БАЗОВЫЕ ЛЭ ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ: НА МДП-ТРАНЗИСТОРАХ (МОПТЛ, КМОПТЛ)

Логические элементы на МДП-транзисторах

В настоящее время в логических схемах используются МДП-транзисторы с диэлектриком SiO₂ (МОП-транзисторы).

Анализ МОП-транзисторных логических элементов достаточно прост, т.к. из-за отсутствия входных токов их можно рассматривать отдельно от других элементов даже при работе в цепочке.

На рис. 20 показаны два варианта построения логических элементов на МОП-транзисторах с n-каналами.

а б

Рис. 20. Логические элементы на МОП-транзисторах: а) – элемент ИЛИ-НЕ, б) – элемент И-НЕ

Транзисторы Т3 выполняют роль нагрузки.

Логические уровни в обеих схемах не зависят от нагрузки и соответствуют выходным напряжениям открытого и закрытого ключа:

Соответственно, логический перепад составляет:

Напряжение питания E_c МОП-логики выбирают в 3…4 раза больше порогового напряжения U_o открывания транзисторов. Если U_o = 1,5 … 3В, то получаемый логический перепад в 5 … 10В намного превышает значения, свойственные схемам И²Л, ЭСЛ и даже ТТЛ (при напряжении питания 4 … 5В). Поэтому МОП-логика обладает повышенной помехоустойчивостью.

Более высоким быстродействием и низким энергопотреблением характеризуется логика на комплементарных транзисторах вследствие причин, рассмотренных ранее. По принципу действия и схемотехнике КМОП-логика очень близка МОП-логике.

80. Принципы построения устройства с двумя статическими состояниями устойчивого равновесия на логических элементах, основные области их использования.

81. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРИГГЕРОВ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ ПРИЗНАКУ, УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ. ВИДЫ ВХОДОВ ТРИГГЕРОВ.

Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния.

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения.

По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

Триггер содержит элемент памяти (собственно триггер) и схему управления, выполненную, как правило, с помощью комбинационной схемы (КС). Схема управления преобразует поступающую на ее входы информацию (х1,х2, . . ., хм) в комбинацию сигналов, действующих непосредственно на входы собственно триггера.

Классификация триггеров .

По функциональному признаку - этот признак определяет назначение триггера и в ряде случаев является решающим при выборе типа триггера для проектируемого вычислительного устройства или узла. По указанному признаку различают триггеры RS-, D-,T-, JK- и др. типов.

По способу записи информации в триггер -этот признак характеризует способ записи информации и временную диаграмму работы триггера, т.е. определяет ход процесса записи информации в триггер.

По этому признаку триггеры подразделяются на две группы:

а) асинхронные;

б) синхронные;

Асинхронные триггеры Запись информации в асинхронный триггер осуществляется в произвольный момент времени непосредственно с поступлением информационного сигнала на один из установочных входов триггера.

Синхронные триггеры Синхронные триггеры помимо информационных входов содержат один или несколько синхронизирующих входов . Запись информации в такие триггеры осуществляется только при подаче синхронизирующего импульса (С). В свою очередь, синхронные триггеры подразделяются на триггеры, работающие по уровню С – потенциальные триггеры и на триггеры динамического типа, срабатывающие поначалу или концу синхроимпульса.

Обозначение входов триггеров Информационные входы триггера отождествляются с входными переменными и имеют следующие обозначения: S (от английского Set - установка) - вход для асинхронной установки триггера в состояние «1»(S - вход); R (от английского Reset - сброс) - вход для асинхронной установки триггера в состояние «0» (R - вход);

Обозначение входов триггеров D (от английского Delay - задержка) - информационный вход для установки триггера в состояние «1» или «0» (D - вход); T (от английского Toggle - кувыркаться) - счетный вход (T - вход); J - вход для синхронной установки состояния «1»в универсальном J-K - триггере (J - вход);

Обозначение входов триггеров К - вход для синхронной установки состояния «0» в универсальном J-К - триггере (К - вход); С - вход синхронизации (С - вход).

82. АСИНХРОННЫЙ RS-ТРИГГЕР, СИНХРОННЫЙ RS-ТРИГГЕР.

