подобный формирователь может быть, очевидно, построен также и на основе ячеек «НЕ—ИЛИ» (рис. 54, б). Формиро­ ватель по рис. 54, б вырабатывает на выходе положительный импульс при переходе входного сигнала с уровня единица на уровень нуль. Для увеличения длительности выходного им­ пульса к выходу первого инвертора подключена интегрирую­ щая ДС-цепь.

Длительность выходного импульса одновибратора можно также увеличивать, включая несколько инверторов между вхо­ дом устройства и одним из входов выходного инвертора

Рис. 54. Схемы формирователей коротких импульсов на основе логических ИС

(рис. 54, в). Необходимо только помнить, что количество этих инверторов должно быть нечетным.

Более крутые фронты выходного импульса обеспечивает одновибратор на основе тактируемого фронтом 5Д-триггера (воз­ можно также применение триггера типа D или JK) (рис. 54, г ) . Перепад единица — нуль на тактовом входе триггера устанав­ ливает его в состояние единица. Однако при этом на выходе дополнительного инвертора, подключенного к инверсному вы­ ходу триггера, появляется сигнал единица, который, воздейст­ вуя на установочный вход R0 триггера, возвращает его в со­ стояние нуль.

Интересная схема формирователя коротких импульсов по­ казана на рис. 55, а [44]. Из диаграмм рис. 55, б, поясняющих работу формирователя, видно, что в данном случае перепад нуль — единица на входе приводит к появлению на выходе (точка Ь) отрицательного импульса, длительность которого равна устроенной средней задержке распространения сигнала, характерной для примененных инверторов.

Удвоитель частоты входных импульсов показан на рис. 56, а [44]. Здесь на входы цепи логической равнозначности поданы входные импульсы и их инверсия, несколько задержанная во

107

времени тремя последовательно включенными инверторами. Как видно из диаграмм рис. 56, б, на выходе цепи логической равнозначности будут появляться импульсы, соответствующие как положительным, так и отрицательным перепадам входного напряжения.

Формирователи относительно длительных импульсов типа одновибратора («удлинители» импульсов) показаны на рис. 57.

Рис. 55. Вариант формирователя коротких импульсов (а) и диаграммы его работы (б)

В формирователе рис. 57, а исходно на выходе второго инвентора сигнал равен нулю, так как его вход через резистор присоединен к положительному полюсу источника питания. При подаче на вход первого инвертора узкого положительного им­ пульса возникающий на его выходе перепад единица — нуль передается через конденсатор на вход второго инвертора. На

Рис. 56. Удвоитель частоты (а) и диаграммы его работы (б)

выходе второго инвертора установится сигнал единица, который по цепи обратной связи будет удерживать первый инвертор в нуле, даже если входной импульс формирователя в это время закончится. Теперь на выходе формирователя сигнал возвра­ тится на уровень нуль только тогда, когда зарядится конденса­ тор в цепи связи между выходом первого и входом второго ин­ вертора. При этом выходной сигнал первого инвертора перехо­ дит из нуля в единицу.

С целью увеличения длительности выходного импульса фор­ мирователя постоянная времени межинверторной ^С-цепи связи может быть увеличена. Однако возможности увеличения сопортивелния резистора R (рис. 57,а) ограничены вследствие того, что этот резистор шунтируется входным сопротивлением второго инвертора. Уменьшить это шунтирование можно введе­ нием эмиттерного повторителя на входе второго инвертора.

108

В формирователе с эмиттерным повторителем, показанном на рис. 57, б, длительность выходного импульса может быть бо­ лее 10 сек [44]. Очевидно, использование повторителя на поле­ вом транзисторе или применение логических схем на МОПтранзисторах, имеющих высокое входное сопротивление, позво­ лит еще больше увеличить длительность выходного импульса подобного формирователя.

Еще одна разновидность формирователя импульсов большой длительности показана на рис. 57, в [44]. В этом формирователе

Рис. 57. Схемы формирователей относительно длительных импульсов на основе логических ИС

входной импульс опрокидывает элементарный триггер, собран­ ный на двух ячейках «НЕ — ИЛИ». При этом присоединенные к выходам этих ячеек транзисторы оказываются закрытыми и

чится настолько, что р — п — ^-транзистор Т2 откроется, триг­ гер сразу опрокинется в исходное состояние под воздействием положительного коллекторного напряжения транзистора Т2. Опрокидывание триггера приведет к открыванию транзистора 77, который в свою очередь разрядит конденсатор С. Таким образом, устройство возвратится в исходное состояние. Дли­ тельность выходного импульса формирователя рис. 57, в может превышать 1 мин [44].

