ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для формирования импульсов одинаковой или независимо регулируемой длительности по фронту и спаду входных импульсов в некоторых специфических устройствах автоматики.
Известны различные формирователи импульсов по фронту и спаду входных импульсов (смотри, например: Справочник по интегральным микросхемам. Под редакцией Б.В. Тарабрина. М., «Энергия», 1980 г., стр. 669, рис.5-142). Недостатками такого формирователя являются: сложность схемы из-за большого количества примененных логических элементов и отсутствия возможности регулировать длительность формируемых импульсов.
Наиболее близким по построению является формирователь импульсов, содержащий логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», входную и выходную шину, подключенные, соответственно, к первому входу и выходу логического элемента, последовательную RC-цепь, общая точка которой подключена ко второму входу логического элемента, а второй вывод конденсатора соединен с общей шиной (смотри, например: авторское свидетельство СССР №1283953, НОЗК 5/01, с приоритетом от 24.07.1985 г). В этом формирователе второй вывод резистора подключен ко входной шине.
Недостатком такого формирователя является разная длительность импульсов, формируемых по фронту и спаду входных импульсов. При изменениях (регулировках) параметров RC-цепи одновременно и пропорционально изменяются длительно обоих импульсов и сохраняется их неодинаковость.
Задачей является обеспечение возможности симметрирования или независимого регулирования длительностей импульсов, формируемых по фронту и спаду входных импульсов.
Поставленная задача решается тем, что формирователь импульсов, содержащий логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», входную и выходную шину, подключенные, соответственно, к первому входу и выходу логического элемента, последовательную RC-цепь, общая точка которой подключена ко второму входу логического элемента, а второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, снабжен двумя диодами и вторым резистором, один конец которого подключен к общей точке RC-цепи и логического элемента, а вторые концы обоих резисторов через встречно включенные диоды соединены со входной шиной, при этом, в качестве резисторов могут быть применены либо переменные резисторы в реостатном включении, либо потенциометр, средняя точка которого подключена к
конденсатору и входу логического элемента, а крайние выводы соединены с диодами.
На фигурах 1-3 приведены три разновидности схемы формирователя импульсов, а на фиг.4 показаны графики формы импульсов на входе формирователя, на конденсаторе и на выходе формирователя. На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»;
2 - конденсатор времязадающий;
3, 4- переменные резисторы в реостатном включении;
5, 6- диоды;
7 - входная шина;
8 - выходная шина;
9 - потенциометр с двумя движками в реостатном включении;
10 - потенциометр;
U7 - входной сигнал на входной шине 7;
U2 - сигнал на конденсаторе 2;
U+ - уровень напряжения питания;
ЦП - уровень порога срабатывания логического элемента 1;
U8 - выходной сигнал на выходной шине 8;
Т1 - длительность импульса, формируемого по фронту входного импульса;
Т2 - длительность импульса, формируемого по спаду входного импульса;
t - время.
Схема формирователя импульсов проста. В ней логический элемент 1 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» своим вторым сверху по фигурам 1-3 входом соединен с времязадающим конденсатором 2, второй вывод которого подключен к общей шине. Дополнительно к этому входу и конденсатору подключены либо два потенциометра 3 и 4 в реостатном включении (по фиг.1), либо крайний вывод двухдвижкового потенциометра 9 в реостатном включении (по фиг.2), либо вывод от подвижного среднего вывода от потенциометра 10 (по фиг.3). Вторые крайние выводы резисторов 3 и 4, или выводы от двух движков двухдвижкового потенциометра 9, либо крайние выводы потенциометра 10 через встречно включенные диоды 5 и б подключены ко входной шине 7, к которой подключен и первый по схеме вход логического элемента 1, выход которого соединен с выходной шиной 8. Для упрощения рассуждении и расчетов введем следующие обозначения:
R1 - сопротивление открытого диода 5 плюс сопротивление между диодом 5 и конденсатором 2 - это сопротивление зарядной цепи конденсатора 2;
R2 - сопротивление открытого диода 6 плюс сопротивление между диодом 6 и конденсатором 2 - это сопротивление разрядной цепи конденсатора 2.
И отметим свойства логического элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»: на его выходе сигнал равен «нулю» тогда, когда на обоих его входах одинаковые сигналы - либо «нули», либо «единицы». Если же на одном из входов сигнал «единичный», а на втором - «нулевой», то на его выходе сигнал будет равен «единице».
При поступлении на входную шину 7 прямоугольного импульса U7 (смотри фиг.4) на выходной шине 8 сразу же (для простоты на графиках не показано задержка фронтов импульсов U8 из-за конечного времени распространения сигнала со входа элемента 1 на его выход) появится импульс U8, т. к. его второй вход находится под нулевым потенциалом разряженного конденсатора С2. От входного импульса U7 начнется заряд конденсатора С2 через резистор R1 (смотри выше). Как только напряжение U2 на конденсаторе С2 достигнет уровня порога срабатывания ЦП элемента 1, последний сработает, и на его выходе 8 сформируется импульс с длительностью Т1, а конденсатор С2 будет продолжать заряжаться до уровня U7.
При этом длительность импульса U7
После окончания импульса U7 на первом входе элемента 1 сигнал станет «нулевым», а на втором входе за счет зарядившегося конденсатора С2 сигнал равен «единице». Поэтому на выходе 8 элемента 1 сформируется фронт второго импульса U8, который закончился как только напряжение на конденсаторе С2 достигнет уровня ЦП срабатывания элемента 1. Сформируется импульс длительностью
А конденсатор С2 будет разряжаться далее до «нуля», через резистор R2. При приходе следующего импульса на вход 7 процесс формирования импульсов повторится.
Из сравнения формул (1) и (2) видно, что существует одна единственная точка, когда при равенстве
R1=R2
(3)
будет выполняться условие
Т1=Т2
(4)
Для этого необходимо, чтобы выполнялось условие
В реальных условиях для КМОП микросхем, на которых строят подобные формирователи импульсов, порог срабатывания микросхем зависит как от напряжения питания, так и от индивидуальных характеристик элементов и может меняться от 0,3U+ до 0,7U+ (смотри, например: Р. Мелен, Г. Гарланд. Интегральные микросхемы с КМОП структурами. М., «Энергия», 1979 г., стр. 107 нижняя часть после подзаголовка).
Если принять, что ЦП=0,7U+, то равенство Т1=Т2 по (1) и (2) будет выполнено при
R2=3,373 R1.
(6)
Если же принять, что ЦП==0,3U+, то равенство Т1=Т2 будет выполнено при
R1=3,373 R2.
(7)
При других значениях ЦП равенство Т1==Т2 будет выполняться при значениях R1 и R2, лежащих в промежутке между значениями по (6) и (7).
Наиболее универсальна для практического использования схема формирователя импульсов по фиг.1. Схема по фиг.2 аналогична схеме по фиг.1, но здесь следует помнить, что потенциометры с двумя движками не очень распространены и применяются редко. Схема по фиг.1 и 2 позволяет независимо друг от друга регулировать длительность импульсов Т1 и Т2 в пределах, допускаемых номиналами используемых элементов. Схема по фиг.3 пригодна для симметрирования длительностей импульсов Т1 и Т2, т.е. для достижения равенства Т1=Т2, поскольку в этой схеме при изменении длительности одного импульса в противоположную сторону меняется длительность другого импульса.