Capitolul 7 Circuite de impulsuri
215
CAPITOLUL 7
CIRCUITE DE IMPULSURI
7.1. Comportarea circuitelor simple la un semnal dreptunghiular
Se prezintă pe scurt cum se comportă elementele reactive şi circuitele simple la
acţiunea unui semnal dreptunghiular ideal.
7.1.1. Elementele reactive
Bobina, dacǎ este supusă unui semnal dreptunghiular de tensiune, atunci
rezultatul, curentul prin bobină va fi (figura 7.1):
tL
Utu
Li LL d1
(7.1)
Curentul este liniar crescǎtor iar panta este cu atât mai mare cu cât saltul de
tensiune este mai mare şi bobina are inductanţa de valoare mai mică. Cu cât L este mai
mare cu atât variaţia curentului este mai lentă.
Fig. 7.1. Bobină sub impuls dreptunghiular
Un semnal dreptunghiular de curent (ideal) nu poate fi aplicat unei bobine
deoarece ar conduce la salturi infinite de tensiune, imposibile în realitate:
t
iLuL
d
d (7.2)
şi dacă curentul variazǎ prin salt derivata este infinită.
Similar, dacă un condensator este supus unui semnal dreptunghiular de curent,
(situaţie mult mai des întâlnită în practică) atunci rezultatul, tensiunea pe condensator
va fi (figura 7.2):
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
216
tC
Iti
Cu CC d1
(7.3)
Fig. 7.2. Condensator sub impuls dreptunghiular
Tensiunea la bornele condensatorului este liniar crescǎtoare iar panta este cu
atât mai mare cu cât saltul de curent este mai mare şi condensatorul are capacitatea de
valoare mai mică. Cu cât C este mai mare cu atât variaţia tensiunii este mai lentă.
Schimbarea sensului curentului, adică aplicarea unui impuls bipolar conduce la
micşorarea tensiunii, variaţia fiind tot liniară. Se pot obţine astfel forme triunghiulare
sau în dinte de fierăstrău cum sunt numite cele nesimetrice (figura 7.3). Pentru
revenirea tensiunii la nivelul zero în acest caz, trebuie ca sarcina adăugată şi cea
evacuată sǎ fie egale (suprafeţele mai întunecate).
Fig. 7.3. Condensator ca formator de impulsuri triunghiulare
Un semnal dreptunghiular de tensiune nu poate fi aplicat unui condensator
deoarece ar conduce la salturi infinite de curent.
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
217
7.1.2. Comportarea circuitului RC serie la semnal dreptunghiular
Unul din circuitele simple de formare a impulsurilor este circuitul RC. Se
prezint aici cum funcţioneazǎ aceastǎ combinaţie atunci când este supusǎ acţiunii unui
impuls dreptunghiular de tensiune suficient de lung, mult mai lung dacǎ regimul
tranzitoriu de încǎrcare şi descǎrcare a condensatorului (figura 7.4)
Fig. 7.4. Circuit RC sub impuls dreptunghiular
Pe condensator tensiunea creşte după o curbă exponenţialǎ a cărei pantă iniţială
depinde de constanta de timp a circuitului, τ = RC şi scade la deconectare, similar. Pe
rezistenţă apar impulsuri cu salt urmate de descreştere exponenţială similarǎ, salturile
fiind atât pozitive, ca răspuns la tranziţia directă, cât şi negative, ca răspuns la tranziţia
inversă.
7.1.3. Comportarea circuitului RL serie la semnal dreptunghiular
Unul al doilea circuit simplu de formare a impulsurilor este circuitul RL sub
acţiunea unui acelaşi impuls dreptunghiular de tensiune suficient de lung faţă de
constanta de timp a circuitului, τ = R/L (figura 7.5).
Pe rezistenţă tensiunea creşte după o curbă exponenţialǎ a cărei pantă iniţială
depinde de constanta de timp a circuitului, τ = L/R şi scade la deconectare similar. Pe
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
218
bobină apar impulsuri cu salt urmate de descreştere exponenţială, salturile fiind atât
pozitive, ca răspuns la tranziţia directă, cât şi negative, ca răspuns la tranziţia inversă.
Fig. 7.5. Circuit RL sub impuls dreptunghiular
7.1.4. Efectul sarcinii şi a condensatorului de accelerare la circuitul RC
Un circuit RC de tipul prezentat nu este utilizat ca un singur element ci în
circuite mai complexe. Asta înseamnă că ieşirea este conectată la un alt circuit care are
la rândul lui o rezistenţa de intrare (presupunem că nu are componente reactive) ca
sarcină echivalentă.
Atunci forma tensiunilor rămâne aceeaşi dar se modifică nivelul maxim care se
reduce conform divizorului rezistiv care se formează (fig. 7.6) şi în plus timpii de
comutaţie se micşoreazǎ pentru că rezistenţa echivalentă la bornele condensatorului
este mai mică şi deci şi constanta de timp este mai mică.
