ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель генератор прямоугольных импульсов относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих устройствах, в измерительной технике в качестве источника прямоугольных импульсов.
Известен асинхронный RS-триггер [1, стр. 202], содержащий первый логический элемент 2ИЛИ-НЕ (3), второй логический элемент 2ИЛИ-НЕ (4), выход первого и выход второго логических элементов 2ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом второго и вторым входом первого логических элементов 2ИЛИ-НЕ соответственно, выход первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ является выходом (Q) асинхронного RS-триггера, для функционирования асинхронного RS-триггера используются первый внешний генератор управляющих прямоугольных сигналов (далее внешний генератор управляющих прямоугольных сигналов) (1) и второй внешний генератор управляющих прямоугольных сигналов (2), потенциальные выходы которых подключены к первому входу первого и к первому входу второго логических элементов 2ИЛИ-НЕ соответственно (фиг. 1).
k
k
Недостатком этого известного устройства является то, что режим, соответствующий комбинации входных сигналов S=1, R=1, является запрещенным и никогда не используется [1, стр. 202], при известном классическом применении асинхронного RS-триггера.
Целью заявленного технического решения является расширение функциональных возможностей асинхронного RS-триггера путем совершенствования его структуры.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей асинхронного RS-триггера.
Генератор прямоугольных импульсов (фиг. 2) содержит внешний генератор управляющих прямоугольных сигналов (1), первый логический элемент 2ИЛИ-НЕ (2), второй логический элемент 2ИЛИ-НЕ (3), отличающийся тем, что исключен второй внешний генератор управляющих прямоугольных сигналов, в генератор прямоугольных импульсов введены первая цепь задержки прохождения сигналов (4), вторая цепь задержки прохождения сигналов (5), подключенные к выходам первого и второго логических элементов 2ИЛИ-НЕ соответственно, выходы первой и второй цепей задержки сигналов подключены к второму входу первого и к второму входу второго логических элементов соответственно, введен подключенный к выходу первой цепи задержки прохождения сигналов буферный логический элемент (6), состоящий из двух последовательно включенных инверторов, выход буферного логического элемента является выходом генератора прямоугольных импульсов, для функционирования генератора прямоугольных импульсов необходим только один внешний генератор управляющих прямоугольных сигналов (1), потенциальный выход которого подключен к первым входам первого и второго логических элементов 2ИЛИ-НЕ соответственно.
Технический результат достигается тем, что введены первая цепь задержки прохождения сигналов, вторая цепь задержки прохождения сигналов, буферный логический элемент, состоящий из двух последовательно включенных инверторов.
Первая цепь задержки сигналов (фиг. 3) может быть реализована, в частности, в виде первого П-образного RC-фильтра, состоящего из конденсаторов (4), (6), резистора с переменным сопротивлением (5), при этом первый вывод конденсатора (4) соединен с выходом первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ (2) и с первым выводом резистора (5), первый вывод конденсатора (6) соединен с вторым выводом резистора (5) и с третьим выводом резистора (5), регулирующим величину сопротивления резистора (5), также первый вывод конденсатора (6) соединен с вторым входом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ (3) и соединен с входом буферного выходного логического элемента, состоящего из двух инверторов (10) и (11), вторые выводы конденсаторов (4) и (6) соединены с общей шиной устройства.
Вторая цепь задержки сигнала (фиг. 3) может быть реализована, в частности, в виде второго П-образного RC-фильтра, состоящего из конденсаторов (7) и (9), резистора с переменным сопротивлением (8), при этом первый вывод конденсатора (7) соединен с выходом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ (3) и с первым выводом резистора (8), первый вывод конденсатора (9) соединен с вторым выводом резистора (8) и с третьим выводом резистора (8), регулирующим величину сопротивления резистора (8), также первый вывод конденсатора (9) соединен с вторым входом первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ (2), вторые выводы конденсаторов (7) и (9) соединены с общей шиной устройства.
Первая и вторая цепи задержки прохождения сигналов увеличивают по сравнению с прототипом, который не содержит первой и второй цепей задержки, время прохождения сигналов с выходов первого и второго логических элементов на вторые входы второго и первого логических элементов соответственно, это приводит к отличию частоты импульсов, генерируемых генератором прямоугольных импульсов, от частоты импульсов на выходе асинхронного RS-триггера в запрещенном режиме, время задержки прохождения сигналов определяется значениями параметров элементов цепей задержки, это позволяет генерировать прямоугольные импульсы в интервале частот.
Буфер включен после первой цепи задержки прохождения сигналов, он является выходным устройством генератора прямоугольных импульсов. Использование двух последовательно включенных инверторов в качестве буферного логического выходного устройства, обеспечивает улучшение формы (крутизны фронтов) генерируемых импульсов.
k
k
k
k
k
k
k
k
Генератор прямоугольных импульсов работает следующим образом. Из логической схемы асинхронного RS-триггера (фиг. 1) следует, что запрещенная комбинация входных сигналов (S=1, R=1) приводит к появлению на его выходах значений Q=Ō=0 (здесь обозначено: Ō есть НЕ Q). Действительно, Q=НЕ(R+Ō)=0, Ō=НЕ(S+Q)=0. Если теперь на вход асинхронного RS-триггера подать комбинацию S=0, R=0, соответствующую режиму хранения, то схема триггера вырождается в бистабильную ячейку, в какое состояние опрокинется ячейка - неизвестно [1, стр. 202]. После первого опрокидывания на выходах Q и Ō асинхронного RS-триггера устанавливаются одинаковые логические уровни. Далее, за счет положительной обратной связи, как в обычном генераторе незатухающих колебаний, в асинхронном RS-триггере возникает колебательный процесс, длительность которого определяется временем, в течение которого S=0, R=0. В заявляемой полезной модели генератор прямоугольных импульсов (фиг. 2) процесс возникновения колебательного процесса аналогичен описанному выше применительно к асинхронному RS-триггеру (фиг. 1). Но в полезной модели генератор прямоугольных импульсов (фиг. 2) первые входы первого и второго логических элементов соединены, поэтому прямоугольные импульсы на выходе генератора прямоугольных импульсов генерируются при перепаде 1→0 логического напряжения на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов, генерация прямоугольных импульсов продолжается в течение времени наличия на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов напряжения логического нуля, генерация прямоугольных импульсов прекращается при перепаде 0→1 логического напряжения на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов.
Первый (2) и второй (3) логические элементы 2ИЛИ-НЕ (фиг. 1) можно заменить на первый (2) и второй (3) логические элементы 2И-НЕ соответственно. Образованный таким образом асинхронный инверсный RS-триггер управляется инвертированными сигналами , , (здесь обозначено:  есть НЕ S,  есть НЕ R). Для данного случая запрещенная комбинация входных сигналов имеет вид: ,  [1, стр. 210]. Если теперь на вход асинхронного инверсного RS-триггера подать комбинацию , , то аналогично рассмотренному выше случаю асинхронного RS-триггера, который реализован на логических элементах 2ИЛИ-НЕ, в асинхронном инверсном RS-триггере возникает колебательный процесс, длительность которого определяется временем, в течение которого , . С учетом того, что первые входы первого и второго логических элементов соединены, прямоугольные импульсы на выходе генератора прямоугольных импульсов генерируются при перепаде 0→1 логического напряжения на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов, генерация прямоугольных импульсов продолжается в течение времени наличия на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов напряжения логической единицы, генерация прямоугольных импульсов прекращается при перепаде 1→0 логического напряжения на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов.
Проведено моделирование полезной модели генератор прямоугольных импульсов на логических элементах 2ИЛИ-НЕ (фиг. 3). В качестве логических элементов 2ИЛИ-НЕ использована, в частности, интегральная микросхема 74F02, в качестве первой и второй цепей задержки прохождения сигналов использованы, в частности, П-образные RC-фильтры, у которых емкости конденсаторов C4=C6=1 пФ, емкости конденсаторов C7=C9=1 пФ, сопротивления переменных резисторов R=R5=R8=0-10 кОм.
При перепаде 1→0 логического напряжения на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов (1) (фиг. 3) возникала генерация прямоугольных импульсов (фиг. 4), которая продолжалась в течение времени наличия на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов напряжения логического нуля, генерация прямоугольных импульсов прекращалась при перепаде 0→1 логического напряжения на выходе генератора управляющих прямоугольных сигналов.
При вариации величины сопротивлений R=R5=R8 от 0 до 10 кОм частота генерируемых импульсов изменялась от 79,9 МГц до 47,6 МГц. При этом амплитуда импульсной последовательности равна величине напряжения источника питания генератора прямоугольных импульсов 5 В. В частности, при R=R5=R8=10 кОм частота генерации составила 47,6 МГц (фиг. 5), при R=R5=R8=5,1 кОм - 51,5 МГц (фиг. 6). При отсутствии первой и второй цепей задержки прохождении сигналов (фиг. 3) частота генерации прямоугольных импульсов составила 93,5 МГц.
Таким образом, заявляемый генератор прямоугольных импульсов обеспечивает расширение функциональных возможностей асинхронного RS-триггера. Полезная модель генератор прямоугольных импульсов позволяет генерировать высокочастотные прямоугольные импульсы в интервале частот. Асинхронный RS-триггер при классической структуре его построения, в принципе, не использовался ранее в так называемом запрещенном режиме, он не мог быть использован для генерации прямоугольных импульсов в интервале частот.
Литература
1. Новожилов О.П. Основы цифровой техники. Учебное пособие. М.: Издательское предприятие «РадиоСофт», 2004. - 528 с.