Импульсная и цифровая техника

Усилительные каскады

Каскады – несколько ступеней усиления. (есть предварительные и выходные каскады).

Структурная схема

где УЭ – управляющий элемент. E и R – выходная цепь.

Eк- источник питания; T-TP-DP; Rk – резистор главной цепи; Сp1-Cp2 – разделительные конденсаторы; Сp1 - исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по =I; Cp2 – пропускание в цепи нагрузки переменной составляющей и задержание постоянной; R1,R2 – для задания режима покоя каскада; Rэ- элемент отрицательной обратной связи( стабилизация при изменении to); Сэ- шунтирует Rэ по переменному току, исключая появление отрицательной обратной связи в каскаде по переменной составляющей( отсутствие Сэ- привело бы снижению коэффициента усиления Ку); Rн- нагрузка.

Импульсная и цифровая техника

В импульсной технике, в отличии от аналоговой, где сигнал изменяется непрерывно во времени, используются сигналы импульсной формы.

Меньше потребление энергии;

Выше точность;

Меньше зависит от температуры;

Большая помехоустойчивость.

Триггеры(Тр) – это узлы, способные сохранять двоичную информацию (состояние “0” или “1”) после окончания действия входных импульсов.

Это обусловлено тем, что факторами, воздействующими на его состояния – не только внешние управляющие сигналы, но и сигналы самого триггера. По функциональному признаку триггеры тиров R-S; D; T; J-K. По способу управления они делятся на асинхронные и тактируемые.

В асинхронном Тр переключения из одного состояния в другое – при поступлении сигнала на информационный вход. В тактируемых Тр помимо информационных входов имеется вход тактовых импульсов. Их переключения производятся только при наличии разрешающего тактирующего импульса.

Структурная схема R-S триггера (на логических элементах “И-НЕ”)

где Q- прямой выход, – инверсный выход, - единичный выход (для установки “1”) – “set-установка”; - нулевой ( “reset-установка”) – для установки “0” – возврат в исходное состояние.

Временные диаграммы и таблица состояний

Триггер построен на двух логических элементах “или-не”, охваченных перекрестными обратными связями. На базе триггеров может строиться счетчик импульсов. Счетчики бывают суммирующие, вычитающие, реверсивные(суммирование и вычитание).

Логические элементы

ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция)

имеет несколько входов и один общий выход. Реализация на диодах.

F=x1+x2+x3

Условные обозначения

“И” – логическое умножение (конъюнкция)

F= x1x2x3

Условные обозначения и таблица истинности

В исходном состоянии при отсутствии сигналов диоды открыты, их сопротивление мало и все напряжение Eк падает на “R” и на выходе будет ‘0’, при подачи сигналы все диоды закроются и на выходе будет “1”.

НЕ – операция инверсия ( отрицание) . Логический инвертор

При отсутствии сигнала на входе (‘0’) тр-р закрыт и на выходе Uвых=+Eк, F=1. При подаче на вход сигнала ‘1’, тр-р откроется и все напряжение источника Eк упадет на сопротивление Rк и будет ‘0’ на выходе.

Условные обозначения логических элементов на схемах

Операционные усилители (ОУ) представляют собой разновидность усилителей постоянного тока с верхней границей амплитудно-частотной характеристики f_в = 10² —10⁵ Гц. Свое название «опера­ционные» усилители этого типа получили от первоначальной области их преимущественного применения для выполнения математических опера­ций над аналоговыми величинами (сложение, вычитание, интегрирование и т. д.). В настоящее время ОУ применяются при создании электрон­ных устройств самого различного функционального назначения (ста­билизация напряжения, генерация сигналов различной формы и т. д.). Операционные усилители часто выполняют многокаскадными с непо­средственными связями, которые содержат несколько десятков тран­зисторов. На входе ОУ включайся дифференциальный усилительный каскад для уменьшения дрейфа нуля, затем - промежуточные усили­тельные каскады для получения необходимого усиления и на выходе — повторитель напряжения для уменьшения выходного сопротивления. Разработка ОУ — сложная проблема. Однако это не затрудняет их практического применения, так как в настоящее время они изготов­ляются в виде интегральных микросхем.

Подобно схеме замещения дифференциального, усилителя входную и выходную цепи ОУ в режиме малого сигнала удобно представить схемами замещения на рис. 1, где К_ux = 10⁴ - 10⁵ - значение коэффициента усиления напряжения на входе ОУ в режиме холостого хода, r_вх= 10⁴ - 10⁷ Ом и r_вых=10-50 Ом - входное и выходное сопротивления ОУ. Узел с нулевым потенциалом в схеме замещения выходной цепи ОУ соответствует средней точке цепи питания. На рис. 2, а, б приведены условные изображения ОУ.

Усилительные свойства ОУ определяют его амплитудные характери­стики по инвертирующему и неинвертирующему входам при разомкну­той цепи нагрузки (кривые 1 и 2 на рис. 8, а). Для типового значе­ния ЭДС источника питания Е = 10 В насыщение транзистора повторите­ля напряжения выходного каскада произойдет при и_вх»Е/К_ux= ± (0,1 - 1) мВ. Дальнейшее увеличение напряжения и_вх не вызывает изменения напряжения на выходе.

Рис.1

Если ОУ применяется в режиме усиления сигналов, то будем пользо­ваться его условным изображением на рис. 2, а, если также и в ре­жиме насыщения, то на рис. 2, б. Схема на рис. 2, б поясняет равенство напряжений на выходе ОУ в режиме насыщения и источника питания Е или -Е.

Рис. 2