Dacă însă se conectează un alt condensator în paralel pe rezistența R, atunci se
pot micşora timpii de comutaţie şi formele de undǎ pot să arate, la o alegere corectă a
elementelor, ca în secţiunea finalǎ a figurii 7.6.
Metoda este larg folositǎ pentru a micşora timpii de tranziţie la un comutator cu
tranzistor, iar condensatorul suplimentar se numeşte de accelerare.
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
219
Fig. 7.6. Circuit RC cu sarcină şi condensator de accelerare
7.1.5. Comportarea circuitului RLC serie la semnal dreptunghiular
Un circuit RLC serie (figura 7.7) se comportă în două moduri diferite la
acţiunea unui semnal de tensiune dreptunghiular în funcţie de doi parametri ai
circuitului:
Amortizarea: L
R
2 (7.4)
Frecvenţa de rezonanţă: LC
f2
10 (7.5)
Dacă amortizarea este mai mare decât ω0 (2π f0) circuitul este amortizat iar dacă
este mai mică circuitul este oscilant. Egalitatea are loc dacǎ circuitul este amortizat
critic.
Fig. 7.7. Circuit RLC serie
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
220
Fig. 7.8.a. Regim amortizat
Fig. 7.8.b. Regim amortizat critic
Fig. 7.8.c. Regim oscilant
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
221
Pentru fiecare caz în parte forma mărimilor principale poate fi urmărită pe
figurile 7.8. Chiar dacă un circuit comandat cu semnal dreptunghiular nu are
inductanţe în componenţǎ, inductanţa parazită a linilor de conexiune poate provoca
apariţia unor oscilaţii suprapuse peste semnalul dreptunghiular a căror eliminare este
uneori dificilă. Ca idee generală trebuie mărită rezistenţa circuitului pentru a-l aduce
sub punctul critic.
Pentru circuitul RLC paralel lucrurile sunt similare, dar circuitul trebuie supus
unui curent dreptunghiular iar răspunsul este tensiunea la borne.
7.2. Circuite elementare de formare a impulsurilor
Circuitele elementare de formare se împart în trei categorii importante:
1. Circuite de formare cu elemente pasive, de tip RC sau RL, primele fiind mai
des utilizate;
2. Circuite de limitare cu diode;
3. Circuite de formare cu amplificatoare;
7.2.1. Circuite RC de formare a impulsurilor
Un circuit de formare RC are douǎ elemente de circuit pasive, o rezistenţă, R şi
un condensator, C, care, prin cele doua moduri distincte de aşezare în schemǎ
formatorului conduc la obţinerea a douǎ tipuri de circuite de formare, unul numit de
derivare a impulsurilor, al doilea de integrare a impulsurilor, funcţionarea lor amintind
de cele douǎ operaţii matematice.
Circuit RC de derivare a impulsurilor
Circuitul are schema şi formele principale ale tensiunilor prezentate în figura
7.9. Grupul RC este în formǎ de cuadripol de tip gama. La bornele de intrare este o
succesiune de impulsuri dreptunghiulare. La bornele de ieşire se obţin, la fiecare dintre
fronturile impulsurilor de intrare, impulsuri ascuţite, cu front iniţial abrupt dar cu
frontul următor mai puţin abrupt, de formǎ exponenţialǎ. Este esenţial că pentru
fronturile crescǎtoare se obţin impulsuri pozitive, iar pentru fronturile descrescǎtoare
se obţin impulsuri negative. Sunt marcate în acest fel şi pot fi apoi uşor decalate cele
doua tipuri de fronturi cât şi momentele de timp la care apar fiecare.
Pentru ca circuitul sǎ funcţioneze ca în figurǎ, trebuie îndeplinitǎ o condiţie, şi
anume:
τ = RC << min (Ti,Tp), (7.6)
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
222
adicǎ trebuie ca grupul R, C sǎ aibă constanta de timp, τ = RC mult mai micǎ decât cea
mai micǎ dintre duratele impulsului sau pauzei succesiunii de impulsuri de la intrare.
Fig. 7.9 . Circuit de derivare Fig. 7.10. Circuit de integrare a
a impulsurilor impulsurilor
Circuit RC de integrare a impulsurilor
Circuitul are schema şi formele principale ale tensiunilor prezentate în figura
7.10.
Grupul RC este în forma de cuadripol de tip gama. La bornele de intrare este o
succesiune de impulsuri dreptunghiulare. La bornele de ieşire se obţin impulsuri cvasi-
triunghiulare cu pante de formǎ exponenţiala. Circuitul este mult mai rar utilizat, de
obicei pentru separarea simpla a impulsurilor dupǎ lǎţime prin translatarea lǎţimii în
înǎlţime, un parametru al impulsurilor mult mai uşor de evaluat.
