И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах
Из приведенного описания вытекает одно из типичных применений триггера Шмитта — использование его в качестве генератора прямоугольных колебаний. Триггер Шмитта применяется также в качестве амплитудного дискриминатора или порогового детектора.
Существуют многочисленные схемные модификации триггера Шмитта.
Что такое генератор Миллера?
Это схема, генерирующая напряжение линейной формы (пилообразное — прим. перев.), в которой для повышения линейности этого колебания используется ОС. Схема такого интегратора изображена на рис. 10.27.
Транзистор работает по схеме усилителя с ОЭ с высоким усилением и инверсией фазы. В этой схеме емкость С цепи с ОС, включенная между коллектором и базой, может быть пересчитана на входные зажимы как емкость С', умноженная на коэффициент усиления каскада по напряжению. Конденсатор С' заряжается от источника напряжения постоянным током через резистор R; напряжение на конденсаторе нарастает линейно. Если замкнуть ключ К, то конденсатор разряжается, а транзистор проводит ток. На выходе схемы получают колебание пилообразной формы. Прямоугольное колебание, подведенное к базе транзистора непосредственно или через дополнительный ключевой каскад, обеспечивает их работу в качестве ключей. Схема преобразует управляющее прямоугольное колебание в выходное пилообразное колебание подобно тому, как это делает интегрирующая цепь, отсюда часто встречаемое название интегратор Миллера.
Рис. 10.27. Схема генератора (интегратора) Миллера
Что такое генератор пилообразного напряжения с ООС?
Это генератор линейного пилообразного напряжения с ООС, которая предназначена для улучшения линейности колебания. Схема такого генератора представлена на рис. 10.28. Транзистор Т1 нормально находится в отпертом состоянии; напряжение на конденсаторе С в это время близко к нулю. Если бы в схеме не было транзистора Т2, то при отрицательном импульсе на базе транзистора Т1 происходил бы заряд конденсатора. В схеме с транзистором Т2, используемым в качестве эмиттерного повторителя при запертом транзисторе Т2, возрастающее напряжение на заряжаемом конденсаторе С через повторитель подается в точку соединения резисторов R1 и R2. При возрастании напряжения на конденсаторе потенциал в этой точке увеличивается и протекающий через резистор R2 ток остается почти постоянным. Это означает, что конденсатор заряжается постоянным током и, следовательно, напряжение на конденсаторе будет изменяться по линейному закону.
Рис. 10.28. Схема генератора пилообразного напряжения с ООС
Каково применение релаксационных генераторов?
Применений очень много. Типичным является использование генераторов в качестве источников сигналов. Одновибраторы позволяют получать выходные сигналы с длительностью большей, чем длительность запускающего импульса. Мультивибраторы используются, например, как генераторы, «навязывающие» свою частоту повторения другим схемам, в качестве центрального генератора тактовой частоты в цифровых схемах и т. п.
Нестабильные схемы или схемы с одним устойчивым состоянием также применяют для деления частоты — процесса, в котором каждый k-й импульс данной последовательности импульсов, поданной на мультивибратор, вызывает генерацию новой серии импульсов с частотой повторения, в k раз меньшей. Триггеры используются, в частности, в схемах счетчиков (счетных схем), предназначенных для счета электрических импульсов.
На чем основана синхронизация генераторов?
Это процесс, который состоит в том, чтобы сделать частоту колебаний генератора зависящей от частоты подведенного извне сигнала. В этом случае генератор, который в режиме свободных колебаний (несинхронизированном режиме) работает на собственной частоте, начинает работать на вынужденной, синхронизируемой частоте.
Процесс синхронизации проследим на рис. 10.29. Колебание (рис. 10.29, а) соответствует изменению напряжении на базе транзистора в несинхронизированном состоянии. К генератору подводится синхронизирующее колебание (рис. 10.29, б). Оно добавляется к колебанию генератора в момент t' достигающему при этом уровня, при котором происходит переброс в схеме. В связи с этим получают выходное колебание (рис. 10.29, в). Аналогичная ситуация наступает в моменты t'', t''' и т. д., когда каждый из подводимых синхронизирующих импульсов переводит схему генератора из состояния запирания в состояние проводимости. В конечном результате получаем колебание с большей частотой, чем частота собственных несинхронизированных колебаний, и в точности равной частоте синхронизирующего колебания. При этом легко заметить, что для правильной синхронизации требуется соответствующая амплитуда импульсов, подводимых извне. Если это условие не выполняется, то сумма напряжений на генераторе может оказаться недостаточной для достижения уровня, при котором наступает переброс схемы. Синхронизирующее колебание может быть синусоидальным, прямоугольным и любим другим.
Приведенное описание процесса синхронизации относится к нестабильным генераторам. Для генераторов с одним или двумя устойчивыми состояниями непрерывные колебания возникают только под влиянием запускающих импульсов. Без этих импульсов непрерывные колебания не возникают.
Рис. 10.29. Синхронизация мультивибратора:
а — несинхронизированное колебание; б — синхронизирующее колебание; в — вынужденное (синхронизированное) колебание
Что такое схема делителя частоты на триггерах?
Для уменьшения частоты повторения импульсов можно использовать триггеры. Триггер, возбуждаемый последовательностью импульсов, дает на выходе прямоугольное колебание, частота которого в 2 раза меньше частоты повторения импульсов. Это соответствует делению частоты на 2. Если выходное колебание такого триггера подать на следующий, то суммарно два триггера обеспечивают деление в отношении 2·2·2:1 и т. д.
Какое применение находят операционные усилители в генерировании несинусоидальных колебаний?
Операционные усилители (см. гл. 7) могут применяться как для генерирования несинусоидальных колебаний, так и для их формирования. Для этого используются операционные усилители в виде интегральных микросхем. Имеются, однако, интегральные микросхемы, содержащие триггеры и другие схемы, используемые в цифровой технике и допускающие более простую реализацию сложных схем.
Глава 11
МОДУЛЯЦИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ
Что такое модуляция?
Модуляция — это процесс изменения во времени выбранной характеристической величины одного переменного электрического колебания, называемого модулируемым, под влиянием второго колебания, называемого модулирующим.
Когда применяется модуляция?
Непосредственная передача информации, например по проводам, не всегда возможна и рациональна. Передача информации с помощью электромагнитных волн возможна только в диапазоне высоких частот, в котором энергия может излучаться с большей эффективностью. Для устранения взаимных помех при передаче на расстояние по радио или по проводам большого объема информации, в частности телефонной, существует необходимость переноса ее из занимаемого низкочастотного диапазона частот (звуковых) в диапазон высоких частот.
Модуляция предназначена для переноса информации, содержащейся в некотором диапазоне частот, в другой частотный диапазон и в связи с этим является основным процессом в области передачи сигналов, особенно с помощью электромагнитных волн.
Колебание, с помощью которого передается сигнал, носит название несущего колебания или несущей частоты. В процессе модуляции на несущую накладывается модулирующее колебание, содержащее передаваемую информацию.
Какие существуют виды модуляции?
Существует несколько основных видов модуляции. Перед тем как их определить, следует обратить внимание на то, что несущее колебание, подвергаемое процессу модуляции, является синусоидальным колебанием, которое можно записать в следующем виде:
