Формирователь длительности пачки. Управляемый генератор прямоугольных импульсов

2.2 Формирователь длительности пачки

Блок 2 схемы ГППИ – генератор одиночных импульсов (одновибратор). Он формирует сигнал определенной длительности, в течение которого работает генератор прямоугольных импульсов.

Построим одновибратор (рис.5) на основе логических схем, изготовленных по КМОП-технологии 564 серии (аналог CD4000). Элементы этой серии имеют следующие параметры:

-  уровень логического нуля напряжения U⁰_пор≈0.1 В,

-  уровень логической единицы напряжения U ¹_пор≈4.5 В,

-  напряжение переключения U_пер≈2.2В.

Рис.5. Одновибратор на основе логических схем

Построим диаграммы переходных процессов в узловых точках схемы генератора одиночных импульсов.  

Далее проведём анализ схемы на основе построенных диаграмм. Длительность импульса t_и определяется экспоненциальной зависимостью U_b(t) на интервале времени t₁<t<t₃:

Получаем:

Теперь определим постоянную времени τ_и. Для идеальных элементов τ = R*С. Однако практически необходимо учитывать выходные сопротивления логических элементов схемы – R⁰_вых и R¹_вых, что приводит к следующему выражению:

τ = C*( R⁰_вых +R¹_вых+R)

Выберем R>>( R⁰_вых +R¹_вых), где R⁰_вых ≈R¹_вых≈r_{диф канала}≈1 кОм.

По условиям технического задания t_и=21 мкс, а, следовательно, τ₁=21*10^-6 / ln(2)≈30 мкс.

С учётом номинального ряда выберем сопротивление резисторов R₁ = R₂ = 300 кОм. При этих значениях сопротивлений резисторов выходным сопротивлением логических элементов можно пренебречь и поэтому τ₁ = R₁*C₁. Откуда следует C₁= τ₁/ R₁=3*10^-5/(3*10⁵)=0.1 нФ.

Далее необходимо, чтобы напряжение U_a уменьшилось бы до напряжения переключения логических элементов изготовленных по КМОП-технологии для выхода схемы из квазиустойчивого состояния. Поэтому на время импульса t_и накладывается условие t_и << 21 мкс.

Пусть t_и = 2 мкс.Тогда из условия t_и = R₂*C₂*ln(2) = 2 мкс находим С₂= t_и / (R₂*ln(2)) = 10 пФ.

Перечень элементов схемы одновибратора.

Обозначение	Наименование	Номинал	Примечания
DD1	логический элемент	--	серия 564
DD2	логический элемент	--	серия 564
R1	резистор	300 кОм	--
R2	резистор	300 кОм	--
С1	конденсатор	0.1 нФ	--
С2	конденсатор	10 пФ	--

Для защиты одновибратора от больших скачков входного напряжения между блоками 1 и 2 схемы ГППИ используется стабилизирующая схема, состоящая из резистора R₄ и стабилитрона VD1. Величину сопротивления R₄ выберем  так, чтобы она чуть превышала сопротивление операционного усилителя, а марку стабилитрон возьмём так, чтобы его напряжение стабилизации равнялось 5 В. Тогда R₄ = 1 кОм и стабилитрон тип КС182Е.

Перечень элементов стабилизирующей схемы.

Обозначение	Наименование	Номинал	Примечания
R4	резистор	1 кОм	--
VD1	стабилитрон	--	тип КС182Е

2.3 Управляемый генератор прямоугольных импульсов

Блок 3 ГППИ - управляемый генератор прямоугольных импульсов (рис. 6). Пусть данный генератор строится на элементах, изготовленных по ТТЛШ-технологии серии 555 (аналог 74LS). Элементы этой серии имеют следующие параметры:

-  уровень логического нуля напряжения U⁰_пор≤0.4 В,

-  уровень логической единицы напряжения U ¹_пор≥2.5 В.

Рис.6. Управляемый генератор прямоугольных импульсов

Построим диаграммы переходных процессов в узловых точках схемы управляемого генератора прямоугольных импульсов.

Далее проведём анализ схемы на основе построенных диаграмм. Длительность импульса t_и определяется экспонентой U_b(t) на интервале времени t₁<t<t₂:

Получаем:

Теперь определим τ_и. Для идеальных элементов τ=R*C. Однако практически необходимо учитывать выходные сопротивления логических элементов – R⁰_вых и R¹_вых, учёт которых приводит к следующему выражению:

τ=C*( R⁰_вых +R¹_вых+R)

Выберем R>>( R⁰_вых +R¹_вых), где R⁰_вых ≈R¹_вых≈r_{диф канала}≈1 кОм.

По условиям технического задания t_и=1 мкс, а, следовательно, τ₂=10^-6/ln(2)≈1.44 мкс.

С учётом номинального ряда выберем сопротивление резисторов R₁= R₂=300 Ом. При этих значениях сопротивлений резисторов выходным сопротивлением логических элементов можно пренебречь и поэтому τ₂= R₂*C₂. Откуда следует C₂= τ₂/ R₂=1.44*10^-6/(3*10²)=4.7 нФ.

Далее необходимо выбрать С₁. С учетом того, что t_п=R₁*C₁*ln(2)= 1 мкс, находим С₁= t_п / (R₁*ln(2))= 10^-6 / (300*ln(2)) = 4.7 нФ.

Диоды D1 и D2 в схеме защищают логические элементы от перенапряжения по входу. Поэтому целесообразно использовать быстродействующий тип диода КД522. 

Перечень элементов схемы управляемого генератора прямоугольных импульсов.

Обозначение	Наименование	Номинал	Примечания
DD1	логический элемент	--	серия 555
DD2	логический элемент	--	серия 555
DD3	логический элемент	--	серия 555
R1	резистор	300 Ом	--
R2	резистор	300 Ом	--
С1	конденсатор	4.7 нФ	--
С2	конденсатор	4.7 нФ	--
D1	диод	--	тип КД522
D2	диод	--	тип КД522

Чтобы обеспечить заданную длительность последнего импульса в пачке на выходе генератора, на вход схемы генератора добавим логические элементы, изготовленные по КМДП-технологии 564 серии (рис.7). Работа соответствующих логических элементов описывается приведенными ниже таблицей истинности и диаграммами.

Таблица истинности.

X	Y	Z
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Диаграммы.

Рис.7.  Переходной элемент от блока 2 к блоку 3 схемы ГППИ