Устройство формирования импульсов фронта и спада

Эти устройства необходимы для сопряжения устройств, формирования логических уровней напряжения с активных датчиков, а также для обнаружения импульсов. По назначению эти устройства можно разделить на три группы: формирователи некоторого произвольного по длительности импульса при поступлении на их вход запускающего импульса; формирователи выходного импульса, максимально близкого по длительности к входному запускающему импульсу; формирователи, которые в ответ на поступление запускающего импульса на их вход формируют импульс, определяемый длительностью и фазой.

Как правило, формирователи, которые в ответ на поступление запускающего импульса на их вход формируют импульс, определяемый длительностью и фазой.

Как правило, первая группа решается триггером Шмитта, вторая - компаратором или триггером Шмитта с крайне низким гистерезисом, третья - резервным мультивибратором с пороговым срабатыванием. Проблема усложняется, если запускающие импульсы имеют отрицательную полярность, а работа оборудования требует их сопряжения с цифровыми устройствами, использующими импульсы положительной полярности с логическими уровнями.

Есть и другая проблема - выделение импульсов в условиях сильного шума. Именно такую проблему автору статьи пришлось решать на практике. Одной из таких задач был поиск очень простых решений для сопряжения нового оборудования с устаревшим, которое было у заказчика, поскольку перепроектирование последнего считалось нецелесообразным. Эти диаграммы были впервые опубликованы автором в , а их пересмотренные версии были впервые опубликованы в .

В данной статье автор еще раз уточняет и дополняет ранее опубликованные материалы новыми практическими вариантами схемных решений, которые были использованы в его последних практических работах и ранее не публиковались. Простейший вариант формирователя показан на рис. Данный формирователь относится к первой группе. Под последним здесь и далее подразумевается, что входной импульс отрицательной полярности приводит, когда он поступает на вход преобразователя, к генерации ответного импульса положительной полярности.

Недостатком схемы является относительно высокий порог срабатывания, составляющий не менее 0,62 В, и большой входной ток, который равен сумме токов коллектора и базы транзистора VT1. Для простоты ток базы можно не учитывать из-за его малого размера по сравнению с током коллектора.

Преобразование полярности осуществляется каскадом на транзисторе VT1, а для связи с другими схемами используется инвертор на ИМС 74НС Инвертор DD согласовывает фазы входных и выходных импульсов. Здесь и далее это означает генерацию сигнала положительной полярности в ответ на входной импульс отрицательной полярности. Он также используется в качестве основного порогового устройства с гистерезисом ИМС 74НС содержит триггеры Шмитта на входе, что вместе с высокой пороговой характеристикой входного каскада обеспечивает высокую помехоустойчивость преобразователя в целом.

Порог срабатывания V T-формирователя можно рассчитать следующим образом: где V s - напряжение питания; V IL - входное напряжение перехода инвертора DD в состояние логического нуля.

Порог срабатывания формирователя для элементов, показанных на рис. Диод VD1 является необязательным и используется в качестве защитного диода, если существует вероятность подачи на формирователь высокого напряжения положительной полярности более 5 В. Более сложный, но и более чувствительный формирователь, разработанный с помощью симулятора Multisim National Instruments, показан на рис.

Импульсный формирователь с высокой чувствительностью Его преимущества - небольшие размеры по сравнению с формирователем, показанным на рис. Этот формирователь может работать с импульсами длительностью менее микросекунды. Недостатки - двухполярное напряжение питания и то, что высокие характеристики этого формирователя достигаются только в ответ на входные сигналы, превышающие пороговое напряжение не менее чем в 3 раза.

Пороговая характеристика формирователя с номиналами элементов, показанных на рис. 1 мкс задержки импульса составляет менее нс. Формирователь с повышенной стабильностью и возможностью установки порога срабатывания показан на рис. Формирователь импульсов с гистерезисом и установкой требуемого порога срабатывания В устройстве используется недорогая ИС компаратора напряжения LM Формирователь генерирует выходные импульсы положительной полярности длительностью, соответствующей ширине входного импульса при заданном уровне порога срабатывания.

Для стабильности работы схемы при зашумлении сигнала и, как следствие, дребезге на фронтах выходного сигнала в схеме предусмотрена возможность установки гистерезисного резистора R5. Фазы входных и выходных импульсов согласованы. Задержка срабатывания определяется в основном параметрами компаратора и в данном случае не превышает нс. Выход формирователя - транзистор с открытым коллектором, поэтому нагрузочный резистор R1 обязателен. Если значение резистора R1 велико, будет наблюдаться задержка заднего фронта выходного импульса из-за влияния емкости нагрузки.

Порог компаратора устанавливается выбором номиналов сопротивлений R2, R4 и R5. Естественно, он будет зависеть от величины напряжения питания. Это необходимо учитывать при его использовании. Без учета влияния R5 порог срабатывания схемы V T рис.

.

Величину гистерезиса можно рассчитать с помощью удобной приближенной формулы: Для элементов схемы, показанной на рис. Если длительность импульса меньше 0,5 мкс, необходимо использовать более быстрый компаратор.

Вопрос, который возникает в связи с этим.

Возникает вопрос, что делать, если шумовой сигнал превышает разумный гистерезис, а использование входных фильтров приводит к недопустимой задержке отклика формирователя? На этот вопрос можно ответить с помощью схемы, показанной на рис.

.

Генератор импульсов с фиксированной длительностью Вот вариант схемы, позволяющий преобразовывать импульсы отрицательной полярности заданного уровня в импульсы положительной полярности заданной длительности и амплитуды.

