Простейшие формирователи импульсов

К простейшим и наиболее распространенным устройствам формирования импульсов относятся ограничители,а также линейные цепи, включенные на их выходе.

Ограничителем называют нелинейный четерехполосник, выходное напряжение которого повторяет форму входного напряжения, если последнее не выходит за рамки ограничения и почти не изменяется, если входное напряжение превышает эти уровни.

Диодные ограничители-схемы, состоящие из диодов (диодного ключа) и источников смещения который определяет пороговые напряжения.

а) последовательный диодный ключ ( с нулевым уровнем включения)

Рис.4.1

б) параллельный диодный ключ с нулевым уровнем включения

Рис. 4.2

Часто в качестве ограничителей применяют устройства с кремниевыми стабилитронами. Уровень ограничения этих устройств определяются напряжением стабилизации стабилитрона Uст.

а) односторонний ограничитель

Рис.4.3

Для формирования импульсов с амплитудой, пропорциональной крутизне(фронта) входного сигнала применяют дифференцирующие укорачивающие цепи. Такие цепи используют для получения коротких двуполярных импульсов из импульсов прямоугольной или трапециидальной формы (которые могли быть получены с помощью пассивных формирователей-ограничителей).

Рис.4.4 Схема параллельного ограничителя с дифференцирующей цепочкой.

4.3 АКТИВНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

4.3.1 КЛЮЧ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Транзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки — главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом (реле, контактором), качество транзисторного ключа определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением ) на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенном (закрытом) состоянии.

Основой всех узлов и схем импульсной и цифровой техники является так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе, работающем в ключевом режиме. Построение ключевой схемы подобно усилительному каскаду. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот вид включения биполярного транзистора и используется далее при рассмотрении ключевого режима его работы.

Ключевая схема на транзисторе типа n-р-n показана на рис. 5.5 Транзистор VТ1 выполняет функцию ключа в последовательной цепи с резистором Rк и источником питания Eк.

Входное напряжение, обеспечивающее перевод ключа в насыщенное состояние

U_ВХ = Е_К R1*s / R2*h_{21 E} + U_БЭ

Коэффициент насыщения

s = I_{Б НАС}/ I_{Б ГР}

Ток базы

I_Б = (U_ВХ - U_БЭ)/ R1

Рис. 4.5

4.3.2 КОМПАРАТОРЫ

Компараторы – устройства сравнения. Переключение компаратора происходит при равенстве значений входных сигналов.

а) простейший рис.

Условие переключения U_вх = U_оп

Выходное напряжение

U_вых = U⁺ _{вых max оу} при U_вх < U_оп

U_вых = U^- _{вых max оу} при U_вх>U_оп Рис.4.6

б) триггер Шмита (компаратор с передаточной характеристикой в виде петли)

Коэффициент положительно обратной связи (ПОС)

æ=R₁/(R₁+R₂)

Пороговые напряжения триггера Шмитта.

U_СР = U_ОП + (ôU_{ВЫХ max ОУ} ô - U_ОП)*R₁/(R₁+R₂)

U_ОТП = U_ОП - (ôU_{ВЫХ max ОУ} ô + U_ОП)*R₁/(R₁+R₂)

Рис. 4.7

4.3.3 Мультивибраторы на ОУ

Мультивибраторы – генераторы прямоугольных импульсов. Возможность создания мультивибратора на ОУ основывается на использовании ОУ в качестве порогового узла (компаратора).

UВЫХ

Компаратор на ОУ с положительной ОС (ПОС - R1, R2) – рис. 4.7, имеющий передаточную характеристику в виде петли (триггер Шмитта), является основой схемы мультивибратора, автоколебательный режим которого обеспечивается благодаря подключению к инвертирующему входу (в цепь ООС) времязадающей (интегрирующей) цепочки R3C1.