Автогенератори на базових логічних елементах

6.1 Автогенератори на базових логічних елементах

Автогенеруючими властивостями володіють схеми, охоплені додатнім зворотнім зв’язком за змінною складовою сигналу, в найпростішому випадку, в якості базових структур можна використовувати ТТЛ інвертори, в яких інвертування вихідного сигналу одного каскаду через конденсатор замикається на вхід іншого елемента.

В таких схемах сигнали на виходах є інверсними один відносно одного. В зображеній схемі реалізуються умови балансу фаз і балансу амплітуд в широкому діапазоні частот. Якщо уявити, що в ідеальному випадку на конденсаторах немає зсуву фаз складає , то загальний зсув сигналу при проходженні двох каскадів буде , тобто виконується умова балансу фаз. Оскільки ідеальний інвертор працює в ключовому режимі, то його коефіцієнт підсилення >>1. Це підтверджує умову балансу амплітуд. Автогенераторний режим забезпечується зворотнім зв’язком. Нехай на одному виході в певний момент часу напруга приймає максимальне значення, тобто логічну 1, на іншому –логічний 0. Тоді за рахунок заряду конденсатора, що з’єднаний з високим потенціалом виходу через резистор, протікатиме струм зарядки. Це приводить до зміни потенціалу на вході іншого каскаду і до інвертування вихідної напруги на обидвох каскадах. Тривалість перехідного процесу визначається постійною часу RC-кіл, тобто t=RC. Якщо параметри RC- кіл підібрати симетричними, то шпаруватість імпульсів складатиме q = 2. При реалізації автогенераторної схеми на елементах КМОН логіки потрібно врахувати, що вхідний струм такої схеми, тобто КМОН елемента → 0, оскільки вхідний опір практично безмежний, тоді для забезпечення протікання струмів перезарядки конденсаторів навантажувальні резистори на вході логічного елемента шунтують додатковими діод ними ключами, які забезпечують протікання струмів переполяризації конденсаторів і їх роботу в біполярному режимі. Різновидністю схеми автогенератора є каскад з однією часозадаючою RC-ланкою.

ДД – цифрова інтегральна мікросхема;

ДА – аналогова мікросхема

Пояснити роботу такої схеми найлегше, використовуючи КМОН логіку. Оскільки вхідний опір КМОН елементів →, то при нульовому значенні напруги на вході першого і виході другого логічного елемента, струм, що протікає від виходу першого елемента, буде заряджати конденсатор. При досягненні порогової напруги на конденсаторі, на вході першого елемента досягається рівень потенціалу, що забезпечує його перекомутацію, тобто на вході першого і виході другого елемента реалізується стан логічної одиниці, а в точці з’єднання логічних елементів – стан логічного нуля. Таким чином конденсатор, який зарядився за перший півперіод виявляється перекомутованим, зліва він буде підключений до точки низького потенціалу, справа – до точки з високим потенціалом. Це забезпечує його розряд і пере поляризацію протягом наступного півперіоду. Далі релаксаційний процес продовжується.

Генератори з часозадаючим конденсатором

В таких схемах в якості часозадаючих елементів використовують конденсатор і ТТЛ інвертор, при цьому, конденсатор працює в уніполярному режимі, тобто напруга на його обкладках не міняє знаку, а тільки змінюється від мінімального до максимального значення.

В якості баластного (газозадаючого) елементу тут використовується вхідний опір ТТЛ інвертора. В схемах з підвищеною швидкодією застосовують схеми генерування, в яких часозадаючими елементами виступають перехідні ємності та опори самих логічних елементів. Тоді тривалість сигналів визначається тільки сумарною тривалістю фронту і спаду імпульсу самих ключових елементів.

Недоліком таких схем є значний розкид технологічних параметрів елементів, що відповідно приводить до нестабільності генерованих коливань. В комп’ютерній техніці, для забезпечення надійної роботи цифрових схем, частоту синхронізації потрібно підтримувати з точністю до 1/1000. Для забезпечення такої точності в аналогових схемах застосовують спеціальні схеми термостабілізації і захисту від зовнішніх завад. В цифрових схемах найпростіше реалізувати задану стабільність частоти з допомогою кварцових резонаторів у колах зворотного зв’язку.

Одновібратори

На відміну від схеми мультивібраторів, в одновібраторних схемах додатково використовують коло живлення і коло запускаючого імпульсу на вході однієї з логічних схем. Таким чином для реалізації одно вібратора потрібно використати як мінімум двовходові логічні комірки. За рахунок розділення входу керування і входу зворотного зв’язку C1R в схемі реалізується квазістабільний стан при наявності запускаю чого імпульсу Uкерування. При цьому умовою релаксаційного процесу є співвідношення: τк<τі≈RC.

1) Для реалізації генераторів імпульсів логічну 1 та логічний 0, використовують окремо схеми з зворотними зв’язками, де вхід і вихід розділені логічними елементами.

2) Загальна особливість таких схем є те, що один каскад використовується як часозадаючий каскад, а другий – як керуючий. При цьому в першій схемі для генерування додатного імпульсу процес зарядки конденсатора С1 визначається ввімкненим до виходу каскаду між клемами джерела живлення. При логічному нулю на виході елементу ДД1, конденсатор С1 заряджається через резистор R1, а при логічній одиниці – розряджається через резистор R3. Тоді як в другій схемі процес перекомутації С2 забезпечується в першому півперіоді резистором R1, а в другому півперіоді – діодом VД. Тривалість генерованих імпульсів визначається співвідношенням:

7. Електроживлення аналогових і цифрових пристроїв 7.1 Структура, класифікація та основні параметри джерел вторинного живлення електрообчислювальної техніки

В сучасній електроніці та обчислювальній техніці використовуються джерела живлення, побудовані за двома структурними схемами. Перша схема – традиційна лінійна схема, що забезпечує перетворення енергії первинного джерела, найчастіше змінного струму у певну величину постійної напруги, необхідну для живлення електронних каскадів. Вона складається з трансформатора, що забезпечує перетворення енергії одного рівня до напруги іншого рівня, випрямляча, який перетворює змінний струм у постійний, потужного фільтра, призначеного для відділення змінної складової випрямленого струму від постійної складової і стабілізатора, який забезпечує підтримання постійного значення вихідної напруги чи струму при дії зовнішніх дестабілізуючих факторів (температура, електромагнітні завади).