Ce se întâmpla dacǎ impulsurile au lǎţimi mult diferite se poate observa în
figura 7.11. Pentru ca circuitul sǎ funcţioneze corect trebuie îndeplinitǎ o condiţie, şi
anume:
τ = RC >> max (Ti,Tp), (7.7)
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
223
adicǎ trebuie ca grupul RC sǎ aibă constanta de timp, τ = RC mult mai mare decât cea
mai mare dintre duratele impulsului sau pauzei succesiunii de impulsuri de la intrare.
Fig. 7.11. Translaţie timp-nivel
7.2.2. Circuite de limitare cu diode
Limitarea se referǎ aici la amplitudinea impulsurilor. Cu ajutorul circuitelor de
limitare amplitudinea impulsurilor este fixatǎ între douǎ limite precise. De obicei una
dintre limite este zero.
Cel mai simplu circuit de limitare a impulsurilor este reprezentat de o simpla
diodǎ, conectatǎ ca în figura 7.12. Presupunem cǎ avem la intrarea circuitului de
limitare o succesiune de impulsuri pozitive şi negative cum sunt acelea obţinute cu
ajutorul circuitului RC de derivare.
Dacǎ dioda este cu sensul din prima variantǎ de schema (a), atunci are ca efect
limitarea impulsurilor de intrare între nivelul zero şi nivelul U de tensiune. Se obţine
de fapt selecţia impulsurilor pozitive (tensiunea u2) sau echivalent, eliminarea
impulsurilor negative.
Dacǎ dioda este cu sensul din varianta a doua (b), atunci are ca efect limitarea
impulsurilor de intrare între nivelul zero şi nivelul negativ, -U de tensiune. Se obţine
de fapt selecţia impulsurilor negative (tensiunea u2).
O a doua categorie de circuite de limitare cu diode limiteazǎ amplitudinea
impulsurilor la o valoare mai micǎ decât amplitudinea lor maximǎ de la intrarea circuitului. Douǎ dintre variantele simple sunt prezentate în figura 7.13. Amplitudinea
impulsurilor la ieşirea circuitului este datǎ în prima variantǎ (a) de valoarea unei surse
de tensiune continuǎ auxiliarǎ iar în a doua variantǎ de schema (b) de valoare tensiunii
de deschidere a diodei Zener.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
224
Fig. 7.12. Circuite de limitare simple 7.13. Circuite de limitare cu prag
7.2.3. Circuite de formare a impulsurilor cu amplificatoare
Un circuit frecvent utilizat pentru formarea impulsurilor este cel din figura 7.14
şi care nu este altceva decât este un amplificator cu tranzistor în conexiune emitor
comun. Cum am amintit când am prezentat schema, pânǎ la o anumitǎ frecvenţǎ sau
timpi de tranziţie efectul este îmbunǎtaţirea fronturilor impulsurilor (figura 7.10).
Calitatea fronturilor depinde direct de amplificarea în tensiune a amplificatorului.
Fig. 7.14. Formator de impulsuri cu amplificator cu tranzistor
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
225
Circuitul e utilizat deseori pentru transformarea impulsurilor sinusoidale în
impulsuri dreptunghiulare aşa cum se poate urmǎri pe figura 7.14. În general când
fronturile nu trebuie să fie rapide soluţia cea mai ieftinǎ este un astfel de amplificator.
Un dezavantaj al acestui circuit este acela cǎ, în special la fronturile descrescǎtoare,
pot sǎ aparǎ întârzieri importante între fronturile de la intrare şi cele de la ieşire O altǎ variantǎ mai bunǎ este amplificatorul diferenţial, fie cu tranzistoare, fie
în varianta amplificator operaţional. O schemă simplificată este prezentată în figura
7.15. Impulsurile de ieşire sunt în acest caz bipolare, amplitudinea lor fiind între +EA
...-EA dar pot fi readuse cu uşurinţă la o formă unipolară. Fronturile sunt mult mai
scurte fiindcă AO are o amplificare mult mai mare.
Fig. 7.15. Formator de impulsuri cu AO
Mai sunt folosite în scopul formării de circuite integrate specializate, denumite
comparatoare de tensiune cu funcţionare în comutaţie, numite şi circuite analog-
digitale .
7.3. Circuite basculante
7.3.1. Modelul general al circuitelor basculante
Un circuit basculant este format din douǎ amplificatoare conectate în cascadă
cu o reacţie pozitivă puternică de la ieşire la intrare conform schemei din figura 7.16.
Elementele de cuplaj sunt impedanțele Z1 şi Z2 care pot fi şi de altă natură decât
rezistivă. Schema se desenează obișnuit ca în figura 7.17 pentru a pune în evidentă
simetria schemei. Există în cele mai multe situații o simetrie completă care apare şi în
valoarea elementelor schemei, elementele simetrice pe schemă sunt egale, dar nu este
întotdeauna aşa.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
226
Fig. 7.16. Circuit basculant desenat în variantă nesimetrică.
Fig. 7.17. Circuit basculant desenat în variantă simetrică.
În cazul cel mai general circuitele basculante au două ieșiri, O1 şi O2 între masă
si cele două colectoare ale tranzistoarelor si două intrări, I1 şi I2, în majoritatea
cazurilor între bazele tranzistoarelor şi masă (figura 7.18.a).
a) b)
Fig. 7.18. Circuit basculant: intrări, ieşiri (a) şi reprezentare simplificată (b).
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
227
O reprezentare simplificată uzuală prezintă circuitul basculant ca un dreptunghi
cu două secţiuni marcate distinct prin haşurare, cifre sau nuanţe diferite (cazul de aici)
cu ieșirile în partea superioară şi intrările în partea inferioară (figura 7.18.b).Tensiunile
de ieşire sunt aici u1 şi u2.
Din cauza reacţiei pozitive puternice tranzistoarele sunt în zonele limită ale
caracteristicilor de transfer şi anume unul este în zona de saturaţie iar al doilea în zona
de blocare. Cele două tensiuni de ieşire sunt prin urmare, una aproximativ zero,
corespunzătoare tranzistorului în saturație, a doua ridicată, aproape de valoarea
tensiunii de alimentare, conform valorilor din figura 7.19.
Fig. 7.19. Tensiunile de ieșire la un circuit basculant
Există două stări:
S1 cu u1=0 tranzistorul T1 deschis la saturație
u2=EA tranzistorul T2 blocat
S2 cu u1=EA tranzistorul T1 blocat
u2=0 tranzistorul T2 deschis la saturație
Cele două stări sunt complementare.
Circuitul poate trece, fie singur, fie forţat de o comandă exterioară, în starea
complementară. Trecerea se face întotdeauna într-un timp scurt, care se neglijează de
cele mai multe ori şi se numeşte basculare. Deşi tehnic este posibil ca ambele
tranzistoare să fie aduse în aceeași stare, cele două stări trebuie să fie permanent
complementare, astfel că întotdeauna tensiunile de ieşire să fie în opoziţie (figura
7.19). În orice moment de timp, neglijând tranziţiile, una din ieşiri e la nivel ridicat şi a
doua la nivel coborât.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
228
7.3.2. Clasificarea circuitelor basculante
Un circuit basculant are întotdeauna două stări distincte, S1 şi S2.
Cele două stări pot fi la rândul lor de două feluri:
stabilă;
cvasi-stabilă.
Stare stabilă este atunci când circuitul basculant nu poate trece în starea
complementară (nu poate bascula) decât în urma unei intervenţii exterioare, care este
obişnuit un impuls de comandă pe una din intrările circuitului. De fapt prin comandă
trebuie scos unul dintre cele două tranzistoare din starea sa. Din acest moment, datorită
reacţiei pozitive puternice se produce bascularea. În lipsa comenzii starea nu se
schimbă, ieşirile rămân nemodificate un timp indefinit.
Stare cvasi-stabilă este atunci când circuitul basculant va trece în starea
complementară (basculează) fără intervenție exterioară, după trecerea unui interval de
timp care depinde de elementele circuitului.
În funcţie de natura celor două stări S1, S2 circuitele basculante se împart în trei
mari categorii:
Circuit basculant bistabil, CBB, (flip-flop în engleză) au ambele stări stabile,
circuitul este într-una din stări şi trece în starea complementară doar în urma unei
comenzi potrivite; pentru aceste circuite Z1 şi Z2 sunt rezistenţe.
Circuit basculant monostabil sau monovibrator, CBM, au o stare stabilă, şi una
cvasi-stabilă. Circuitul este normal în starea stabilă, trece în starea complementară,
cvasistabilă doar în urma unei comenzi potrivite dar revine singur, după un timp, la
starea stabilă; pentru aceste circuite Z1 şi Z2 sunt una rezistentă, a doua condensator
Circuit basculant astabil sau multivibrator, CBA, au ambele stări cvasi-stabile,
circuitul trece în starea complementară fără comandă şi după un timp revine, tot fără
comanda, la prima stare apoi din nou trece în starea complementară ş.a.m.d.; pentru
aceste circuite Z1 şi Z2 sunt condensatoare.
Există un al patrulea circuit basculant important, este un circuit din familia
circuitelor basculante bistabile: circuit basculant Schmitt, CBS.
7.3.3. Circuite basculante bistabile, CBB
7.3.3.1. Mecanismul de basculare
Un circuit basculant bistabil în cea mai simpla variantă are schema din figura
7.17 şi este de obicei perfect simetric, tranzistoarele sunt identice, rezistenţele din
colectoare egale, RC1=RC2, la fel rezistenţele din bazele tranzistoarelor, RB1=RB2.
