Использование запаздывания сигналов в вентилях для реализации формирователей импульсов

Известно, что каждый реальный электрический компонент не может работать бесконечно быстро. Любая реальная система имеет свою постоянную времени, которой объясняются задержки, возникающие в системе. Не являются исключением и логические элементы. Однако, помимо явных недостатков, связанных с конечным быстродействием, логические элементы, из-за наличия задержек, позволяют строить очень полезные устройства, которые называются формирователи импульсов.

Формирователь импульса - это устройство, которое формирует импульс заданной формы по определённому стартовому сигналу. Формирователи импульсов могут использоваться в различных импульсных устройствах в качестве элементов выдержки времени.

Формирователь импульса по фронту стартового импульса.

Итак, рассмотрим схему формирователя импульса по фронту стартового импульса, построенного на элементах «И-НЕ». Схема подобного устройства приведена на следующем рисунке.

Рассмотрим подробнее приведённую схему. На первой части рисунка показан типовой логический элемента «И-НЕ». Из диаграммы сигналов видно, что при появлении на входах этого элемента комбинации логических сигналов при которых элемент должен переброситься в ноль, логический элемент делает это не сразу, а только через некоторое время . На этом свойстве логических элементов основана схема, приведённая на второй части рисунка. Работает она следующим образом, когда на вход Х поступает логическая единица (т.е. приходит фронт импульса), на выходе набора логических элементов Х3 также присутствует логическая единица, поскольку логический нуль на Х3 появиться только через некоторое время. Следовательно, выход У последнего элемента, под действием двух логических единиц на входах перебросится в нуль и будет сохранять своё состояние до появления на Х3 логического нуля. В следствии этих действий на выходе У сформируется импульс длительностью примерно 2 . Задержка для разных типов микросхем разная, но среднее её значение лежит в пределах 8 - 10 нс. Казалось бы такой короткий импульс (20 нс) не сможет никак повлиять на логику, к которой подключен такой формирователь. Однако указанной длительности импульса вполне достаточно, чтобы следом стоящие логические элементы с динамическими синхровходами успели отреагировать на поданный импульс и сработать подобающим образом. В любом случае, если получаемой задержки недостаточно, то её можно легко увеличить путём установки дополнительных промежуточных логических элементов в формирователе импульса.

Формирователь импульса по срезу стартового импульса.

Формирователь импульса по срезу стартового импульса работает аналогично предыдущему варианту формирователя импульса по фронту стартового импульса. Принципиальная схема такого формирователя и диаграмма его работы приведена на следующем рисунке.

Следует отметить, что если необходимо построить формирователь импульсов и по фронту и по срезу стартового импульса, то совсем не обязательно строить две разные схемы формирователей и потом соединять их выхода. Достаточно просто в качестве последнего логического элемента использовать логический элемент «Исключающее ИЛИ». В этом случае импульсы будут формироваться и по фронту и по срезу стартовых импульсов поскольку в соответствии с таблицей истинности работы «Исключающего ИЛИ» нули на его выходе будут в случаях совпадений уровней логических сигналов на входах. В нашем случае, такие ситуации возникают и по фронту стартового импульса (логическая единица) и по срезу стартового импульса (логический нуль).