Глава 13

ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ

В предыдущих главах мы в основном имели дело с обработкой сигналов, а теперь обратим внимание на их генерирование. В частности, рассмотрим методы генерирования синусоидальных сигналов, треугольных и прямоугольных колебаний и разного рода импульсов.

Ждущие мультивибраторы (одновибраторы)

Ждущий мультивибратор, называемый также одновибрато-ром,-это электронная схема, которая имеет только одно устойчивое состояние. После запуска ждущий мультивибратор переходит из устойчивого состояния в неустойчивое, в котором, однако, он не может оставаться бесконечно долго. По истечении некоторого определенного отрезка времени он возвращается обратно в свое первоначальное состояние покоя.

Под состояниями понимаются уровни напряжений на выходе илп по крайней мере то, как они проявляются для пользователя. В большинстве таких схем стабильному состоянию соответствует выходное напряжение, равное нулю, а нестабильному - положительное выходное выпряжение. Для такого выбора уровней выходного напряжения нет никаких физических причин, за исключением того, что он продиктован договоренностью. В прошлом, до того как договорились о таком условии, учитывая природу ТТЛ/ДТЛ-кристаллов, конструкторы могли назначать, и часто назначали, обратные уровни этим двум состояниям. Мы, однако, ограничены промышленным стандартом, обязывающим использовать уровни О и -Ь5 В.

Таймеры 55 и XR-2240 (см. гл. 3) часто используются в ждущем режиме. По суидеству в большинстве приложений с импульсами невысоких частот повторения следует выбирать-именно эти интегральные схемы, особенно дешевую схему 555.

Принципиальное отличие ждущего режима кристалла 555 от нестабильного состоит в том, что в последнем случае цепь обратной связи каждый раз перезапускает схему. В ждущем ре-

+5-1

9+5 В пост-то/га

Запуск

Рис. 13.1. Схема, в которой используется одновибратор 74121.

жиме схема 555 вырабатывает одиночные выходные импульсы* длительностью от нескольких микросекунд до нескольких секунд, причем большие длительности получить труднее из-за свойств цепи заряда емкости.

Схема XR-2240 аналогична. В ней применяется такой же способ синхронизации, использующий метод заряда емкости. В этой схеме можно добиться значительно больших длительностей импульсов (до многих часов и даже нескольких дней), так как выход схемы представляет собой по существу соединение выходов ИЛИ двоичного счетчика, причем в точке соединения реализуется функция «монтажное ИЛИ». В этом случае нестабильное состояние соответствует уровню О В, так как выходы остаются под низким потенциалом до тех пор, пока число в счетчике не достигнет максимального значения (все выходы двоичного счетчика равны 1). Благодаря использованию счетчика в схеме XR-2240 могут быть получены чрезвычайно большие длительности импульсов при умеренных значениях сопротивлений и емкостей во времязадающей цепи.

Поскольку схемы 555 и XR-2240 были рассмотрены в других главах, в настоящей главе они рассматриваться не будут.

ТТЛ-кристаллы, обозначаемые 74121, 74122 и 74123, представляют собой различные типы интегральных схем ждущих мультивибраторов. Применение этих схем сопряжено с некото-)ыми трудностями, поэтому мы советуем использовать схему 355, если не требуются действительно малые длительности импульсов. Имеются в виду длительности менее 1 мкс.

На рис. 13.1 показана типичная схема одновибратора, использующая кристалл 74121. В некоторой степени она справед-

Первоначальное время опончания

Выход

Запуск

-гомс-

20*fC-

Рис. 13.2. Временные диаграммы, иллюстрирующие перезапуск одновибратора.

лива и для кристаллов двух других типов. Устройство срабатывает тогда, когда потенциал контакта 3 понижается с -f5 B до нуля. Устройство имеет два выхода, обозначенные Q и Q. Эти выходы являются дополнительными, так что, когда один из них будет под высоким потенциалом, другой будет иметь низкий потенциал. Потенциал выхода Q повышается на время, определяемое величинами R w С, сразу же после каждого импульса запуска, за исключением тех, которые поступают тогда, когда выход Q сохраняет высокий потенциал от предыдущего запуска.

Схема 74121 не перезапускается в отличие от схем 74122 и 74123, которые могут быть перезапущены до окончания периода нестабильного (высокий потенциал) состояния. Схема 74121 игнорирует последующие импульсы запуска до тех пор, пока не будет закончен цикл. Однако, после того как потенциал выхода Q снова понизится, схема будет перезапускаться с приходом следующего импульса запуска.

Схемы 74122 и 74123 будут перезапускаться и в том случае, если последующие импульсы запуска поступят до завершения цикла. Если выход Q имеет высокий потенциал в момент поступления импульса запуска, он будет оставаться под высоким потенциалом в течение одного полного периода начиная с этого момента. Этот процесс показан на рис. 13.2. Заметьте, я не утверждаю, что суммарный период будет в два раза больше нормального (20 мс); он удлиняется на один полный период начиная с момента поступления импульса перезапуска. Суммарное время, в течение которого выход Q имеет высокий потенциал, будет равно 20 мс плюс истекшее время предыдущего периода, показанное на рисунке как (T-Tti).

На рис. 13.3 показана схема, котсфая позволяет перезапускать кристалл 555. Эта схема была разработана инженером Чарльзом Мак-Каллау из Медицинского центра Университета Джорджа Вашингтона. Схема работает так же, как и любая другая схема 555 в режиме моностабильного мультивибратора,