Шум, наложенный на входной импульс, не влияет на параметры выходных импульсов. Формирователь, показанный на рис. Формирователь генерирует выходной импульс положительной полярности заданной длительности при подаче запускающего импульса отрицательной полярности. Фазы импульсов согласованы. Порог срабатывания формирователя V T- устанавливается сопротивлениями R1 и R3. Для правильной работы формирователя Рис. Период запускающих импульсов должен быть больше t.

Значение сопротивления R3 должно быть больше 0,5R1. В отличие от всех схем, приведенных выше, схема, показанная на рис. При использовании этого формирователя не требуется дополнительный драйвер. Сопротивление R5 защитит ИС от короткого замыкания на выходе, когда формирователь удален от нагрузки.

Резистор R4 является необязательным. Основными недостатками такого формирователя являются его низкая частота и, самое главное, ограничения по периоду запускающего импульса. Для решения задачи выделения детектора импульсов малой длительности менее 1 мкс из сильно зашумленных импульсных последовательностей можно использовать схемное решение, показанное на рис.

.

Детектор импульсов малой длительности с заданной длительностью выходного импульса Входная часть детектора импульсов малой длительности выполнена по принципу, описанному выше рис. Порог срабатывания задается относительно сложным делителем с хорошей фильтрацией, это позволяет минимизировать технологические трудности при настройке формирователя, как в серийном производстве, так и на месте эксплуатации. Первый делитель, выполненный с помощью резисторов R10 и R11, понижает напряжение с шины питания -5 В до напряжения mV.

Второй делитель, выполненный с помощью резисторов R9, R7 и R8, понижает это напряжение до -mV. Резистор R7 устанавливает порог чувствительности формирователя. Порог чувствительности определяет минимальный уровень сигнала, на который будет реагировать формирователь. Эта регулировка необходима, поскольку установка минимально допустимого уровня напряжения срабатывания уменьшает общее время задержки формирователя.

Этот параметр становится важным, когда формирователь срабатывает на минимальный уровень сигнала.

Этот параметр становится важным, если усилитель используется как часть измерительной установки. Например, рассматриваемая схема, в ее модифицированной версии, которая будет упомянута позже, была разработана для оценщика отклика на запрос радара. Время отклика определяет расстояние до объекта. Легко подсчитать, что каждая наносекунда задержки представляет собой 15-метровую ошибку в измерении расстояния до радара.

Так что при проектировании устройства требовалось обеспечить минимальную и, главное, постоянную задержку времени отклика. Поэтому при разработке схемотехники формирователя пришлось отказаться от использования низкочастотного входного интегрирующего фильтра, да и сам характер принимаемого сигнала не допускал такого решения. Схема, показанная на рис. Рассматриваемый формирователь однозначно реагирует на любые импульсы.

Это могут быть, например, затухающие гармонические колебания, пачки импульсов, импульсы неопределенной формы и длительности и т.д. Формирователь работает в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Входной сигнал подается на положительный вход компаратора DA1. Если предыдущий каскад, например, видеоусилитель, имеет смещение по постоянному току относительно нуля, сигнал подается через дифференциальную цепь C4, R6. Постоянная времени дифференциальной цепи выбирается в зависимости от параметров входного сигнала.

Когда сигнал отсутствует.

Когда на входе нет сигнала ниже порога срабатывания, на выходе DA1 присутствует высокий уровень напряжения. Если на вход поступает отрицательный импульс, то по его спадающему фронту после пересечения порога срабатывания выход компаратора переключается на низкий уровень и запускает дежурный мультивибратор, выполненный на ИС типа 74HC DD Дежурный мультивибратор начнет формировать выходной импульс длительностью, задаваемой элементами R2 и C3. Одновременно с началом формирования выходного импульса инверсный выход дежурного фликера переключит выход компаратора DA1 на низкий логический уровень с нагрузочного резистора R12 будет обесточен.

Таким образом, пока выходной импульс генерируется резервным мультивибратором, новые импульсы на стартовый вход резервного мультивибратора не поступают. Такое решение повысило стабильность схемы при наличии высокочастотных шумов в структуре входного сигнала, а также позволило избежать использования низкочастотного фильтра на входе.

При выбранном подключении формирователь будет генерировать импульсы длительностью, определяемой постоянной времени мультивибратора DD standby, с интервалом, зависящим от частоты заполнения входного импульса. Какой из вариантов более приемлем, решается при рассмотрении конкретной задачи. Тот факт, что требуемое время удержания запускающего импульса на входе 74HC меньше времени задержки формирования импульса на его инверсном выходе, обеспечивает стабильность запуска формирователя.

Предлагаемое техническое решение, благодаря отсутствию в схеме низкочастотных входных фильтров, позволяет минимизировать время задержки формирования импульса. Оно практически равно суммарному времени задержки компаратора и времени задержки генерации импульса резервного мультивибратора. Самое главное, что обе задержки практически постоянны и могут быть учтены калькулятором.

Временная диаграмма, иллюстрирующая схему на рис. Время задержки между высоким и низким уровнями находится в диапазоне нс, и, что особенно важно для ИС этого производителя, оно мало зависит от величины входного скачка относительно порогового напряжения.

Это очень удобно, поскольку, опять же, все стационарные задержки могут быть учтены в калькуляторе. Например, у аналогичных ИС ON Semiconductor задержка составляет нс, и она сильно зависит от величины всплеска входного напряжения.

Такая схема используется на практике автором статьи. Детектор коротких импульсов с заданной длительностью выходного импульса и защитным интервалом Формирователь, показанный на рис. Длительность защитного интервала задается элементами R14 и C

.

Навигация

thoughts on “Устройство формирования импульсов фронта и спада

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *