 |
 |
 |
 |
Глава 11
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ В ЦИФРОВЫХ СХЕМАХ
в цифровых схемах ОУ применяются в качестве нелинейных элементов так же, как в некоторых схемах, рассмотренных в гл. 9. Так называемые цифровые схемы, обсуждаемые в этой главе, широко используются при работе с цифровыми системами, такими, как ЭВМ, калькуляторы и цифровые регуляторы. Обычно в цифровых схемах напряжения на выходе ОУ переходят от одного уровня к другому скачком.
Триггер Шмитта
Схема триггера Шмитта подобна рассмотренным выше схемам компаратора и детектора нуля. Триггер Шмитта служит для получения на выходе сигнала, переключающегося скачком при достижении сигналом на его входе некоторого предварительно заданного уровня. Быстро изменяющиеся напряжения, т. е. напряжения с высоким значением deldt, используются в цифровых системах для запуска других схем, выполняющих при этом определенные функции. Часто в качестве сигналов запуска используются передние и задние фронты сигналов прямоугольной формы. Поэтому схемы с выходными напряжениями прямоугольной формы называют иногда спусковыми (триггер-ными) схемами, имея в виду, что после возбуждения входным сигналом они сохраняют это возбужденное состояние.
Выходное напряжение ОУ, включенного в виде триггера Шмитта, скачком переходит от положительного напряжения насыщения ОУ -Ьвых. макс к отрицательному напряжению насыщения -Увых. макс- Схема триггера Шмитта и его передаточная характеристика показаны на фиг. П.1. Из передаточной характеристики видно, что выходное напряжение находится в состоянии положительного насыщения при входном сигнале Уг, меньшем напряжения верхнего порога Ув. п- Если Уг станет немного больше этого порогового значения Ув. ш напряжение на выходе схемы перебросится к -Увых. макс и останется в этом состоянии , ДО тех пор, пока Уг не станет меньше напряжения нижнего по-
рога Vh. п- Эти пороговые напряжения можно определить из уравнения
Т/ -2 (Увых - оп) I . т/ С11 1\
где Увых - максимальное положительное или отрицательное значение выходного напряжения ОУ при определении соответственно верхнего или нижнего порога.
(сигнал)
Фиг. 11.1. триггер Шмитта (а) и его передаточные характеристики для увеличивающегося (б) и уменьшающегося (е) Fr (Fan - постоянное напряже
ние).
На практике шкалу выходных напряжений такой схемы часто ограничивают, включая между выходным зажимом и землей встречно включенные стабилитроны, напряжения стабилизации которых подбираются так, чтобы шкала выходных напряжений была совместима с уровнями сигналов общераспространенных цифровых интегральных схем
Пример 11.1
Если в схеме фиг. 1I.I /?, = 10 кОм, Ri = 220 Ом, Уоп =. = 2 В и ОУ входит в насыщение при Увых = ±10 В, то чему равны напряжения верхнего и нижнего порогов схемы?
Ответ. Так как ОУ входит в насыщение при -1-10 В, напряжение верхнего порога
220 Ом(10В-2В) о...0713 е-п 10,22 кОм -
Это означает, что если входное напряжение Уг станет немного
) Между стабилитронами и выходом должен включаться резистор, ограничивающий ток. - Пршл. ред.
больше 2,17 В, ОУ войдет в состояние отрицательного насыщения и в данном случае на его выходе будет -10 В.
При отрицательном Увых, равном -10 В, напряжение нижнего порога
у . 220 Ом(-10В-2В) op,-! у.р Ih.n- 10,22 кОм --Ь 1,/4В.
Это означает, что если входное напряжение Vr станет чуть меньше 1,74 В, выход ОУ переключится обратно к -f-IO В. На
-Ю -•-----
Фиг. 11.2. Зависимость формы сигнала на выходе Увых от формы входного сигнала Vr в триггере Шмитта при Fb. п = 2,17В и Fh, п=1>74В.
фиг. 11.2 показана зависимость формы сигнала на выходе данной схемы от формы сигнала на ее входе.
11.2. Ждущий мультивибратор
Ждущий мультивибратор выдает на выходе импульс напряжения определенной длительности t после возбуждения схемы импульсом запуска большой или малой длительности. Схему ждущего мультивибратора часто называют одновибратором. На фиг. 11.3 показан вариант одновибратора на ОУ. В отсутствие входного сигнала (Увх = 0) ОУ входит в состояние положительного насыщения, и на его выходе сохраняется стабильное
напряжение Увых. макс
в то время когда ОУ находится в устойчивом состоянии положительного насыщения, диод Дх смещен в прямом направлении и напряжение на конденсаторе Сь представляющее собой напряжение Vi на инвертирующем входе, ограничено в пределах нескольких десятых долей вольта. В то же время часть выход-
0 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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106