Процесс перезарядки конденсатора используется в различных устройствах цифровой техники.

Широко известны конденсаторные накопительные ячейки (узлы счетчиков импульсов). Блок-схема такой ячейки представлена на рис. 36. В этой схеме дозированные заряды qit вырабатываемые до­зирующим устройством L при каждом входном импульсе передаются

накопительному конденсатору Сн. Когда накопленный заряд дости­гает порогового значения Qn, срабатывает пороговое устройство #У, конденсатор Си разряжается на определенную величину (либо в ре­зультате срабатывания ключа, установленного параллельно Сн, либо за счет поступления в Сн заряда от вспомогательного дозирующего устройства 2).

На выходе ячейки появляется сигнал, который может быть ис­пользован в качестве входного для аналогичной ячейки 3. Последо­вательное соединение т таких ячеек образует схему т-разрядного счетчика, каждый разряд числа в котором представлен в системе счисления с основанием п уровнем напряжения или зарядом кон­денсатора Сн.

При этом

Qn = ^<?f (=1

Если импульсы следуют с постоянной частотой /, то ячейка может рассматриваться как делитель частоты следования импульсов на п.

Как было показано выше, обычные дозирующие устройства, на­пример приведенные на рис. 3, передают накопительному конденса­тору С„ заряд, убывающий по мере нарастания на нем напряжения Напряжение на конденсаторе Сн имеет при этом форму после­довательности убывающих по высоте ступенек, т. е. обычная ячейка накопительного типа является генератором ступенчатого напряжения с нелинейной огибающей при условии, что Uc — выходной сигнал.

Напряжение на выходе такого генератора, полагая его элементы идеальными, определяют соотношением:

Uc і = ^сн0+ ik Ш — (* — 1 )&Ш. . “ 1 Ш.

Здесь Uc і — напряжение на конденсаторе Сн после f-го дозиро­ванного импульса;

С

k ~ С - f - Сн является коэффициентом, в котором С — величина емкости дозирующего конденсатора, Сн — накопительного,

^ ^Снмакс ^СН0 >

где Uc 0—начальное напряжение на накопительном конденсаторе.

Убывающая высота ступенек выходного напряжения генератора пилообразного напряжения затрудняет выполнение на его основе де­лительной ячейки с большим коэффициентом деления.

Как было показано выше, применение дозирующего устройства с эмиттерным повторителем (рис. 14) или с импульсной обратной связью (рис. 15) позволяет построить генератор ступенчатого напря­жения с постоянной высотой ступенек. Естественно, что такой гене­ратор позволяет построить на его основе ячейку с большим коэффи­циентом деления. Однако вследствие неидеальности элементов схем в интервалах между поступлением в Сн дозированных зарядов qt конденсатор Сп разряжается.. Влияние этой разрядки на работу де­лительной ячейки особенно велико при низкой частоте следования входных импульсов.

Величина Шс t даже при / = const отличается нестабильностью

(из-за нестабильности /раз) и не может быть учтена при проектиро­вании делительных ячеек.

Из-за разрядных процессов накопительная ячейка не может дли­тельно хранить накопленную в форме заряда информацию. Поэтому

а)

і і м і і і і і і і

Однако рассматриваемые ячейки с успехом могут быть исполь­зованы в так называемых фазостабильных (фазоимпульсных) схемах. Они пригодны для счета импульсов, поступающих с неограниченно большими интервалами [Л. 27]. Блок-схема одного из известных фа­зостабильных устройств — счетчика — представлена на рис. 37,а.

Схема содержит т+1 генераторов ступенчатого напряжения, ко­торые работают от общего генератора тактовых импульсов ГТИ. Один из генераторов ГОФ вырабатывает «опорную фазу», каждый из остальных (Л, Г2, •.Гт) представляет один из т разрядов числа в я-ичной системе счисления. На выходе каждого генератора уста­навливаются последовательно схема совпадения и элемент задерж­ки т.

В исходном состоянии накопительные конденсаторы генераторов Г{, ..., Гт разряжены. В каждый такт генератора тактовых импуль­сов ГТИ в накопительные конденсаторы генераторов Л, • • •, Гш и ГОФ одновременно поступают дозированные заряды q.

Напряжение на накопительных конденсаторах генераторов Ги • Гш синфазно через п+1 тактов достигает значения, при ко­тором срабатывает пороговое устройство, конденсаторы разряжаются и на выходах появляются сигналы, а затем процесс повторяется.

В генераторе опорной фазы ГОФ накопительный конденсатор разряжается в следующий за тактом сброса генераторов Л, ..., Гт такт, если генераторы Г, ..., Гт находятся в состоянии нуля (см. рис. 37,6). При поступлении на вход генератора Г і первого (младшего) разряда сигнала в его накопительный конденсатор вно­сится дополнительный дозированный заряд q и момент сброса сме­щается на один такт — генератор младшего разряда запоминает еди­ницу. При повторном входном сигнале момент сброса смещается еще на такт и т. д. При совпадении моментов сброса напряжения на кон­денсаторе генератора первого разряда и генератора опорной фазы появляется сигнал на выходе схемы совпадения и через элемент за­держки поступает входной сигнал в генератор Г2 второго (старшего) разряда. При этом дозирующее устройство генератора Г2 в интервале между импульсами тактового генератора (последнее обеспечивается наличием элемента задержки) вносит в накопительный конденсатор дополнительный дозированный заряд q и момент сброса напряжения накопительным конденсатором генератора Г2 сдвигается на такт. Одновременно поступает сигнал обратной связи в Гь который пере­ходит в состояние нуля (т. е. в исходное). Аналогично действуют и генераторы Г2, ..., Гт.

Таким образом, число поступивших на вход импульсов пред­ставляется m-разрядным числом в я-ичной системе счисления, а зна­чение каждого разряда — фазой соответствующей ячейки.

Эта фаза — количество тактов между сбросом в данной ячейке и тактом нулевой фазы, определяющим начало отсчета и соответст­вующим такту сброса Г—Гт при отсутствии импульсов на входе счетчика.

В заключение следует отметить, что в рассмотренном счетчике число в системе с основанием п представляется ступенчатым напря­жением, имеющим п устойчивых и одно квазиустойчивое состояние, совпадающее с единственным состоянием генератора опорной фазы ГОФ (рис. 37,6). В таком счетчике, как и в любом фазостабильном устройстве, частота следования дозированных зарядов не связана с частотой следования входных (считываемых) и выходных импуль­сов и может быть выбрана достаточно высокой.