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
229
Mecanismul de basculare în urma unei comenzi potrivite poate fi urmărit pe
figura 7.20.
Presupunem T1 blocat, I1=0, U1=EA, T2 deschis, U2=0, I2= EA /Rc.
O comandă potrivită trebuie să scoată unul dintre tranzistoare din starea sa.
Dacă se face comanda pentru T1, este nevoie de un impuls pozitiv care creşte UB1. T1
se deschide şi I1 începe să crească. Tensiunea pe RC1 creşte şi concomitent U1 scade
(suma celor două e constantă, U1 + U Rc1= EA). Scăderea se transmite prin RB2 şi
tensiunea UB2 scade. T2 începe să se blocheze. I2 scade, URc2 scade şi U2 creste.
Creşterea se transmite prin RB1 la baza T1, deci UB1 unde începuse ciclul, creşte mai
accentuat, T1 se deschide mai mult, T2 se blochează mai mult ş.a.m.d. până când se
atinge starea 2.
Fig. 7.20. Mecanismul de basculare
7.3.3.2. Moduri de comandă
Comanda separată
O dată ajuns în starea 2, o comandă de acelaşi fel, care să deschidă T1 nu mai
provoacă bascularea, T1 fiind acum deschis. Pentru basculare este nevoie fie de o
comandă care să blocheze T1, adică un impuls negativ, fie un impuls pozitiv pe a doua
intrare. Această variantă, cu impulsuri la fel, aplicate pe rând când la unul când la
altul dintre tranzistoare este varianta utilizată obişnuit.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
230
Fig. 7.21. CBB cu comanda separată (forma mărimilor)
Modul acesta de comandă se mai numește şi comanda separată şi poate fi
urmărit pe diagramele din figura 7.21. Se vede ca CBB basculează în acest mod de
comandă doar atunci când impulsurile de comandă alternează de la o intrare la alta.
Comanda comună
Un alt mod de comandă al CBB este comanda comuna (figura 7.18.a) iar
circuitul este prezentat simplificat în figura 7.18.b. Impulsurile sosesc la o singură
intrare de unde sunt dirijate printr-un circuit de comandă comună la bazele
tranzistoarelor. Circuitul propriu-zis de comanda este mai complicat şi e reprezentat
printr-un bloc. Acest mod de comandă asigură bascularea CBB la fiecare impuls şi
diagrama mărimilor principale se poate vedea in figura 7.22.
Fig. 7.22. CBB cu comanda comuna (forma mărimilor)
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
231
7.3.3.3. Utilizarea CBB
CBB are multiple utilizări, dar doua dintre ele sunt cele mai importante. CBB,
sub forme diferite, sunt componentele principale în circuitele de bază ale
calculatoarelor digitale, circuitele de memorare şi cele de calcul.
Utilizarea ca memorie binară
Existenta a două stări stabile face ca CBB să fie utilizat ca celulă de memorie
binară. Pentru una din stări se aloca valoarea 0, pentru a doua valoarea 1 (7.23.a). Cu
un CBB se poate memora o singură cifră binara, care nu poate fi decât 0 sau 1.
Dacă se utilizează şiruri de CBB care se numesc registre, se pot memora
numere mai mari. De exemplu în figura 7.23.b un registru de 4 celule poate memora
cifre binare de la 0000 la 1111, adică de la 0 la 15 zecimal (în figură este cifra 4).
Fig. 7.23. CBB ca celula de memorie (a) şi registru cu 4 celule binare (b)
Utilizarea ca divizor de frecventă (numărătoare)
Atunci când este utilizat în comanda comună, CBB realizează o divizare cu 2 a
impulsurilor de comandă.
Dacă privim schema simplificată şi diagramele din figura 7.24. se poate vedea
că dacă avem la intrare o succesiune de impulsuri de o frecventă f, după ce impulsurile
de ieşire sunt trecute printr-un circuit de derivare şi limitare care păstrează impulsuri
scurte doar pentru fronturile crescătoare se obţine la intrarea CBB2 o succesiune de
impulsuri de 2 ori mai rare. Frecvenţa a scăzut de 2 ori. Sau altfel, la 2 impulsuri de
intrare am obţinut unul la ieşire. Acesta este un numărător cu 2.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
232
Fig. 7.24. Forma tensiunilor la un divizor de frecventă cu trei CBB
Dacă se pun două CBB se face o divizare cu 4 (numără 4 impulsuri), pentru trei
o divizare cu 8 ş.a.m.d. De fapt prin utilizarea unor scheme doar cu puţin mai
complicate se poate face divizare (numărător) cu orice număr.
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
233
7.3.3.4. Circuite de comandă pentru CBB
Circuite cu comandă separată
Impulsurile de comandă sunt obţinute obişnuit cu circuite de derivare şi apoi
sunt selectate cele de polaritatea dorită. Impulsul de comandă doar iniţiază procesul de
basculare care se desăvârșește prin mecanismul de reacție pozitivă descris mai înainte.