Асинхронный триггер переключается непосредственно в момент изменения сигнала на управляющем входе (R, S или Т).

Синхронный триггер переключается под воздействием сигнала на управляющем входе (R, S, T или D) в строго определённые (тактовые) моменты времени, соответствующие активному сигналу на входе С, и не реагирует на изменение сигналов на управляющих входах при пассивном сигнале на входе С.

Наиболее удобно использовать таблицу истинности, которая, применительно к триггерным схемам, называется таблицей переходов. В такой таблице используется значение выходного сигнала Q_n (что было до появления сигнала на входе триггера) и значение Q_n+1 (что стало после появления сигнала на входе триггера).

Асинхронный RS-триггер имеет только два управляющих входа: R – вход сброса и S – вход установки. Это простейший элемент памяти, который может быть реализован на ЛЭ И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Рассмотрим таблицы переходов асинхронного RS-триггера (таблица 5.1). Пример такого триггера – микросхема К561ТР2.

Рассмотрим известную схему RS-триггера на элементах И-НЕ (Рис. 1). Поскольку выход не является инверсией выхода Q, изменим обозначения выходов устройства на нейтральные 0 и 1 соответственно. Самим логическим элементам с этими выходами присвоим те же номера. Количество полных состояний устройства соответствует элементам множества A×S, где A – множество состояний входов, а S – множество состояний внутренних линий. В нашем случае внутренние линии соединены с выходом, поэтому можно поступить проще и определить состояние нашего устройства как совокупность состояний всех его сигнальных линий. Промаркируем все сигнальные линии в схеме. Чтобы не потерять какую-нибудь линию, маркировку выполним так, чтобы имелись пометки на всех выводах устройств, входящих в схему. При этом, естественно, учитывается, что сигнальная линия может иметь только один номер. Всего получается четыре линии – a, b, c и d.

Так как каждая из линий может принять только два возможных состояния, то общее количество потенциально возможных состояний схемы не может превышать 2⁴=16.

RS триггер.

Триггеры широко используются для создания различных счетчиков и делителей частоты. На них строятся элементы памяти, такие как ОЗУ или регистры. Именно поэтому трудно найти работу выпускнику, который не освоил работу с триггерами. Изучение работы триггеров начнем с простейшего триггера, который называется RS триггер.

RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние (записывать единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние (записывать ноль).

Синхронный RS триггер отличается от асинхронного триггера тем, что состояние триггера меняется при синхронизирующем сигнале равным «1». Синхронизирующий вход обозначается буквой C (clock)

Рис. 6.3.1. Функциональная схема синхронного однотактного триггера

83. D-ТРИГГЕР, Т-ТРИГГЕР.

D-триггер (от английского DELAY) называют информационным триггером, также триггером задержки. D - триггер бывает только синхронным. Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.

По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний, приведенной на рис. 3.8, а. На рис. 3.8, б приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.

Как следует из управляющей таблицы, D-триггер имеет как минимум две входные линии: одна - для подачи синхроимпульсов; другая- информационных сигналов. Схемное обозначение D - триггера приведено на рис. 3.9.

Т-триггер - это счетный триггер. Т-триггер имеет один вход (вспомогательные входы принудительной установки “0” и “1” не рассматриваются), куда подают тактирующие (счетные ) импульсы. После подачи каждого тактирующего импульса состояние Т-триггера меняется в обратное (инверсное) предыдущему состоянию (аналогично состоянию JK-триггера при комбинации входных переменных J=1 и K=1). Т-триггеры строятся только на базе двухступенчатых (RS, D, JK) триггеров.

Т-триггер можно синтезировать из любого типа двухступенчатого триггера. Рассмотрим пример синтеза Т-триггера из JK-триггера. Для этого Т-триггер представим как совокупность комбинационного устройства КУ и JK-триггера (рис. 3.19).

T-триггеры широко применяются в схемах деления и умножения частоты. Без них было бы невозможна реализация синтезаторов частот, которые применяются в качестве задающих генераторов в передатчиках и гетеродинов в приемниках раций, мобильных телефонов или GSM навигаторов. Не менее важна роль T-триггеров в формировании тактовой частоты цифровых микросхем, таких как центральные процессоры компьютеров, планшетов или цифровых фотоаппаратов.

