Генераторы импульсов на цифровых КМОП микросхемах
Онлайн расчёт элементов генераторов с несимметричной формой
сигнала и генераторов с изменяемой скважностью импульсов
Так, товарищи! Заканчиваем банкет, убираем рыбные закуски.
Не забываем, что на сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара, мы обсуждаем наболевшее:
"Исследование схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП".
Развиваем сюжетную линию, плавно переходим к генераторам прямоугольных импульсов с несимметричной формой сигнала,
а также генераторам с изменяемой скважностью выходных импульсов.
Для начала определимся – а для чего, собственно, когда и с чем потреблять само понятие "скважность импульсного сигнала"?
Тут всё просто: Скважность = Т/tи, где
Т – полный период колебаний,
tи – длительность импульса,
tп – длительность паузы.
При величине скважности, равной 2, сигнал имеет симметричную форму (меандр), во всех остальных случаях –
несимметричную (не меандр).
Рис.1
Теперь также плавно, без рывков и резких падений, переходим с схемотехническим изыскам.
Отличие несимметричных генераторов от устройств, описанных на предыдущей странице, как правило, сводится к утяжелению
схемы дополнительным резистором и парой диодов для разделения цепей заряда конденсатора разнополярными токами.
Рис.2
|
На Рис.2 приведена схема генератора импульсов с раздельной установкой длительности импульса и паузы между ними.
Параметры выходных импульсов генератора описываются следующими формулами:
F = 0,77/((R1+R2)×C1))
Скважность импульсов = (R1+R2)/R1
Схема обладает значительным потреблением тока, значения которого
находятся в диапазоне от единиц до десятков мА в зависимости от величин напряжения питания и частоты генерации.
|
Рис.3
|
Именно из-за этих соображений, рекомендуется собирать подобные схемы генераторов на цифровых микросхемах, представляющих собой
триггер Шмитта (Рис.3).
Мало того, что они просты в реализации, так ещё и исключительно экономичны - при напряжении питания
менее 6 В ток потребления составляет всего несколько десятков микроампер.
Частота генерации и скважность для приведённой схемы:
F = 0,86/((R1+R2)×C1))
Скважность импульсов = (R1+R2)/R1
|
Рис.4
|
В случае необходимости получить плавную регулировку скважности при неизменной частоте имеет смысл обратить внимание на схему, приведённую
на Рис.4.
F = 0,77/((2*R1+R2)×C1))
Макс. скважность импульсов = R2/R1+2
Мин. скважность импульсов = 1+R1/(R1+R2)
|
Рис.5
|
Точно таким же образом реализуется плавная регулировка скважности для схем, построенных на триггере Шмитта (Рис.5).
F = 0,86/((2*R1+R2)×C1))
Макс. скважность импульсов = R2/R1+2
Мин. скважность импульсов = 1+R1/(R1+R2)
|
Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С.
Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах И–НЕ, ИЛИ–НЕ, триггерах Шмитта, или инверторах.
Переходим к онлайн калькулятору для расчёта номиналов элементов генераторов исходя из заданной частоты генерации и скважности
выходных импульсов.
Расчёт номиналов элементов генераторов на КМОП микросхемах без плавной регулировки скважности
Бросив беглый взгляд на Рис.1, легко заметить, что значение скважности импульсов всегда должно быть больше 1.
Теоретически величины сопротивлений резисторов R1 и R2 должны быть не менее 1кОм, однако на практике,
для минимизации влияния выходного сопротивления микросхемы на частоту сигнала, рекомендуется выбирать значения сопротивления
этих резисторов – не менее 10кОм. Поэтому послеживайте за рассчитанным значением R2, если оно не вписывается в нужный диапазон –
повышайте номинал R1.
И под занавес:
Расчёт номиналов элементов генераторов на КМОП микросхемах с плавной регулировкой скважности
R1 – не менее 1кОм, желательно – не менее 10кОм.
Пределы изменения длительности импульса – больше 1.
|