Принципы формирования прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных импульсов формируют сигналы, близкие по форме к прямоугольным. Такие сигналы имеют два устойчивых уровня напряжения (или тока): низкий (нулевой) и высокий (единичный). Переход от низкого уровня к высокому осуществляется скачкообразно. Постоянство напряжений на нулевом и единичном уровнях обеспечивается двумя равновесными состояниями генератора, которые могут быть устойчивыми и квазиустойчивыми. В устойчивом состоянии устройство может находиться сколь угодно долго, а в квазиустойчивом — только в течение некоторого времени, которое определяется параметрами элементов формирующих цепей генератора.

В зависимости от характера равновесных состояний генераторы прямоугольных импульсов подразделяют на бистабильные, моностабильные и астабильные.

Устройство, имеющее два устойчивых состояния, называется бистабильным. Перевести его из одного состояния устойчивого равновесия в другое можно только внешним воздействием (импульсом). Наиболее ярким представителем бистабильного устройства является триггер.

Моностабильные генераторы имеют одно устойчивое и одно квазиустойчивое состояния. Обычно моностабильный генератор находится в устойчивом состоянии, как правило, в нулевом. Запускаемый на вход генератора импульс переводит его в квазиустойчивос состояние, в котором генератор находится непродолжительное время и затем опять возвращается в устойчивое состояние. Моностабильные генераторы также называют ждущими, т. е. ожидающими управляющего импульса (например, ждущий мультивибратор, ждущий блокинг-генератор, ждущий фантастрон).

Астабильный генератор нс имеет устойчивых состояний и работает в автоколебательном режиме, переходя из одного квазиустойчивого состояния в другое. К астабильным генераторам относятся мультивибратор, блокинг-генератор и фантастрон. При подаче на вход астабильного генератора управляющего импульса он вынуждено (преждевременно) переходит из одного квазиустойчивого состояния в другое. Такой режим работы называют режимом синхронизации.

Генераторы прямоугольных импульсов относятся к регенеративным устройствам, особенностью которых является сильная положительная обратная связь.

Регенеративный процесс характеризуется лавинообразным развитием при выполнения двух следующих условий самовозбуждения:

разность фаз на входе и выходе <�р_вых равна или кратна 2л:

где п — натуральное число;

коэффициент обратной связи между входом и выходом больше единицы:

где Д?/_ных — изменение напряжения выходного сигнала; д?/_вх — изменение напряжения входного сигнала.

Условие (4.1) означает, что изменение напряжения выходного сигнала действует в том же направлении, что и на входе (положительная обратная связь). Условие (4.2) показывает, что любое малое изменение напряжения на входе приводит к его последующему усилению и лавинообразному развитию процесса во времени. Положительная обратная связь может быть создана с помощью резистора, конденсатора или трансформатора. Эти способы обратной связи реализуются соответственно в триггерах, мультивибраторах и блокинг-генераторах.

Генераторы прямоугольных импульсов строятся на основе одноили двукаскадных ключевых схем. В блокинг-генераторах используется один ключевой каскад с обратной трансформаторной связью. Триггеры и мультивибраторы имеют два ключевых каскада, охваченных положительной обратной связью. В зависимости от типа используемой элементной базы и назначения генераторы могут быть ламповыми, транзисторными, оптоэлектронными, на логических элементах и интегральных схемах.

В генераторах прямоугольных импульсов используются релаксационные процессы (от лат. relaxatio — расслабление, разрядка, отдых), связанные с пассивным уменьшением напряжения внутри устройства (разрядка конденсатора через сопротивление или уменьшение тока в катушке индуктивности). Падение (или возрастание) напряжения до критического уровня приводит к переходу генератора из состояния равновесия в состояние переключения, которое быстро завершается новым или прежним устойчивым состоянием.