§ 26. ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНИКИ

Электронные ключи — это элементы или цепи, предназначенные для включения или выключения электрических цепей при подаче управляющего напряжения.

Они не имеют движущихся частей. На рис. 122, а приведена простейшая схема последовательного ключа с диодом. При положительном напряжении на входе диод открыт (R_вх= 10÷100 Ом) и через резистор R проходит ток, создающий U_вых. Следовательно, ключ замкнут. Если U_вх<0, то диод закрыт (R_обр=100 кОм÷100 МОм), ток не проходит, т. е. ключ разомкнут.

Рис. 122. Последовательная (а) и параллельная (б) схемы электронных диодных ключей

При параллельной схеме (рис. 122, б) ключ замкнут при закрытом диоде. Ток проходит через R и тогда U_вых>0. При подаче напряжения U_вх>0, диод открыт, ток через него проходит и U_вых≈0. Это состояние соответствует разомкнутому ключу. Резистор R_огр служит для ограничения тока при открытом диоде.

Электронные ключи могут быть созданы также на базе транзисторов (биполярных или униполярных), тиристоров и др.

Логические элементы — это электронные устройства, выполняющие простейшие логические операции.

►   Принято считать логической единицей (1) наличие большого напряжения, а логическим нулем (0) — маленькое напряжение.

Так, если в схеме рис. 122 U_вх имеет значение логической единицы, то выходное напряжение тоже логическая единица, т. е. при U_вх=1 U_вых=1. Соответственно для рис. 122, б: если U_вх =1, то U_вых = 0, и, наоборот, если U_вх = 0, то U_вых=1.

►   Таким образом, первая схема выполняет логическую операцию подтверждения (ДА) и называется повторителем, а вторая схема — отрицания (НЕ) и называется инвертором.

Условные обозначения повторителя и инвертора показаны на рис. 123, а, б. Для логической операции умножения используют схему И (рис. 124, а), где для простоты показаны только два ключа (на входе): (U_вых=1, если и ключ К₁ и ключ К₂ замкнуты. В схеме рис. 124, б U_вых=1, когда либо К₁, либо К₂ разомкнут. Это так называемая схема ИЛИ, выполняющая логическую операцию суммирования. Просматривается прямая связь между наименованиями схем и условием получения единицы на выходе.

Рис. 123. Условные обозначения логических схем: а — подтверждения; б — отрицания; в — И; г — ИЛИ; д — И — НЕ; е — ИЛИ — НЕ

Рис. 124. Схемы И (а) и ИЛИ (б)

Возможные значения напряжений на входе X и выходе Y можно сгруппировать в таблицу истинности (рис. 125): схема И (см. рис. 123, в) — на выходе получится 1 только тогда, когда на первом и втором входе имеется единица (рис. 125, в); схема ИЛИ (см. рис. 123, г): U_вых= 1, если либо на первом, либо на втором входе единица (рис. 125, г). Для схем ДА и НЕТ таблица истинности имеет соответственно вид, показанный на рис. 125, а, б.

Рис. 125. Таблицы возможных напряжений на входе и выходе схем: а — ДА; б — НЕТ; в — И; г — ИЛИ

Если ключи К₁ и К₂ в обеих схемах инверторы, тогда получают соответственно схему И—НЕ и схему ИЛИ— НЕ. Условные графические обозначения этих схем показаны на рис. 123, д, е.

Логические элементы используют в ряде устройств измерительной техники: в цифровых электронных устройствах, электронно-вычислительных машинах и др. Их изготовляют из электронных элементов (транзисторно-транзисторных логических (ТТЛ) элементов, МОП-транзисторных логических элементов, МОП-интегральных элементов и др.) и выполняют по различным технологиям.

В импульсных схемах часто встречаются операционные усилители (ОУ) и аналоговые компараторы. Операционные усилители (рис. 126) имеют два входа — инверторный  и прямой Q). Коэффициент усиления очень большой, а R_вых малое; у аналоговых компараторов U_вых равно 1 или 0 в зависимости от того, какое из двух сравниваемых напряжений становится большим. Их выполняют с использованием электронных элементов и ОУ.

Амплитудные ограничители обладают свойством поддерживать в цепи в определенной области значений U_вх значение U_вых неизменным.

Рис. 126. Условное обозначение операционного усилителя

Их широко используют в измерительной технике.

Триггеры (рис. 127) — это переключающие устройства, которые сколь угодно долго сохраняют одно из двух состояний устойчивого равновесия. Одно состояние принимают за 1, другое — за 0.

Эти схемы имеют один или два входа и два инверторных выхода. На вход подаются импульсы, изменяющие состояние триггера.

Рис. 127. Схемы включения триггеров

Если в данный момент транзистор Т₁ (рис. 127, а) закрыт, то Т₂ — открыт. Если на базу Т₁ подается U_вх>0, то транзистор открывается, потенциал на его коллекторе уменьшается. Сформированный отрицательный импульс подается на базу Т₂ через R и закрывает его. Триггер переключился и ждет следующего пускового импульса, чтобы снова изменить свое состояние. При подаче двух входных импульсов на выходе получается один импульс.

►   Следовательно, триггер делит пополам частоту входных импульсов.

Существуют триггеры с так называемой эмиттерной связью, которые обладают одним устойчивым состоянием (рис. 127, б). При подаче входного импульса на выходе имеется один импульс, а затем триггер возвращается в исходное состояние.

Триггеры выполняют с использованием логических элементов, ОУ или компараторов.