Рис. 3.52
На выходе формируется импульс положительной полярности длительностью t з .
д) Формирователь с интегрирующей RC-цепью.
Для уменьшения габаритов устройства при формировании импульсов большой длительности в качестве временной задержки используется RC-цепь (рис. 3.53)
Рис. 3.53
Длительность tи импульса отрицательной полярности на
выходе формирователя определяется постоянной времени цепи 
RC . Принцип действия рассматриваемого формирователя
представлен временными диаграммами (рис. 3.54), когда
Рис. 3.54
81
при t t1 на входы x1 ЛЭ1 и ЛЭ2 поступает U 0 . Величина порогового напряжения Uпорог определяет уровень переключения сиг-
нала с логической единицы (U 
) на логический нуль (U 0 ). е) Формирователь с элементом задержки на цифровых
ИМС.
При формировании импульсов малой длительности (десятки – сотни наносекунд) можно использовать временную задержку, которую создают логические элементы (рис. 3.55).
Рис. 3.55
Элемент временной задержки D должен иметь четное число элементов, чтобы не осуществлять инвертирование сигнала. Элементы ЛЭ1 и ЛЭ2 выбирают с малой задержкой, что обеспечивает высокую крутизну фронтов выходного импульса. Однако, собственные задержки ИМС имеют большой разброс, поэтому подобные схемы применяют когда стабильность длительности выходного импульса особой роли не играет.
3.6.8 Ограничители амплитуды
Ограничители амплитуды – устройства, напряжение на выходе которых U вых пропорционально входному напряжению U вх до тех пор, пока последние не достигают некоторого уровня, называемого порогом ограничения, после этого U вых остается постоян-
ным, несмотря на изменение U вх .
82
а) Диодные ограничители.
Двусторонний последовательный диодный ограничитель (рис. 3.56) используется для формирования из синусоидального напряжения трапецеидальных импульсов (рис. 3.57)
Рис. 3.56
Рис. 3.57
Рассмотренная схема является ограничителем с ненулевым порогом ограничения.
Ограничители с нулевым порогом ограничения применяются для исключения импульсов определенной полярности из последовательности разнополярных импульсов (рис. 3.58).
|
|
Рис. 3.58 |
Считается, что RVD |
R |
RVD |
пр |
н |
обр |
Для получения порога ограничения, отличного от нуля, по- |
следовательно с нагрузкой |
Rн включают источник постоянного |
напряжения E (рис. 3.59). |
|
Рис. 3.59
При отсутствии входного сигнала, но при наличии замкнутой через источник входного сигнала цепи, диод открыт и через нагрузку протекает ток, создавая на нем напряжение (см. рис. 3.59).
84
|
Если считать, что сопротивление источника сигнала |
|
|
R |
R |
и RVD |
R , то напряжение на нагрузке U |
R |
|
E и |
|
ист |
н |
пр |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
U вых |
=UR |
E 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Положительная полуволна Uвх |
действует согласно с E и вы- |
деляется |
на |
нагрузке, |
поэтому |
U R |
E |
U |
вх |
и |
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
Uвых |
U R |
E |
E Uвх |
E |
Uвх . |
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отрицательная полуволна Uвх |
действует навстречу |
E при- |
чем Uвх закрывает диод, а E |
открывает. |
Пока результирующее |
напряжение |
во |
входной |
цепи E |
Uвх |
0 |
диод |
|
открыт |
и |
Uвых Uвх , но при E Uвх 0 диод закрывается и увеличение Uвх не влияет на U вых .
Аналогично можно рассмотреть принцип действия схемы
(рис. 3.60),
Рис. 3.60
ограничивающей положительную полуволну входного сигнала . Для формирования трапецеидальных импульсов используют-
ся также и двусторонний параллельный диодный ограничитель с
ограничивающим резистором Rогр , который выбирают так, чтобы
RVD |
R |
R |
RVD . |
пр |
огр |
н |
обр |
Рис. 3.61
До поступления U вх диоды VD1 и VD2 заперты и U вых 0 . Во время действия положительной полуволны диод VD2 за-
перт и схема ограничивает сверху на уровне E1 .
Во время действия отрицательной полуволны диод VD1 заперт и схема ограничивает снизу на уровне – E2
б) Транзисторный усилитель-ограничитель. Усилители-ограничители выполняются на усилительных эле-
ментах и наряду с ограничением напряжения обеспечивают его усиление. Ограничение в таких устройствах осуществляется за счет использования нелинейных областей ВАХ усилительных элементов.
При формировании прямоугольных импульсов из синусоидального напряжения эти ограничители могут обеспечивать большую амплитуду и более высокую крутизну фронтов, чем диодные при тех же входных напряжениях. Недостатком усилителейограничителей является большая сложность схемы.
На рис. 3.62 представлена схема двустороннего транзисторного усилителя ограничителя.
и U к .
Рис. 3.62
В такой схеме транзистор VT работает в режиме ключа.
При нарастании отрицательной полуволны Uвх рабочая точка перемещается вдоль нагрузочной прямой вверх, ток коллектора Iк увеличивается, а напряжение на нем U к падает.
