Для начинающих. Просто о цифровой технике. Часть 1.

Во времена цифровых технологий нужно иметь хоть небольшое представление о цифровой технике, так как и в радиотехнике теперь без нее не обойтись.

Посмотрим на отличие цифрового сигнала от аналогового.

Рис. 1.

На верхнем графике - аналоговый сигнал, закон изменения которого может быть любым (например, синусоида), а его величина может принимать любые значения.

Цифровой сигнал очень "строгий" :), его величина может принимать только два значения: высокого логического уровня (ВЛУ, HI, H, 1) и низкого логического уровня (НЛУ, LOW, L, 0).

К временным характеристикам относятся: период (T), длительность импульса (tи), длительность паузы (tп). Соответственно T = tи + tп. Существует еще один параметр, который часто встречается в описаниях цифровых устройств - скважность: S = T/tи, а также обратная величина, называемая коэффициентом заполнения D = 1/S.

Форму самого простого цифрового сигнал назвали в честь повторяющегося узора, который использовали древние греки.

Рис. 2. Меандр.

Этот узор (а его разновидностей достаточно много, но нам важни нижняя на рис. 2) называли меандр.

Рис. 3.

У меандра длительность импульса равна длительности паузы, скважность равна 2, а коэффициент заполнения 0,5. Такого типа сигнал используется для управления ключевыми смесителями, имеющими высокий динамический диапазон.

Для генерации и обработки сигналов, ограниченных логическими уровнями используются различные логические элементы, являющиеся элементами цифровых микросхем.

Давайте познакомимся с самыми простыми из них. Самыми простыми являются инверторы.

Рис. 4.

Инвертор инвертирует входной сигнал: если на входе 0, то на выходе - 1, если на входе 1, то на выходе - 0.

В серии микросхем К555 есть микросхема К555ЛН1, которая содержит шесть инверторов. Из этих инверторов можно построить простой генератор, который будет выдавать два сигнала, фазы которых сдвинуты относительно друг-друга на 180 град.

Рис. 5

Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь, ведь фаза сигнала на выходе второго инвертора совпадает с фазой на входе первого инвертора. Конденсатор С1 попеременно то заряжается, то разряжается. При этом время заряда и разряда определяются емкостью конденсатора С1 и сопротивлением резистора R1: чем они больше, тем больше длительность процессов, тем больше период колебаний. Если заменить постоянный резистор R1 на последовательно соединенные переменный резистор R и постоянный резистор, номинал которого составляет примерно 0,1R, то получим генератор с переменной частотой.

Следует отметить, что логические уровни, как правило, не имеют определенного значения, а лежат в определенном интервале напряжений. Так для серии К555 уровень логической 1 лежит в пределах от +2,4В до напряжения питания, т.е. +5В. Напряжение логического 0 лежит в диапазоне от 0 до +0,4В. Но для простоты принимают уровень логической 1 равным напряжению питания, а логического 0 - равным 0 В.

Поискав в своих запасах, нашел к своей радости десяток К555ЛН1. Переменный резистор взял 22 кОм, последовательно с ним включил резистор 510 Ом, конденсатор керамический 0,47 мкФ.

Рис. 6.

Для питания микросхемы смонтировал стабилизатор на 78L05, хотя генератор работал и от одного аккумулятора с напряжением 3,9 В. К выходам подключил каналы осциллографа, и вот что увидел:

Рис. 7. Красная кривая - выход А, белая - выход Б.

Видим, что сигнал на выходе Б является зеркальным отражением сигнала на выходе А, т.е. сдвинут по фазе на 180 град. Если внимательно присмотреться, то на выходе Б сигнал имеет чуть больший размах и большую прямоугольность. С помощью переменного резистора частота импульсов менялась от 65 Гц до 860 Гц, причем скважность с уменьшением частоты увеличивалась.

В качестве задающего элемента в генераторе можно использовать кварцевый резонатор, но схему при этом нужно немного изменить.

Рис. 8.

Резисторы, включенные параллельно инверторам, переводят их из цифрового режима в аналоговый, т.е. они становятся инвертирующими усилителями. Связь между ними по постоянному разорвана, и в разрыв вставлен конденсатор С1. Положительная обратная связь осуществляется через кварцевый резонатор.

Рис. 9.

Генератор заработал сразу на частоте параллельного резонанса резонатора.

Рис. 10.

Такой генератор может управлять балансным смесителем на ключах, если не зацикливаться на форме сигнала. Да и улучшить ее не трудно, использовав более высокочастотную микросхему, например, серии К1533.

Раз генератор работает с кварцем, то должен работать и с колебательным контуром, но и в этом случае схему нужно немного изменить.

Рис. 11.

Все заработало.

Рис. 12.

Вот такие полезные устройства можно построить на простейших логических элементах.

Всем здоровья и успехов!