новится малым, а фаза выходного напряжения - отстающей по отношению ко входу. В результате модуль коэффициента передачи -быстро уменьшается с ростом частоты. Частота сопряжения /с, на которой начинается спад коэффициента передачи, обычно задается, и по ней можно выбрать элементы схемы:

С, =

2V2 nfRRo

V2nfc(Ri + R)

о-cb-i-C

Рис. 15-29. Фильтр нижних частот иа ОУ.

Рис. 15-30. Избирательный (режектор-иый) фильтр на ОУ с двойным Т-образным мостом.

Если конденсаторы и резисторы в схеме поменять местами, то фильтр станет фильтром высших частот.

Для построения режекторного фильтра, подавляющего коэффициент передачи в окрестности некоторой частоты fo, применяют двойные Т-образные фильтры (рис. 15-30). Частота режекции связана с параметрами фильтра соотношением

2nRC

Полосу частот, в которой осуществляется ослабление сигнала, можно изменять, передавая на мост не полное напряжение обратной связи, а его часть.

Ограничитель напряжения

Для ограничения выходного напряжения ОУ на заданном уровне применяют цепи с диодами и источниками напряжения или стабилитронами. На рис. 15-31, а положительное напряжение выхода ограничено на уровне +Е, для ограничения отрицательного напряжения следует использовать цепочки с противоположной полярностью дио-

да и источника. Сопротивление R ограничивает выходной ток ОУ:

R>

вы-хтах

/н.доп

Можно избежать увеличения выходного сопротивления, используя схему рис. 15-31,6. Стабилитрон Д1 открывается, когда положительное напряжение выхода достигает суммы

вых ~ дИобр) + д2(пр)>

гй-д.

о-ч:

Рис. 15-31. Ограничитель напряжения.

а - с нелинейным элементом в выходной цепи: б - с нелинейным элементом в цепи обратной . . связи.

при ЭТОМ усилитель дополнительно нагружается током

tBblX + f/B

Аналогично работает схема, ограничивая отрицательное напряжение вых с помощью Дг-

Компаратор

ОУ без обратной связи может использоваться в качестве компаратора - схемы сравнения двух напряжений, поданных на инвертирующий и прямой входы. Большой коэффициент усиления обеспечивает достижение выходным напряжением максимального или минимального уровней (либо уровней ограничения) при разности напряжений на входах порядка нескольких милливольт. Для защиты ОУ от перенапряжений на входах следует включать защитную цепочку по типу рис. 15-25. Если потенциал одного из входов равен нулю, схема выполняет функции чувствительного нуль-органа. При подаче на вход знакопеременного напряжения схема формирует на выходе прямоугольный сигнал. Скорость нарастания выходного напряжения ограничивается частотными свойствами ОУ и указывается в паспорте.

Генераторы прямоугольного напряжения

На основе ОУ можно строить генераторы релаксационных колебаний (мультивибраторы). С этой целью выполняют схемы с положительной обратной связью и с вре-мязадающими пассивными цепочками (обычно /?С-типа). Распространенная схема генератора прямоугольного напряжения

§ 15-7]

Логические интеграмкые микросхемы

(рис. 15-32) содержит цепь положительной обратной связи Ri, R2, через которую часть выходного напряжения передается на неин-вертирующий вход. Можно убедиться, что при выполнении условия

схема не может устойчиво находиться в линейном режиме, любое ничтожно малое изменение АЬвых передается на прямой вход и приводит к еше большему отклонению выхода, так что окончательно выходное напряжение достигает одного из уровней насыщения: ИватапЫ или ивыхтах. ПуСТЬ

Рис. 15-32. Мультивибратор на ОУ.

U3SIDS 1.

Х X

Рис. 15-33. Одновибратор на ОУ.

конденсатор разряжен (вх,я=0), а на выходе установилось напряжение Овых max, тогда на прямом входе напряжение равно:

выхтах

R1 + R2

Конденсатор заряжается с постоянной времени r=RC, причем напряжение на нем стремится к Увыхшах. Когдз разность потенциалов входов изменит знак на обратный, происходит быстрое изменение полярности выходного напряжения и конденсатор начнет перезаряжаться. В дальнейшем процессы повторяются. Период работы генератора оценивается приближенной формулой

r=2i?Clnl-f 2-J.

Частота генератора, как следует из формулы, определяется времязадающей цепью RC и соотношением плеч делителя R2/R1. Сумма сопротивлений на частоту практически не влияет и может лежать в пределах 10 кОм-1 МОм. Отношение сопротивлений выбирается в пределах 0,05-0,5; ограничения обусловлены ухуд-

шением формы напряжения генератора и снижением стабильности частоты.