При некотором значении базового тока наступает насыщение, при котором изменение U вх не вызывает изменения Iк
Уменьшение отрицательной полуволны Uвх приводит к выходу транзистора из насыщения и возвращает рабочую точку в активную область. Теперь при изменении U вх рабочая точка движе-
ния по нагрузочной прямой вниз.
Положительная полуволна входного напряжения уменьшает Iк и U к увеличивается. При некотором значении U вх наступает
режим отсечки, когда с дальнейшим увеличением U вх ток коллектора Iк не будет меняться.
Конденсатор C1 заряжается (см. рис. 3.62), так как ток зарядки через насыщенный VT больше тока разрядки через R1 , когда
VT заперт. Диод VD дает возможность C1 быстро разрядиться и тем самым предотвращает «сползание» исходной рабочей точки.
3.6.9 Генераторы релаксационных колебаний
Колебания, в которых медленные изменения чередуются со скачкообразными называют релаксационными.
87
Подобно генераторам синусоидальных (гармонических) напряжений, релаксационные преобразуют энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний. Однако в релаксационном генераторе в течение одной части периода энергия запасается в релаксационном элементе только одного типа, обычно в конденсаторе, а в другую часть периода выделяется в виде теплоты в резисторах схемы.
Усилительный элемент работает в ключевом режиме, переключая конденсатор с зарядки на разрядку и обратно.
К релаксационным генераторам, вырабатывающим электрические колебания, близкие по форме к прямоугольным, относятся мультивибраторы и блокинг-генераторы.
Мультивибраторы на дискретных элементах. Мультивиб-
ратор представляет собой двухплечевой транзисторный усилитель,
вкотором два транзистора с помощью RC -цепей, обеспечивающих положительную обратную связь (ПОС), соединены таким образом, что мультивибратор имеет два определенных устойчивых состояний:
-первый транзистор открыт, а второй – закрыт;
-первый транзистор закрыт, а второй – открыт.
Взависимости от используемых элементов ПОС все мультивибраторы можно подразделить на три типа.
1.Бистабильный мультивибратор – может оставаться сколько угодно долго в одном из двух устойчивых состояний. Чтобы переключить его из одного состояния в другое, необходимо подать внешний запускающий импульс. Мультивибратор остается в этом другом состоянии до тех пор, пока на него не воздействует второй внешний импульс, и так далее.
2.Моностабильный мультивибратор (одновибратор или ждущий мультивибратор) – имеет лишь одно устойчивое состояние равновесия. Под воздействием внешнего импульса он переключается в другое состояние и остается в этом состоянии квазиравновесия
втечение отрезка времени, определенного постоянной времени
элементов обратной связи, после чего самостоятельно возвращается
висходное состояние.
3.Автоколебательный мультивибратор (астабильный генератор) – генератор свободных колебаний. Он не имеет определенного устойчивого состояния и непрерывно переходит из одного состояния квазиравновесия в другое и обратно.
На рис. 3.63 показана схема автоколебательного мультивибратора.
Рис. 3.63
По схеме мультивибратор является двухкаскадным резистивным усилителем, в котором выход одного каскада (коллектор VT1 или VT 2 ) связан через разделительный конденсатор ( C1 или C2 ) с входом другого (база VT 2 или VT1).
Мультивибратор предназначен для получения импульсов напряжения, форма которых близка к прямоугольной, а скважность невелика и обычно лежит в пределах от 2 до 20.
Положительная обратная связь осуществляется по цепи
R3C1 и R2C2 .
Когда включается источник питания, который может подсоединяться к любому плечу мультивибратора, через один из транзисторов проходит большой ток, чем через другой. Благодаря наличию цепи ПОС это приводит к тому, что один из транзисторов при-
ходит в состояние насыщения, а другой – в состоянии отсечки. Предположим, что VT1 открыт и насыщен, а VT 2 закрыт. Затем
конденсатор C1 заряжается до |
Eк и удерживает VT 2 в запертом |
состоянии. Конденсатор C1 начинает разряжаться через резистор |
R3, пытаясь перезарядиться до |
Eк . В момент, когда потенциал |
цепочки R3 C1 (база VT 2 ) |
проходит через нуль, транзистор |
VT 2 открывается, закрывается транзистор VT1. Конденсатор C1 теперь скачком перезаряжается в отрицательном направлении, сохраняя транзистор VT1 закрытым. Как только конденсатор C2 разрядиться через R2 , откроется VT1 и т.д. Выходной сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов снимается с коллектора любого из транзисторов.
На рис. 3.64 изображены выходные импульсы на коллекторе каждого из транзисторов.
Рис. 3.64
Чтобы получить равные по длине импульсы, временные постоянные C1R3 и C2R2 делают равными. Причем временная постоянная 
CR определяет время, в течение которого транзистор остается закрытым.
В ряде случаев необходимо получать одиночные импульсы в определенные моменты времени.
Устойчивое состояние получают запиранием транзистора в одном из плеч мультивибратора постоянным запирающим напря-
жением Eб (см. рис. 3.63, заменив R2 на R 2 и Eб , обозначенные
