Главная >  Источники и стабилизаторы тока 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

логические схемы. Поэтому выходные напряжения каждого компаратора напряжения согласуются с ТТЛ, ТЛЭС или КМОП-логи-ческими схемами. Подобно ОУ в компараторах напряжения обычно три каскада: входной ДУ, промежуточный усилитель и формирователь уровня (ФУ) (рис. 1.26).


Рис. 1.26. Структура полупроводникового компаратора

Основные схемотехнические различия современных компараторов напряжения заключены в конструкции формирователя уровня (ФУ). Последний может быть эмиттерный повторителем (521СА5, 521СА2), одновходовым (521САЗ) или дифференциальным (597СА1) усилителем, логическим элементом (597СА2, 521СА4) [14]. Однако независимо от своей конструкции формирователь уровня должен быть усилителем мощности, формирующим на выходе компаратора соответствующие уровни напряжений лог. О U° или лог.

1 ик

Точностные параметры компараторов аналогичны параметрам ОУ. В компараторах напряжения один динамический параметр - время переключения (иногда называют временем восстановления) выходного напряжения. Их эксплуатационные параметры отличаются от параметров ОУ только названиями уровней выходного напряжения.

При проектировании компараторов напряжения с предельным для данной технологии изготовления микросхем сочетанием точности, быстродействия и потребляемой мощности можно воспользоваться пороговой Ав и удельной An энергиями в качестве целевых функций оптимизации [14-16]. Здесь и Аи - это энергии, затрачиваемые на входе компаратора и в цепи его питания за время переключения (/вых от напряжения лог. О до напряжения лог. 1, или наоборот (см. § 1.6).

В полупроводниковых компараторах напряжения, предназначенных для точного (б10~) сравнения быстроменяющихся сигналов большой амплитуды, ДУ работают в нелинейном режиме в течение переключения выходного напряжения. Основным узлом



современных компараторов являются ДУ с резисторной нагрузкой. Особенно противоречивы требования к параметрам элементов и режиму работы входного ДУ, который определяет входные параметры компаратора (входные токи, напряжение смещения нуля, их температурные дрейфы и т. д.) и должен за минимальное время при минимальной потребляемой мощности обеспечить максимальный сигнал для переключения промежуточного усилителя. Поэтому в компараторах стремятся технологическими или схемотехническими средствами устранить насыщение транзисторов ДУ [17]. Для компаратора применимы методы улучшения точностных параметров, описанные для ОУ. Улучшение их динамических и эксплуатационных параметров рассмотрено в гл. 5.

1.4. ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТАЙМЕРОВ

Таймеры предназначены для формирования импульсов с регулируемыми длительностью и скважностью. Все современные таймеры можно разделить на два класса: однотактные и много-тактные со встроенным счетчиком [18].

Однотактные таймеры обеспечивают формирование временных интервалов с длительностью от микросекунды до часа. Структуры однотактных таймеров можно представить одной упрощенной схемой (рис. 1.27). Длительность формируемого таймером интервала

Г I I

Сбров

двоич-

счвтчик

Запувк


JL Сброс Запуск

Рис. 1.27. Структурная схема од-нотактного таймера

Рис. 1.28. Структурная многотактного таймера

схема

времени определяется током заряда внешнего времязадающего конденсатора Ct. Ток заряда Ct, в свою очередь, определяется сопротивлением внешнего времязадающего резистора Rt. Формируемый таймером временной интервал Ги пропорционален постоянной времени /?гСгцепи и определяется длительностью изменения напряжения на Ct в пределах некоторого диапазона, установленного внутренним резисторным делителем таймера.

Работает однотактный таймер, представленный в виде структуры на рис. 1.27, следующим образом. В исходном состоянии, ко-

2 Зак. 121 35



гда ключ Si замкнут, напряжение на конденсаторе уменьшается до нуля и на выходе таймера устанавливается низкий уровень напряжения около 0,1 В. При подаче импульса на вход триггера в нем формируется сигнал, размыкающий S1, и на выходе таймера устанавливается высокое напряжение. Если входное сопротивление компаратора А1 значительно больше сопротивления Rt, конденсатор Ci будет заряжаться только через Rt, а напряжение на Cf будет экспоненциально нарастать с постоянной времени RtCt, стремясь к своему максимальному значению, равному Un- Как только напряжение на конденсаторе достигнет некоторой величины (/], компаратор выработает сигнал, устанавливающий выходное напряжение триггера (а следовательно, и всего таймера) в исходное состояние (/выхО. Время Ги должно быть значительно больше, чем длительность запускающего импульса. Это достигается соответствующим выбором сопротивления Rt и емкости Ct. Пороговое напряжение Ui формируется в таймере внутренним резнсторным делителем.

Описанный цикл работы таймера имеет место при включении его по схеме одновибратора, когда формируется один выходной импульс после подачи внешнего сигнала запуска на вход триггера. Для того чтобы таймер мог работать в режиме асинхронного мультивибратора, управляющий входной сигнал берется из вре-мязадающей 7?(С(-цепи и подается на 7?5-триггер через второй компаратор А2 с другим пороговым напряжением.

Чтобы иметь возможность прервать выполнение таймером заданной функции, независимо от завершенности временного цикла введен ключ S2. При подаче сигнала сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю, пока сигнал сброса не будет выключен. Обычно при подаче сигнала сброса устанавливается низкое напряжение на выходе таймера.

Многотактные таймеры или таймеры со встроенными счетчиками разработаны для применения в аппаратуре, требующей использования генераторов сигналов сверхнизкой частоты с продолжительностью импульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две группы. К первой группе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый временной интервал задается программным способом, т. е. установкой соответствующих перемычек на выходах счетчика. В зависимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени RtCt-ixenu в п раз, где п определяет диапазон программирования или коэффициент умножения счетчиков. Группа программируемых таймеров содержит таймеры общего применения, выполненные по биполярной технологии, и микромощные, выполненные по КМОП-технологии. Вторая группа-специализированные таймеры со встроенными счетчиками, у которых однозначно задан коэффициент умножения.

Принцип построения программируемых таймеров демонстрируется на рис. 1.28. Работает такой таймер следующим образом. При



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84