84. MS-ТРИГГЕР, JK-ТРИГГЕР.

MS-триггер

Различные триггеры могут выполнять одинаковые функции за счет использования дополнительных связей.

На основе JK-триггера можно получить любой другой триггер, например, синхронные D-триггер, T-триггер, RS–триггер с динамическими входами C

По принципу построения различают одноступенчатые триггеры, рассмотренные выше, и двухступенчатые триггеры. Последние состоят из двух ячеек памяти – последовательно включенных триггеров (рис. 13). Триггер D1 имеет тактовый вход C, который реагирует на передний фронт импульса синхронизации C, а входы триггера D2 реагирует на задний фронт этого импульса. Вначале информация записывается в первую ступень D1, а затем переписывается во вторую D2 и появляется на выходе.

Двухступенчатый триггер обозначается вместо символа T символами TT, управляется по обоим фронтам, реализуются по схеме «ведущий-ведомый» (вход C как у D1).

Рис. MS-триггер:

а – принципиальная схема; б – временные диаграммы работы

Последовательность работы MS-триггера:

- на интервале времени t₁ – t₂ ведущий триггер D1 сохраняет поступающую в него информацию, ведомый триггер D2 отключен от D1;

- на интервале времени t₂ – t₃ оба триггера отключены;

- на интервале времени t₃ – t₄ ведущий триггер D1 отключен от информационных сигналов, ведомый триггер D2 сохраняет поступающую в него информацию от D1.

Двухступенчатые триггеры могут состоять из собственно триггера и динамической промежуточной ячейки памяти. Они управляются только одним фронтом тактового импульса – передним фронтом из 0 в 1.

Данные MS-триггеры используются в цифровых устройствах, где при поступлении тактового сигнала информация записывается в первый триггер и не должна проходить сразу во все триггеры, подключенные последовательно за первым (регистры).

Чтобы предотвратить такое сквозное прохождение сигнала, для одноступенчатых динамических триггеров нужно использовать импульсы синхронизации с очень крутыми (короткими по времени) фронтами.

Тогда благодаря задержке переключения первого триггера, подключенный к нему триггер успеет перейти в режим хранения до поступления на его вход новой информации, т.к. сигнал на тактовом входе, общий для всех триггеров, уже успеет переключиться в постоянное значение и отключит этот триггер.

JK-триггер.

JK-триггеры не имеют неопределенных состояний. При всех входных комбинациях, кроме J = K = 1, они действуют подобно RS-триггеру. Причем J играет роль S, а К=R.

При J=K=1 в каждом такте происходит опрокидывание триггера и выходные сигналы меняют свое значение.

JK-триггеры относятся к универсальным устройствам (регистры, счетчики, делители), но кроме того, путем определенных соединений выводов, легко преобразуются в триггеры других типов.

По схеме JK-триггеры отличаются от RS-триггеров наличием обратной связи с выхода на вход, поэтому состояние JK-триггера зависит не только от сигналов на входах J и K, но и от логической связи с ними сигнала с выходов Q и Q¯.

Элементы временной задержки играют роль стабилизированного состояния триггера и на его функциональные свойства не влияют. Назначение – создание временного сдвига между моментом ввода входной информации JⁿQⁿ¯ или KⁿQⁿ и начала выхода Qⁿ⁺¹ и Qⁿ⁺¹¯.

Без этих цепей во время действия комбинации Jⁿ = Kⁿ = 1 началась бы генерация для предотвращения которой задержка должна быть превыше длительности тактирующих импульсов.

Действие JK-триггера: Qⁿ⁺¹ = Jⁿ Qⁿ¯VKⁿ¯Qⁿ.

85. МУЛЬТИВИБРАТОР НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.

Мультивибраторы на биполярных транзисторах наиболее часто выполняют по симметричной схеме с коллекторно-базовыми связями (рис. 17.1,а). Как и для триггера, симметричность означает идентичность симметрично расположенных элементов, т. е. RK1= RK2, RБ1= RБ2, СБ1=СБ2, параметры транзисторов одинаковы.

