Генераторы импульсов на цифровых КМОП микросхемах
Онлайн калькулятор расчёта элементов генераторов с симметрич- ной формой выходного сигнала
На сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара России, поговорим о радиоаппаратах с самовозбуждением, а конкретно – об устройствах,
охваченных цепью положительной обратной связи и позволяющих выдавать на выходе периодические сигналы определённой колебательной природы.
А начнём с самого простого – генераторов прямоугольных импульсов на цифровых КМОП микросхемах.
Тема наболевшая: "Исследование разнообразных схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП".
Опишем несколько схемных решений генераторов прямоугольных импульсов, построенных на различных микросхемах серии К561,
или каких-либо им подобным.
Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах 2И–НЕ (ЛА7), 2ИЛИ–НЕ (ЛЕ5), триггерах Шмитта (ТЛ1), или
инверторах (ЛН2).
В качестве докладчика выступил и поделился своими знаниями в журнале Радио №1 (2000г) господин С.Елимов –
достойный сын столицы славной, города-героя Шупашкар (по-нашему – Чебоксары).
Рис.1
|
Генератор, изображённый на Рис.1 сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 2В.
При изменении значения Uпит от 5 до 15В уход частоты в сторону увеличения составляет примерно 10%.
Скважность импульсов близка к двум при любом напряжении питания.
В результате разогрева корпуса микросхемы частота несколько уменьшается (на 4% при 85°С).
С погрешностью, не превышающей 10%, можно вычислить частоту генерации данной схемы: F = 0,48/(R1×C1).
|
Рис.2
|
Несколько лучшим параметром стабильности обладает генератор, выполненный на трех логических элементах и представленный на Рис.2.
Формула для вычисления частоты генерации данной схемы: F = 0,54/(R1×C1).
Обе схемы обладают ощутимым потреблением тока, который увеличивается с повышениями
напряжения питания и частоты генерации. Значения эти находятся в диапазоне – от единиц до десятков мА.
|
Рис.3
|
Подобные по структуре генераторы можно выполнить и на одном элементе – триггере Шмитта (Рис.3).
При напряжении питания, приближённом к максимальному, они весьма стабильны по частоте.
Кроме того, они исключительно экономичны – при напряжении питания менее 6 В ток потребления составляет всего несколько десятков
микроампер.
Частота генерации приведённой на Рис.3 схемы:
F = 0,59/(R1×C1).
|
Рис.4
|
Скважность импульсов приведённых генераторов близка к двум, однако из-за несимметричности входных защитных цепей некоторых типов микросхем
возможно некоторое отклонение формы выходных сигналов от меандра.
Если требуется иметь на выходе идеально симметричные импульсы, то после схемы генератора
следует поставить триггер – делитель частоты на 2, либо использовать симметричный мультивибратор (Рис.4).
Формула для вычисления частоты генерации данной схемы: F = 0,50/(R1×C1).
Как не прискорбно, но это факт – стабильность колебаний RC генераторов невысока.
|
Рис.5
|
На Рис.5 показана схема простейшего LC-генератора. LC-цепь сдвигает фазу выходного сигнала элемента на 180°, в результате
чего происходит самовозбуждение генератора.
Такие генераторы хорошо работают на повышенных значениях частоты, мягко возбуждаются и отличаются высокой температурной стабильностью.
Для устойчивой работы генератора величина волнового сопротивления LC-контура не должна быть менее 2кОм.
Частота генерации практически совпадает с резонансной частотой LC-контура и описывается стандартной формулой:
F= 1/2π√LС.
|
Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С.
Нагрузочная способность генераторов такая же, как у элементов применяемых серий микросхем.
Нижний предел сопротивления резистора R1 соответствует приблизительной величине – не менее 1кОм, верхний – десятки МОм.
Если вопросов к докладчику не имеем, то можно переходить к калькулятору для расчёта номиналов элементов генератора, исходя из заданной
частоты генерации.
Схему, приведённую на Рис.5, из расчётов вычёркиваем по причине существования ранее разработанного калькулятора
ссылка на страницу, позволяющего рассчитать элементы резонансного LC-контура для высоких и
низких частот. Там же высчитывается и величина волнового (характеристического) сопротивления получившегося LC-контура.
Для остальных схем, для получения на выходе предсказуемой формы сигнала со скважностью близкой к двум, рекомендую выбирать
значение сопротивления резистора R1 от 10 кОм и выше.
Онлайн расчёт элементов генераторов на КМОП микросхемах
Все представленные характеристики генераторов были получены в результате экспериментов вышеуказанного уважаемого автора с конкретными
образцами микросхем. С другими типами микросхем и при иных значениях напряжения питания характеристики могут несколько отличаться от рассчитанных.
Скважность импульсов описанных генераторов близка к двум, ну а генераторы импульсов с раздельной установкой длительности
импульсов и паузы между ними рассмотрим на следующей странице.
|