Comanda CBB se poate face în diferite moduri. Impulsurile de comandă pot fi
aplicate atât pe baza cât şi pe colectorul tranzistoarelor, pot fi atât pozitive cât şi
negative. Comanda pe bază este mai sensibilă decât cea pe colector. Impulsurile de
comandă pot deschide un tranzistor aflat în zona de blocare sau pot bloca un tranzistor
care este în conducţie, la saturaţie sau uneori în zona activă.
Fig. 7.25. CBB cu circuit de comandă separată pe baze
Comanda cu impulsuri care blochează un tranzistor aflat în conducţie are două
avantaje:
- sensibilitatea la comandă a CBB este mai mare;
- energia necesară pentru a produce bascularea este mai mică.
Astfel, pentru un CBB realizat cu tranzistoare npn bascularea se face în condiţii
optime dacă se aplică un impuls negativ pe baza tranzistorului în conducție.
Un astfel de circuit este prezentat în figura 7.25.
Pentru comanda pe colector circuitul de comandă este similar, punctul de
comandă fiind deplasat de pe bazele tranzistoarelor pe colectoarele acestora.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
234
Circuite cu comandă comună
Un circuit de comandă comună produce basculare la fiecare front de o anumită
polaritate. El creează impulsuri de comandă dar mai trebuie să le dirijeze alternativ
spre cele două tranzistoare.
Circuit cu comandă comună pe baze
Un astfel de circuit este prezentat în figura 7.26. Modul de funcţionare este
prezentat în continuare.
Fig. 7.26. CBB cu circuit de comandă comună
Fie circuitul in starea:
T1-saturat
T2-blocat
Tensiunile in diferite puncte ale schemei au următoarele valori tipice (pentru
tranzistoarele cu siliciu) :
UC1=+0,1V;
UB1=+0,7V;
UC2=+EC;
UB2=-0,1V
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
235
Dioda D1 are pe anod potenţialul +0,7 V corespunzător celui al bazei
tranzistorului în saturaţie iar pe catod, prin Rd1 are potenţialul +0.1 V şi deci este
polarizată direct cu tensiunea aproximativ 0.6 V fiind la limita de intrare în conducţie.
Dioda D2 are pe anod potenţialul +0,1 V corespunzător, prin rezistenţa R celui
al colectorului tranzistorului în saturaţie iar pe catod, prin Rd2 are potenţialul +EC şi
deci este polarizată invers cu o tensiune aproximativ egală cu EC fiind deci blocată cu
o tensiune mare. Impulsul de declanşare T este diferenţiat de grupurile Rd1, C1 şi Rd2, C2.
Impulsurile pozitive rezultate prin diferenţiere vor fi eliminate de diodele D1 şi D2.
Dintre cele două impulsuri negative rezultate prin diferenţiere, va fi favorizat
cel care se aplică în catodul diodei în conducţie, D1. În acest fel fiecare front negativ
determină comutarea circuitului, deoarece un impuls negativ este aplicat pe baza
tranzistorului conductor.
7.3.4. Circuite basculante monostabile, CBM
Un circuit basculant monostabil in cea mai simpla variantă are schema din
figura 7.27. RB din schema CBB este înlocuită cu un grup R1, C1. Circuitul are în mod
obișnuit o intrare de comandă, în figura este pe baza tranzistorului 1 dar poate fi pusă
atât pe baza tranzistorului 2 cât şi pe colectoare. Poate exista de asemenea, si o a doua
intrare de comandă, sensibila la impulsuri de polaritate opusă.
Fig. 7.27. Circuitul basculant monostabil
Fără o intervenţie exterioară, CBM, se află într-o stare stabilă, T1 blocat şi T2 în
conducţie. T2 este în conducţie prin efectul rezistenţei R1 ce polarizează baza direct de
la sursa de tensiune continuă, ECC.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
236
7.3.4.1 Mecanismul de basculare
Dacă înlocuim tranzistoarele cu schemele echivalente simplificate circuitul este
cel din figura 7.28. Curentul prin T1 şi RC este zero. Ieşirea 1, căreia îi corespunde
tensiunea U1 este la nivel ridicat, ieşirea 2 la nivel coborât. Condensatorul C1 este
încărcat cu o tensiune egala cu ECC, cu semnul din figură.
Fig. 7.28. Schema simplificată în starea stabilă.
Dacă se comandă CBM cu un impuls pozitiv pe baza T1, pentru a-l scoate din
blocare, prin mecanismul de basculare similar cu cel de la CBB se trece, intr-un
interval de timp foarte mic, neglijabil, în starea a doua, T1 deschis, T2 blocat, iar la
începutul acestei stări schema echivalentă a CBM este aceea din figura 7.29.