Как видно из рисунка, мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов с ОЭ, выходное напряжение каждого из которых подается на вход другого. В схеме мультивибратора использованы транзисторы р-п-р-типа.

При подсоединении схемы к источнику питания Ек оба транзистора пропускают коллекторные точки, поскольку на базы через резисторы RБ1 и RБ2 подается отрицательное смещение. Однако такое состояние схемы неустойчивое. Из-за наличия в схеме положительной обратной связи выполняется условие βКу>1 и двухкаскадный усилитель самовозбуждается. Начинается процесс регенерации — быстрое увеличение тока одного транзистора и уменьшение тока другого транзистора.

Пусть в результате любого случайного изменения напряжений на базах или коллекторах несколько увеличится ток IK1 транзистора VT1. При этом увеличится падение напряжения на резисторе RK1 и коллектор транзистора VT1 получит приращение положительного потенциала. Поскольку напряжение на конденсаторе СБ1 не может мгновенно измениться, это приращение прикладывается к базе транзистора VT2,

Рис. 17.1. Симметричный мультивибратор на биполярных транзисторах:

a — схема; , — временные диаграммы

На временных диаграммах рис. 17.1, б описанные процессы соответствуют моменту времени t = 0. Теперь конденсатор СБ2 быстро заряжается по цепи +ЕK — эмиттер — база транзистора VTl — CБ2 — RК2 — ЕK до напряжения Ек. Конденсатор СБ1 заряженный в предыдущий период, перезаряжается через резистор RБ2 и открытый транзистор VT1 током источника питания Ек и напряжение на нем стремится уменьшиться до — Ек (см. график для UБ2). В момент времени t1 напряжение = UБ2 меняет знак, что вызывает отпирание транзистора VT2 и появление IK2. Увеличение тока IK2 приводит к процессу, аналогичному описанному ранее при увеличении тока IK1. В результате транзистор VT2 входит в режим насыщения, а транзистор VT1 — в режим отсечки (второе временно устойчивое состояние равновесия). В промежутке времени tx —12 происходит заряд конденсатора СБ1 и перезаряд конденсатора СБ2.

86. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ.

Мультивибратор (МВ) – это генератор прямоугольных импульсов с RC-связями. Мультивибраторы строятся как усилители с положительной обратной связью и коэффициентом усиления по контуру много больше единицы, или с применением нелинейных элементов. Автоколебания мультивибратора на операционном усилителе обеспечиваются нелинейным элементом с релейной характеристикой.

Функциональная схема мультивибратора приведена на рис. 6.6,а, принципиальная схема на рис. 6.6,б. Нелинейный элемент НЭ1 не может находиться в нулевом состоянии, его выходное напряжение принимает два крайних значения. Апериодическое звено (время задающая цепь ВЗЦ) обеспечивает задержку переключения НЭ1.

Нелинейный элемент выполнен на операционном усилителе DA1 с положительной обратной связью (инвертирующем компараторе с релейной характеристикой).

Рис. 6.6 Автоколебательный мультивибратор на операционном усилителе

а) – Функциональная схема; б) – принципиальная схема.

Пороговые напряжения переключения равны

, (6.9)

где - напряжение насыщения операционного усилителя.

Пусть после подачи напряжения питания на выходе компаратора установится отрицательное напряжение, тогда это напряжение начнет заряжать конденсатор С1. Когда конденсатор С1 зарядится до напряжения –U_ПОР, произойдет переключение компаратора, положительное напряжение компаратора обеспечит перезаряд конденсатора С1 в положительном направлении. Переключение компаратора произойдет, когда конденсатор С1 зарядится до положительного напряжения переключения + U_ПОР. Отрицательное напряжение на выходе компаратора опять приведет к перезаряду конденсатора в сторону отрицательного напряжения.

Определим длительность формирования положительного импульса на выходе компаратора

, или

отсюда

. (6.10)

Период автоколебаний .

Выражение (6.10) показывает, что стабильность автоколебаний определяется стабильностью параметров элементов и не зависит от напряжения насыщения, соответственно, напряжения питания схемы. Выходом схемы может являться как выход компаратора, тога схема является генератором прямоугольных импульсов, или напряжение конденсатора, тогда схему можно рассматривать, с некоторым допущением, как генератор треугольных импульсов.

87. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ.

Нередко при отсутствии микросхем мультивибраторов построение генераторов меандра осуществляется на логических элементах НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др., благодаря простоте реализации и хорошим эксплуатационным характеристикам.

При сравнительно невысоких требованиях к частоте колебаний чаще всего используются элементы на КМОП-логике1), обладающей высокой помехоустойчивостью в диапазоне напряжения питания от 3 до 15 В, большой амплитудой выходного напряжения, высоким входным и низким выходным сопротивлениями, сравнительно высокой частотой генерации, хорошей температурной стабильностью, малым энергопотреблением.

Как правило, в одной микросхеме размещается от двух до шести идентичных логических элементов, на которых и строится генератор. Приведем одну из широко распространенных схем мультивибратора, реализуемого на двух логических элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ КМОП-логики (рис. 2.5,а).

Рассмотрим работу генератора с момента подачи напряжения питания на него, полагая, что конденсатор до этого был полностью разряжен.

Рис. 2.5

На выходе мультивибратора сначала низкий уровень напряжения (рис. 2.5,б). На входе А логического элемента (ЛЭ) DD1.1 также потенциал низкого уровня, а на выходе этого же элемента устанавливается высокий уровень напряжения (точка Б).

Выбор конкретных значений емкости С и сопротивления R определяется рекомендуемым диапазоном: С = 100 пФ… 0,5 мкФ; R = 20 кОм… 5МОм. Верхний предел емкости С и нижний – сопротивления R обуславливаются максимально допустимыми значениями выходного тока выбранной микросхемы.

В случае необходимости плавного изменения скважности выходных импульсов последнее обеспечивается разделением цепей заряда и разряда конденсатора и реализуется по схеме (рис. 2.6).

Рис. 2.6

В этой схеме конденсатор С в одну часть периода заряжается через диод VD1, нижнюю часть резистора R3 и резистор R4, а в другую часть периода – через VD2, верхнюю часть резистора R3 и резистор R2. Для случая, когда R2 = R4 = R, а R3 = 10R, при перемещении подвижного контакта резистора R3 скважность будет изменяться в пределах от 10:1 до 1: 10. Период колебаний при этом практически не изменяется.

88. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ЦАП). ПАРАМЕТРЫ ЦАП.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) - это устройство для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал по величине, пропорциональной значению кода.

ЦАП применяются для связи цифровых управляющих систем с устройствами, которые управляются уровнем аналогового сигнала. Также, ЦАП является составной частью во многих структурах аналого-цифровых устройств и преобразователей.

ЦАП характеризуется функцией преобразования. Она связывает изменение цифрового кода с изменением напряжения или тока. Функция преобразования ЦАП выражается следующим образом

, где

U_вых - значение выходного напряжения, соответствующее цифровому коду N_вх, подаваемому на входы ЦАП.

U_мах - максимальное выходное напряжение, соответствующее подаче на входы максимального кода N_мах

Статические параметры

Разрешающая способность - приращение Uвых при преобразовании смежных значений Dj, т.е. отличающихся на ЕМР. Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования h=U_пш/(2N-1), где U_пш - номинальное максимальное выходное напряжение ЦАП (напряжение полной шкалы), N - разрядность ЦАП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.

Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.

Является мультипликативной составляющей полной погрешности. Иногда указывается соответствующим числом ЕМР.

Погрешность смещения нуля - значение Uвых, когда входной код ЦАП равен нулю. Является аддитивной составляющей полной погрешности. Обычно указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:

Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования U_вых(D) от оптимальной (линия 2 на рис. 22). Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности. Нелинейность обычно определяется в относительных единицах, но в справочных данных приводится также и в ЕМР. Для характеристики, приведенной на рис. 22.

Дифференциальная нелинейность - максимальное изменение (с учетом знака) отклонения реальной характеристики преобразования Uвых(D) от оптимальной при переходе от одного значения входного кода к другому смежному значению. Обычно определяется в относительных единицах или в ЕМР. Для характеристики, приведенной на рис. 22,

Монотонность характеристики преобразования - возрастание (уменьшение) выходного напряжения ЦАП Uвых при возрастании (уменьшении) входного кода D. Если дифференциальная нелинейность больше относительного шага квантования h/Uпш, то характеристика преобразователя немонотонна.