Формирователи импульсов с запуском от механических кон­ тактов. При проектировании цифровых устройств довольно часто возникает задача формирования импульса от механиче­ ского переключателя, например от кнопки. Дело заключается в том, что срабатывание механического переключателя сопро­ вождается обычно дребезгом контактов (многократным перехо­ дом в течение короткого времени от замкнутого состояния к

109

разомкнутому и обратно). Это может привести к формированию пачки импульсов вместо желаемого одиночного импульса или перепада потенциала. На рис. 58 показаны формирователи' оди­ ночных импульсов с механическими переключателями.

Формирователь рис. 58, а представляет собой элементарный триггер на ячейках «НЕ—И» (схемы ДТЛ или ТТЛ). Сигнал нуль, прикладываемый с помощью переключателя к одному из входов этого триггера, опрокидывает его. Причем при каждом срабатывании переключателя триггер реагирует на первое же замыкание соответствующей контактной пары и последующий дребезг уже не изменяет его состояния. Подобное устройство, естественно, можно также реализовать и на ячейках «НЕ — ИЛИ».

Рис. 58. 'Схемы формирователей импульсов с запуском от механического переключателя

Аналогичная задача может быть решена также путем вклю­ чения конденсатора параллельно контактам кнопки (рис. 58,6). Благодаря малому контактному сопротивлению первое же за­ мыкание контактов кнопки разрядит конденсатор. Последующие же размыкания контактов при дребезге практически не увели­ чат напряжения на конденсаторе вследствие относительно боль­ шой постоянной времени его заряда.

Получить относительно большую постоянную времени пере­ заряда конденсатора при малой величине его емкости позво­ ляют схемы, приведенные на рис. 58, в и г . При замыкании кнопки на выходе устройств рис. 58, в и г формируются соответ­ ственно положительный и отрицательный короткие импульсы. Это выгодно отличает эти формирователи от устройств рис. 58, а, б, которые обеспечивают получение на выходе перепадов, а не импульсов. Для получения коротких импульсов устройства рис. 58, а и б нужно дополнять формирователями типа одновибраторов.

23. Генераторы импульсов

Для построения генераторов импульсов можно применять мультивибраторы, выполненные на основе логических ИС. Про­ стейший вариант подобного мультивибратора содержит два

110

одновходовых инвертора, соединенных конденсаторами в кольцо. На входы этих инверторов подается от источника питания через резисторы постоянное смещение. Образованное таким образом устройство аналогично по своей схеме и работе обычным тран­ зисторным мультивибраторам с коллекторно-базовыми емкост­ ными связями. Подобный мультивибратор, равно как и соответветствующий транзисторный, имеет жесткое самовозбуждение и может «заснуть», если оба инвертора окажутся открытыми. На рис. 59, а приведена схема мультивибратора, в котором для устранения явления «засыпания» резисторы смещения присо­ единены не к источнику питания, а к выходу логической цепи,

Рис. 59. Схемы симметричных мультивибраторов на основе логических ИС

реализующей функцию «ИЛИ» для выходных сигналов инвер­ торов мультивибратора. Если вдруг оба инвертора окажутся открытыми, то дизъюнкция их выходных сигналов окажется равной нулю. Это приведет к тому, что подаваемое через рези­ сторы напряжение смещения на входах инверторов станет рав­ ным нулю, что в свою очередь вызовет увеличение выходного напряжения этих инверторов и возобновит режим автоколе­ баний.

Вход 5 в мультивибраторе рис. 59,а предназначен для бло­ кировки автоколебаний путем подачи сигнала 5= 1 .

Следует заметить, что для применения в формирователях импульсов и генераторах наиболее удобны логические ИС типа РТЛ или РСТЛ, поскольку входящие в них инверторы с рези­ сторами на входах имеют достаточно большое входное сопро­ тивление. При экспериментальном исследовании мультивибра­ тора по схеме рис. 59, а, построенного на инверторах, входящих в ИС серии К 114, устойчивые автоколебания наблюдались при изменении сопротивлений времязадающих резисторов от 130 ком

до 1,3 Мом.

В мультивибраторе, выполненном на логических схемах типа ДТЛ или ТТЛ, схема которого показана на рис. 59, б, устране­ ние явления засыпания достигается благодаря тому, что на­ пряжение смещения на входы инверторов подается через

111