Генераторы импульсов напряжения на логических элементах

Логические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств цифровой обработки информации в устройствах автоматики, цифровых измерительных приборах и, главное, — в вычислительных машинах. Цифровую информацию обычно представляют в двоичной форме, в которой сигналы принимают только два значения: «0» (логический нуль) и «1» (логическая единица). Логическими преобразованиями двоичных сигналов занимается специальный раздел математики — Булева алгебра (по имени английского математика Джорджа Буля). Логические преобразования двоичных сигналов включают три элементарные операции, выполняемые элементами: ИЛИ (дизъюнкция), И (конъюнкция), НЕ (инверсия). Условные обозначения этих элементов показаны на рис. 23. Там же приведены простейшие электрические цепи, выполняющие эти операции, но более привычные для электриков-сильноточников.

Рис.23.

Буквами обозначены сигналы входных цепей, а буквой — выходные сигналы.

На рис. 23,а и 23,г показан элемент логического сложения — элемент ИЛИ, дающий на выходе «1», если хотя бы на один из нескольких входов подана «1». На рис. 23,г показана схема элемента, где при включении одного или нескольких из параллельных выключателей SA загорается лампочка EL, сигнализирующая «1».

На рис. 23,б и 23,д показан элемент логического умножения, дающий на выходе «1», если на все входы подана «1». На рис. 23,д — лампочка EL загорится только при включении всех последовательных выключателей SA.

На рис. 23,в и 23,е показан элемент логического отрицания НЕ, дающий на выходе «0», если на его входе «1», и, наоборот, дающий на выходе «1», если на его входе «0». На рис. 23,е — лампочка EL подключена к источнику «1» () через нормально замкнутые контакт-реле К1.1 и горит. При подаче на вход, то есть на катушку реле — через выключатель SA напряжения «1», реле К1 отключает нормально-замкнутый контакт К1.1, и лампа погаснет.

В настоящее время логические элементы широко используются для построения схем генераторов импульсных напряжений. Ниже кратко рассмотрены в виде примеров схемы мультивибраторов, реализованных с использованием различных логических элементов.

Для мультивибраторов, в частности, можно использовать элементы НЕ, принципиальная схема которых показана на рис. 24,а. На рис. 25 приведён пример исполнения мультивибратора на интегральной микросхеме.

Рис.24.

Рис.25.

Можно применять и более сложные, например, И-НЕ или ИЛИ-НЕ схемы. Следует иметь в виду, что в одном корпусе микросхемы помещается несколько логических элементов, например, шесть элементов НЕ.

На рис. 26 показана схема мультивибратора на двух элементах НЕ и временные диаграммы входных и выходных напряжений. На этом рисунке логические элементы НЕ изображены в виде квадратиков DD1 и DD2, которые выполняют операции инвертирования.

Рис.26а.

Рис.26,б.

На них показаны: «1» — , «0» — , — это зона на характеристике вход-выход,(ХВВ), где элемент имеет наибольший коэффициент усиления (рис. 26,б). Напряжение получают как падение напряжения на резисторах R1, R2 от тока, вытекающего из эмиттеров VT1 (рис.24,а), приводимого в справочниках.

На подходе к точке А1 (рис.25,б) , и поэтому . В момент (точка А1) экспонента пересекает уровень , мультивибратор опрокидывается, и . Аналогичный процесс происходит в точке А2, когда мультивибратор снова опрокидывается, и напряжение поднимается от до , а на выходе 1 напряжение уменьшается до .

Таким образом, напряжение на входах логических элементов управляет работой генератора. Это напряжение создают конденсаторы С1 и С2, которые быстро заряжаются по цепи: ВЫХОД1-С2-ВХОД DD2, либо: ВЫХОД2-С1-ВХОД DD1, а затем С2 разряжается через резистор R2, а С1 — через R1 по экспоненте