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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Generatori di impulsi rettangolari su chip CMOS. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore L'autore di questo articolo ha svolto un lavoro sperimentale per studiare le caratteristiche di vari oscillatori basati su microcircuiti CMOS. Di conseguenza, ha selezionato alcune delle opzioni più interessanti, a suo avviso, per la loro esecuzione, che presentiamo all'attenzione dei lettori. Questo articolo descrive brevemente diversi progetti di circuiti di un generatore di impulsi rettangolare costruito su vari microcircuiti della serie K561. Per la sua struttura, l'articolo è un riferimento comparativo. Per ogni schema viene fornito un elenco di parametri e caratteristiche (vedi tabella), nonché dipendenze grafiche della corrente consumata e della frequenza generata dalla tensione di alimentazione.
Inoltre, per ciascun generatore è indicata una formula che consente di calcolare il valore della frequenza generata in base ai valori degli elementi del circuito di impostazione della frequenza (frequenza - in hertz, resistenza in ohm, capacità - in farad, induttanza - in henry; più conveniente, tra l'altro, per i generatori RC : frequenza - in kilohertz, resistenza in kiloohm, capacità - in microfarad; per generatori LC: frequenza in megahertz, capacità - in nanofarad, induttanza - in millihenry). Le formule di calcolo per un certo numero di generatori sono state ottenute empiricamente. Tutte le caratteristiche dei generatori considerati presentati nell'articolo sono state ottenute a seguito di esperimenti con campioni specifici di microcircuiti. Con altre istanze di microcircuiti, le caratteristiche potrebbero essere leggermente diverse. Le formule per il calcolo della frequenza corrispondono a una tensione di alimentazione di 5 V e una temperatura ambiente di 25°C. La capacità di carico dei generatori è la stessa di quella degli elementi dei microcircuiti della serie K561. Il limite superiore della tensione di alimentazione del generatore è determinato anche dalla serie di microcircuiti applicati ed è pari a 15 V, mentre il limite inferiore è indicato nella tabella. Per ragioni pratiche, ho impostato il limite superiore della resistenza dei resistori a 40 MΩ. Nei generatori con feedback positivo capacitivo, l'ampiezza degli impulsi all'ingresso dell'elemento può superare la tensione di alimentazione. In questi casi, i diodi di protezione in ingresso si aprono e la corrente inizia a fluire attraverso di essi. Per limitare questa corrente, è necessario installare un resistore con una resistenza di 1 ... 150 kOhm nel circuito di ingresso, come indicato in [1] e utilizzato in [2]. Tutti i generatori considerati in questo articolo hanno un'eccitazione morbida. In altre parole, non importa quanto lentamente aumenti la tensione di alimentazione, il generatore funzionerà comunque. Il generatore basato su elementi 2I-NOT (Fig. 1, a) è già diventato un classico ed è noto da un gran numero di pubblicazioni. Rimane operativo quando la tensione di alimentazione Upit si riduce a 2 V, mentre, invece, la frequenza di generazione si riduce sensibilmente.
Il ciclo di lavoro degli impulsi è vicino a due a qualsiasi tensione di alimentazione. Come risultato del riscaldamento della custodia del microcircuito, la frequenza diminuisce leggermente (del 4% a 85°C). Tale generatore può essere realizzato anche su due elementi logici 2OR-NOT (Fig. 2, a), su due inverter (Fig. 3, a) e anche su tre inverter (Fig. 4, a). I dettagli sul funzionamento e le differenze dei generatori su due e tre inverter possono essere trovati in [3]. Si noti che per un generatore basato su elementi 2OR-NOT, la frequenza di generazione praticamente non dipende dalla temperatura della custodia del microcircuito, e per i generatori basati su inverter, la frequenza è molto stabile nella sezione Upit = 9 ... 15 V .
La figura 5a mostra uno schema di un semplice generatore LC con un elemento logico 2I-NOT. Il circuito LC sposta la fase del segnale di uscita dell'elemento di 180 gradi, per cui il generatore si autoeccita. Tali oscillatori funzionano bene ad alte frequenze, sono eccitati delicatamente e sono caratterizzati da un'elevata stabilità alla temperatura [3].
Quando la frequenza aumenta sopra 1,3 MHz, l'ampiezza degli impulsi di uscita inizia a diminuire. Gli elementi 2OR-NOT possono funzionare anche nel generatore, e in questo caso non produce impulsi rettangolari, ma oscillazioni di forma quasi sinusoidale. Per un funzionamento stabile del generatore, l'impedenza del circuito LC non deve essere inferiore a 2 kOhm. La frequenza di generazione praticamente coincide con la frequenza di risonanza del circuito LC. Il vantaggio del generatore è la stabilità alle alte temperature della frequenza. Generatori simili nella struttura possono essere implementati su un singolo elemento trigger Schmitt (Fig. 6a). Con una tensione di alimentazione prossima al massimo, sono molto stabili in frequenza. Inoltre, sono estremamente economici: con una tensione di alimentazione inferiore a 6 V, consumano una corrente di poche decine di microampere.
Letteratura
Autore: S. Elimov, Cheboksary
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