Fig. 7.29. Schema simplificata la începutul stării cvasi-stabile
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
237
Deoarece timpul de basculare este foarte scurt, condensatorul rămâne încărcat
cu aceeaşi tensiune, ca in figură. Dar în acelaşi timp condensatorul începe un proces de
încărcare de la sursă prin rezistenta R1, cu un curent care tinde sa descarce
condensatorul şi sa-l reîncarce cu semn opus. Procesul poate fi urmărit pe figura 7.30,
unde sunt prezentate principalele forme de undă. După basculare tensiunea de bază a
T2, UB2, urmărește evoluţia tensiunii pe condensator. În starea stabilă, până la
momentul t1, T2 era deschis şi tensiunea UB2 era egală cu aproximativ 0,7V. La ieșiri
tensiunile erau la nivel coborât, U2, ridicat, U1.
Fig. 7.30. Forma tensiunilor CBM
În momentul t1 se produce bascularea. La ieșiri tensiunile se inversează.
Tensiunea pe baza tranzistorului T2 are un salt de la +0,7 V la o valoare negativă, egală
cu tensiunea pe condensator, aproximativ –EA. Din acest moment începe descărcarea C
prin R (curentul iR) şi tensiunea pe condensator ca şi pe baza T2 începe să crească spre
zero după o curbă exponențială tipica. Fără prezenţa tranzistorului T2 tensiunea pe
condensator ar trece de zero şi ar ajunge în final la valoarea ECC (linia punctata). Dar
prezenţa tranzistorului face ca o data ce tensiunea pe condensator şi pe baza T2 ajunge
la valoarea de deschidere a T2 (aproximativ 0,7 V), momentul t2, tranzistorul să se
deschidă şi schema să basculeze înapoi în starea iniţială. Intr-adevăr starea este cvas-
stabilă deoarece circuitul basculează singur din această stare.
Schema echivalentă în acest moment este iarăși aceea din figura 7.28.
Tensiunea U2 trece brusc, prin deschiderea T2, la valoare scăzută iar aceea din
colectorul T1 la valoare ridicată. O particularitate este că U1 nu are o evoluţie prin salt,
ci ea urmărește procesul de încărcare al condensatorului, de data aceasta prin RC şi
deci are o forma exponenţiala, dar mult mai rapidă decât în cazul încărcării prin R1
(starea cvasi-stabila) fiindcă RC este mult mai mică decât R1.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
238
Timpul în care CBM rămâne în starea cvasi-stabilă depinde de constanta de
timp a circuitului de încărcare, R1C1. Acest timp este dat de formula aproximativă:
Ti = 0,7 R1C1 (7.8)
7.3.4.2. Utilizarea CBM
Circuitul are utilizări diverse, câteva fiind amintite în continuare.
-Formator de impulsuri de o lățime dată (figura 7.31).
Fig. 7.31. Formator de impulsuri cu CBM
-Circuit de întârziere a impulsurilor. Impulsul ce trebuie întârziat se foloseşte ca
impuls de comandă. După un interval egal cu 0,7 RC, la bascularea inversă acesta este
refăcut, dar cu întârzierea amintită.
-Circuit de temporizare (releu de timp), mecanismul fiind identic cu cel de
întârziere.
7.3.5. Circuite basculante astabile, CBA
Un circuit basculant astabil în cea mai simplă variantă are schema din figura
7.32.a. Rezistenţele RB din schema CBB sunt înlocuite cu grupuri RC. Circuitul are
două ieșiri şi nu are în mod obișnuit intrări dar exista varianta mai complexa cu intrări
de sincronizare.
Ambele stări fiind cvasi-stabile circuitul trece, printr-un mecanism similar cu
cel descris la CBM, dintr-o stare în alta, fora intervenţie exterioară. Forma tensiunilor
de ieşire este prezentată în figura 7.32.b. Circuitul este în fond un oscilator. Alimentat,
el produce la ieşire o succesiune de impulsuri. Perioadele specifice, Ti şi Tp depind de
constantele de timp ale grupurilor RC fiind conforme formulei (7.8), 0,7 R1C1 şi 0,7
R2C2.
Circuitul este folosit îndeosebi ca generator de impulsuri.
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
239
a) b)
Fig. 7.32. Circuit basculant astabil (a) si forma tensiunilor (b)
7.3.6. Circuite basculante Schmitt, CBS
7.3.6.1. Schema şi funcţionarea CBS
Un circuit basculant Schmitt în cea mai simpla variantă are schema din figura
7.33.a. Cele doua tranzistoare au o rezistenţa comuna de emitor. Circuitul are o intrare,
baza primului tranzistor şi doua ieșiri care sunt in colectoarele tranzistoarelor şi care
sunt complementare ca la toate circuitele basculante.
a) b)
Fig. 7.33. Circuit basculant Schmitt (a) si forma tensiunilor (b)
O deosebire faţă de circuitele basculante prezentate anterior este aceea că
tensiunile de ieșire au un nivel coborât net mai mare decât nivelul de zero.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
240
Modul de funcţionare al circuitului poate fi înţeles urmărind formele
principalelor mărimi din figura 7.33.b. La intrare se presupune o tensiune de o forma
oarecare. Până când tensiunea de intrare este sub un prag, denumit prag superior,
circuitul este în starea 1, T1 blocat, T2 deschis. La atingerea pragului superior circuitul
basculează (exista o reacție pozitiva puternică prin R1) în starea 2, T1 deschis, T2
blocat. Dacă tensiunea de intrare coboară sub pragul superior CBS nu basculează
înapoi în starea 1. El va rămâne în starea 2 până când tensiunea de intrare atinge un al
doilea prag, mai mic, denumit pragul inferior. Doar când tensiunea de intrare coboară
sub acest prag inferior CBS basculează.
Pragurile pot fi alese din proiectare şi se păstrează cu precizie. Viteza de
tranziție şi deci fronturile sunt mai rapide decât la alte variante de circuite basculante.
7.3.6.2. Utilizarea CBS
CBS are multiple utilizări. Două dintre cele mai importante sunt prezentate în
paragraful de faţă.
Formator de impulsuri
O calitate a CBS este, cum am amintit, viteza mare de basculate şi deci fronturi
mai rapide decât la alte variante de circuite basculante. Această calitate face ca CBS sa
fie utilizat ca circuit de corectare a fronturilor impulsurilor (figura 7.34).
Fig. 7.35. Formator de impulsuri cu CBS
Selector de impulsuri
Faptul că bascularea se produce la nivele precise ale tensiunii fac ca CBS sa fie
utilizat ca detector de nivel. In figura 7.36 doar impulsurile mai înalte de nivelul
pragului superior sunt selectate.
7.3.6.3. CBS cu amplificator operaţional
Privind schema CBS din figura 7.37 se poate observa că el este în esenţă un
amplificator diferenţial cu reacţie pozitivă. Dar un AO nu este altceva decât un
Capitolul 7 Circuite de impulsuri
241
amplificator diferenţial cu performanţe superioare realizat sub formă integrată. Din
acest motiv CBS poate fi realizat şi cu ajutorul AO.
Fig. 7.36. Detector de nivel al impulsurilor cu CBS
Un CBS cu AO are reacţie pozitivă, realizată cu ajutorul unei rezistenţe de
reacţie între ieșire si intrarea neinversoare.
Tensiunea de intrare poate fi aplicată pe oricare dintre cele două intrări şi
funcţie de acest fapt circuitele CBS cu AO sunt de două feluri, ambele prezentate în
continuare.
7.37. CBS cu AO fără inversare.
CBS fără inversare
Tensiunea de intrare se aplică în acest caz, ca şi tensiunea de reacţie, pe intrarea
neinversoare. Schema simplificată este prezentată în figura 7.37.
Observaţie : deși seamănă cu amplificatorul inversor cu AO aici reacţia este
pozitivă, rezistenţa de reacţie leagă ieşirea cu intrarea neinversoare (+) !
Deoarece reacţia este pozitivă, puternică, AO nu este în regim de amplificare,
cu UO între +EA şi -EA (am presupus amplificatorul alimentat de la o sursă dublă) ci în
saturaţie, UO fiind fie la valoarea de saturaţie superioară, o presupunem egală cu EA,
fie la valoarea de saturaţie inferioară, o presupunem egală cu -EA.
DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE
242
Dacă presupunem UI la nivel coborât, -EA, atunci UO este de asemenea, -EA.
Situaţia se menţine până când, prin creşterea UI se atinge nivelul la care Ui depăşeşte
nivelul 0 V. Calcule simple arată că acest lucru se întâmplă când tensiunea de intrare
devine pozitivă, egala cu :
UI = EA R/RF,
moment în care circuitul basculează şi UO devine +EA. Dacă intrarea se modifică între
aceleaşi limite, +EA şi -EA se observă că mai există o condiţie de basculare :
R <RF
Creşterea tensiunii de intrare nu mai influenţează comportarea circuitului.
Dacă tensiunea de intrare scade, se poate arăta că bascularea inversă are loc la
nivelul :
UI = -EA R/RF,
CBS cu inversare
Tensiunea de intrare se aplică în acest caz pe intrarea neinversoare. Schema
simplificată este prezentată în figura 7.38.
7.38. CBS cu AO cu inversare.
Observaţie : deși seamănă cu amplificatorul neinversor cu AO aici reacţia este
pozitivă, rezistenţa de reacţie leagă ieşirea cu intrarea neinversoare (+) !
Funcţionarea este similară şi chiar şi pragurile de basculare se păstrează.
Top Related