На основе мультивибратора по рис. 15-32 можно выполнить одновибратор (заторможенный мультивибратор) (рис. 15-33). С этой целью в схему вводится напряжение смещения Е, которое делает устойчивым единственное состояние f Bbix=f выхтгт. При подаче положительного импульса запуска Us через дифференцирующую цепь CuRa напряжение выхода изменяется на /выхтах. Это новое состояние фиксируется путем подачи с выхода смещения на прямой вход через Ri, R2. Одновременно начинается перезаряд конденсатора С. В момент, когда напряжение на конденсаторе сравняется со смещением на прямом входе, схема возвращается в устойчивое состояние.

Преобразователи напряжения в частоту и длительность импульса

Функциональная схема преобразователя напряжения в частоту или длительность импульсов содержит интегратор И, компаратор К и цепь импульсной обратной связи

Рис. 15-34. Преобразователь напряжения В частоту.

ОС (рис. 15-34). Преобразователь напряжения в частоту работает следующим образом: интегратор формирует напряжение, скорость изменения которого пропорщю-нальна Ubx- В момент, когда достигается пороговый уровень Un\, компаратор через цепь ОС выдает одно из следующих воздействий на интегратор:

быстрый разряд накопительного элемента (конденсатора), после чего процесс повторяется;

изменение знака интегрирования, в результате чего напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположном направлении, пока не будет достигнут уровень и 2. Затем следует очередное изменение знака интегрирования, н процесс повторяется.

Второй способ более сложен в реализации, однако обеспечивает лучшую линейность преобразования напряжения в частоту.

15-7. ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Основные понятия о логических функциях

Логические интегральные микросхемы (ИМС) служат для операций с дискретными сигналами, принимающими два значения.

например высокий и низкий (нулевой) потенциалы. Одному из уровней сигнала приписывается символ 1, другому - О, причем выбор символа для обозначения высокого потенциала нроизволен. В распространенной системе ИМС серий 133 и 155 принято обозначать О низкий потенциал (от О до -Ь0,4 В), а 1-высокий (от 4-2,4 до -i-5B). Такая система получила название положительной логики . В системе логических элементов серий 108, 120 напряжение сигнала логической! не более -10 В, а О - не менее -0,7 В ( отрицательная логика ).

Каждая серия логических элементов со- , держит несколько типов логических схем, реализующих различные логические. функции.

Введем основные понятия о логических ф5нкциях. Удобно начать рассмотрение с раснространенной полной системы логических функций И, ИЛИ, НЕ. Логическая функция И (логическое умножение, конъюнкция) описывается таблицей соответствия (табл. 15-7), которая может быть прочитана

Все возможные наборы аргументов и их

инверсий (обозначаемые в общем видехуг) можно свести в табл. 15-9, где представлены двоичные и десятичные числа, соответствующие каждому набору. Положим, что х=1, х=0, у=\, у=0, z=l, z=0, тогда набор xyz представляется в виде двоичного числа 100, т. е десятичного 4. Часто вместо записи набора пользуются его десятичным эквивалентом. Каждый набор размещается в одной клетке карты Карно, причем смежные

У У

Таблица 15-7

Таблица 15-8

так: функция принимает значение 1 только в том случае, если и первый, и второй аргументы принимают единичное значение Аналитическая запись функции И:

f = xy ши f== х&у.

Логическая функция ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция) описывается таблицей соответствия (табл. 15-8), которая может быть прочитана так: функция принимает значение 1 в том случае, если или первый, или второй, или оба сразу аргумента принимают единичные значения. Аналитическая запись функции ИЛИ:

? = + г/ или / = д; V г/.

Кроме ф5нкций И, ИЛИ введем понятие об отрицании логической величины НЕ, Логическое отрицание (инверсия) записывается в виде X и читается НЕ х .

Если х=0, то х=1, если х=1, то х-0.

Для интернретации любых логических функций широко используются карты Карно (рис. 15-35). Карта для двух аргументов содержит 4 клетки, для трех - 8, для т - 2 * клеток. Такое количество клеток достаточно для отображения всех возможных наборов аргументов. Так, в верхней строке карты на рис. 15-35, в имеем пересечение аргумента х с аргументами у, у, г, г, в нижней хсу,у, Z, 2,

Рис. 15-35. Карты Карно.

а - функция И двух аргументов; б - функция ИЛИ двух аргументов; в - размещение наборов трех аргументов.

Таблица 15-9

клетки различаются только в одном разряде двоичного числа (О и 4, 1 и 3, 7 и 5). Таи1е числа называют соседними. Заметим, что соседними будут такнсе числа в клетках, которые окажутся смежными после свертывания карты Карно в цилиндр (О и 2, 4 и 6). Подобным образом можно построить карты Карно для четырех, пяти и более аргументов, хотя практически этот способ изображения наборов аргументов трудно использовать при числе аргументов больше семи-восьми.

Соотношения алгебры логики

Для операции над логическими функциями следует знать основные соотношения, истинность которых шжно проверить на всех наборах прямой подстановкой значений аргументов О или 1:

Q\/x = x; 0-л: = 0; \ У х = \;

\-х = х; х\/х = х; хх = х; ¥=х;