Динамические параметры

Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразном изменении входного кода, обычно от величины "все нули" до "все единицы" (рис. 23).

Температурная нестабильность ЦА-преобразователя характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.

Погрешности полной шкалы и смещения нуля могут быть устранены калибровкой (подстройкой). Погрешности нелинейности простыми средствами устранить нельзя.

Время установления - интервал времени от момента изменения входного кода (на рис. 23 t=0) до момента, когда в последний раз выполняется равенство|U_вых-U_пш|=d/2,

Скорость нарастания - максимальная скорость изменения Uвых(t) во время переходного процесса. Определяется как отношение приращения Uвых ко времени , за которое произошло это приращение. Обычно указывается в технических характеристиках ЦАП с выходным сигналом в виде напряжения. У ЦАП с токовым выходом этот параметр в большой степени зависит от типа выходного ОУ.

Для перемножающих ЦАП с выходом в виде напряжения часто указываются частота единичного усиления и мощностная полоса пропускания, которые в основном определяются свойствами выходного усилителя.

89. АНАЛОГОВЫЕ КОМПАРАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ.

Компаратор является одним из важнейших элементов преобразовательной техники, в частности, аналого-цифровых преобразователей, систем предельного контроля и т.п.

Функциональное назначение компаратора заключается в изменении состояния выхода при переходе входным напряжением некоторого порогового значения. В качестве компаратора может применяться ОУ. При этом ОУ работает преимущественно в области положительного или отрицательного ограничения выходного напряжения, проходя область усилительного режима только вблизи порога.

Простейший компаратор (рис.1) состоит из операционного усилителя DA без обратной связи; опорное напряжение U_r подается на неинвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий вход поступает входной сигнал U_i_n. При U_i_n> U_r на выходе компаратора устанавливается напряжение U_o_ut = U_вых_min (в данном случае – отрицательное выходное напряжение насыщения ОУ). Если U_i_n> U_r, то на выходе компаратора установится напряжение U_o_ut = U_вых_max. Если поменять местами входы, это приведет к инверсии выходного сигнала.

Рис. 1.

90. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (АЦП). ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ОБЛАСТЯМ ПРИМЕНЕНИЯ. ПАРАМЕТРЫ АЦП.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.

Принципиально не исключена возможность непосредственного преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях из-за сложности таких преобразователей. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным признается способ преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические, а затем уже с помощью преобразователей напряжение-код - в цифровые. Именно эти преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП.

Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывных сигналов, которую реализуют с помощью АЦП, представляет собой преобразование непрерывной функции времени U(t), описывающей исходный сигнал, в последовательность чисел {U'(t_j)}, j=0,1,2,:, отнесенных к некоторым фиксированным моментам времени. Эту процедуру можно разделить на две самостоятельные операции. Первая из них называется дискретизацией и состоит в преобразовании непрерывной функции времени U(t) в непрерывную последовательность {U(t_j)}. Вторая называется квантованием и состоит в преобразовании непрерывной последовательности в дискретную {U'(t_j)}.

В основе дискретизации непрерывных сигналов лежит принципиальная возможность представления их в виде взвешенных сумм

где a_j - некоторые коэффициенты или отсчеты, характеризующие исходный сигнал в дискретные моменты времени; f_j(t) - набор элементарных функций, используемых при восстановлении сигнала по его отсчетам.

Наиболее распространенной формой дискретизации является равномерная, в основе которой лежит теорема отсчетов. Согласно этой теореме в качестве коэффициентов a_j следует использовать мгновенные значения сигнала U(t_j) в дискретные моменты времени t_j=jDt, а период дискретизации выбирать из условия Dt=1/2F_m,

где F_m - максимальная частота спектра преобразуемого сигнала. При этом выражение (1) переходит в известное выражение теоремы отсчетов

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 340; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 17 18 19 20 21 22 23 24 2526

Мы поможем в написании ваших работ!