3.11.2. Формирователь с интегрирующей RС-цепью

Для уменьшения габаритов устройства при формировании импульсов большой длительности в качестве элемента временной задержки используется RС-цепь.

На рис. 3.40, а приведен вариант формирователя с такой цепью, который отличается от формирователя, показанного на рис. 3.38, а, только элементом временной задержки. В данном случае необходимый спад потенциала на входе 2 элемента Э2 задерживается относительно его появления на выходе Э1 за счет того, что разрядка конденсатора С происходит постепенно.

В исходном режиме uВХ = U0, uВЫХ = U1 и u2 = U1.

При этом конденсатор С заряжен до напряжения несколько меньшего U1:

где  - входной ток элемента Э2 при uВХ2 » U1.

При дальнейшем изложении будем считать, что в исходном режиме uС = U1.

С поступлением на вход положительного перепада (uВХ = U1) на обоих входах Э2 – логические 1, поэтому uВЫХ = U0. Так как теперь u2 = U0, то конденсатор начинает разряжаться. Когда напряжение uС на нем снизится до порогового (UПОР), элемент Э2 переключится к уровню uВЫХ = U1.

Временные диаграммы напряжений в рассматриваемом формирователе аналогичны временным диаграммам (см. рис. 3.38, б). Разными являются лишь напряжения uВХ2. Для схемы рис. 3.40, а напряжения uВХ2 и uВЫХ представлены на рис. 3.40, б. В момент t1 uВХ = U1, u2 = U0 – конденсатор разряжается и напряжение на нем уменьшается от U1, стремясь к уровню U0:

где t = RC – постоянная времени цепи.

Через время t = tИ напряжение uС достигает значения UПОР:

Отсюда длительность tИ сформированного импульса (с учетом перехода от натуральных логарифмов к десятичным)

Для приближенной оценки tИ можно считать U1 >> U0 и UПОР >> U0. При этом

Сопротивление резистора R ограничено снизу нагрузочной способностью элемента Э1 – ток разрядки конденсатора не должен превосходить максимального выходного тока:

Наряду с этим сопротивление резистора R ограничено сверху. С увеличением R возрастает напряжение IBX2R. Если оно будет равно пороговому напряжению UПОР, то элемент Э2 переключится с уровня U1 к уровню U0. Поэтому

IBX.ПОРR < UПОР,

где IBX.ПОРR – входной ток элемента, соответствующий пороговому напряжению.

Два приведенных неравенства определяют граничные значения сопротивления R:

Пример 3.5. Рассчитать элементы R, С временной задержки в схеме рис. 3.40, а, обеспечивающие формирование прямоугольного импульса с длительностью tИ = 5 мкс. Для ТТЛ-элементов Э1 и Э2 принять: U1 = 3,6 В, U0 = 0,2 В, UПОР = 1,5 В, IBX.ПОР = 0,6 мА, IВЫХmax = 16 мА.

Из выражения (3.7):

В соответствии с выражением (3.8):

При выборе R, близком к минимальному значению, сокращается длительность фронта выходного импульса; поэтому примем R = 390 Ом. Тогда емкость конденсатора:

Выбираем по ГОСТу С = 0,012 мкФ.