/ / مولدات الموجي لإنتاج إشارات التوقيت

مولدات الموجي لإنتاج إشارات التوقيت

مولدات الموجي

في الدروس السابقة نظرنا فيهاالتفاصيل في ثلاثة أنواع مختلفة من دوائر multibribrator الترانزستور الأساسية التي يمكن استخدامها كمذبذبات الاسترخاء لإنتاج إما موجة مربعة أو مستطيلة في مخرجاتها لاستخدامها كإشارات ساعة وتوقيت.

ولكن من الممكن أيضا بناء الأساسية مولد الموجي الدوائر من الدوائر المتكاملة بسيطة أومضخمات تشغيلية متصلة بدائرة خزان مقاوم للمكثف (RC) أو بلورة كوارتز لإنتاج الشكل الموجي لخرج موجة ثنائية أو مربعة عند التردد المطلوب.

سيكون هذا البرنامج التعليمي الجيل الموجي يكونغير مكتملة بدون بعض الأمثلة على دارات التبديل الرقمية التجديدية ، لأنها توضح كلاً من عمل التبديل وتشغيل مولدات الموجات المستخدمة لتوليد موجات مربعة للاستخدام كتوقيت أو أشكال موجية متسلسلة.

ونحن نعلم أن الدوائر التبديل التجدد مثل Multivibrators Astable هي أكثر أنواع مذبذب الاسترخاء شيوعًا ، حيث إنها تنتج ناتجًا ثابتًا للموجة مربعة ، مما يجعلها مثالية كرقمية مولد الموجي.

متعددة الهزاز Astable تجعل مؤشرات التذبذب ممتازةلأنهم يتحولون بشكل مستمر بين حالتيهم غير المستقرتين بمعدل تكرار ثابت ، وبالتالي ينتجون عن إخراج موجة مربعة مستمرة مع نسبة 1 إلى 1 علامة مساحة ("ON" و "OFF" تضاعف عدد مرات) من ناتجها وفي هذا البرنامج التعليمي نحن سوف نلقي نظرة على بعض الطرق المختلفة التي يمكننا من خلالها بناء مولدات الموجات باستخدام دوائر منطقية TTL و CMOS قياسية مع بعض مكونات توقيت منفصلة إضافية.

مولدات شميت الموجي

بسيط مولدات الموجي يمكن بناؤها باستخدام الزناد شميت الأساسيةمحولات العمل مثل TTL 74LS14. هذه الطريقة هي إلى حد بعيد أسهل طريقة لإنتاج مولد الموجي الأسطواني الأساسي. عند استخدامها لإنتاج إشارات عقارب الساعة أو التوقيت ، يجب على الهزاز متعدد النوى إنتاج شكل موجة مستقر يتحول بسرعة بين حالات "HIGH" و "LOW" دون أي تشويه أو ضوضاء ، وتقوم محولات Schmitt بذلك.

نحن نعلم أن حالة الإخراج من شميتالعاكس هو عكس أو معكوس لحالة المدخلات الخاصة به ، (وليس مبادئ البوابة) وأنه يمكن أن يغير الحالة عند مستويات مختلفة من الجهد ويعطيها "التباطؤ".

تستخدم محولات Schmitt إجراء المشغل Schmittيتغير الحالة بين المستوى العلوي والسفلي للعتبة حيث تزيد إشارة جهد الدخل وتنخفض حول محطة الإدخال. يقوم مستوى الحد الأعلى هذا "بتعيين" الإخراج ومستوى الحد الأدنى "يعيد تعيين" الإخراج الذي يعادل منطق "0" ومنطق "1" على التوالي لعاكس. النظر في الدائرة أدناه.

شميت العاكس مولد الموجي

شميت الزناد مولد الموجي

تتكون دائرة مولد الموجي البسيطة هذهلبوابة المنطق العاكس TTL 74LS14 Schmitt واحدة مع مكثف ، C متصلاً بين طرفي الإدخال والأرض ، (0v) وردود الفعل الإيجابية المطلوبة للدائرة لتتأرجح المقدمة بواسطة مقاوم التغذية المرتدة ، R.

فكيف يعمل؟. افترض أن الشحن عبر لوحات المكثفات أقل من مستوى عتبة Schmitt الأدنى البالغ 0.8 فولت (قيمة ورقة البيانات). وهذا يجعل المدخلات إلى العاكس عند مستوى "0" منطقي مما ينتج عنه مستوى إخراج "1" في المنطق (مبادئ العاكس).

متصل الآن جانب واحد من المقاوم Rيتم إخراج المستوى المنطقي "1" (+ 5V) بينما يتم توصيل الجانب الآخر من المقاوم بالمكثف ، C والذي يكون عند مستوى "0" منطقي (0.8v أو أقل). يبدأ المكثف الآن بالشحن في اتجاه إيجابي من خلال المقاوم بمعدل يحدده ثابت وقت RC للمجموعة.

عندما تصل الشحنة عبر المكثف إلى1.6 فولت مستوى العتبة العليا للناقل شميت (قيمة ورقة البيانات) الناتج من العاكس شميت يتغير بسرعة من مستوى المنطق "1" إلى حالة "0" مستوى المنطق والتيار الذي يتدفق عبر المقاوم يتغير الاتجاه.

هذا التغيير الآن يسبب المكثف الذي كانيشحن أصلاً من خلال المقاوم ، R للبدء في تفريغ نفسه مرة أخرى من خلال نفس المقاوم حتى تصل الشحنة عبر لوحات المكثفات إلى مستوى العتبة الأدنى البالغ 0.8 فولت وتبدأ حالة المحولات في التحول مرة أخرى مع تكرار الدورة مرة أخرى وتكرار طالما امدادات التيار الكهربائي موجود.

لذلك مكثف ، C هو الشحن باستمرار وتفريغ نفسها خلال كل دورة بين مستويات العتبة العلوية والسفلية من العاكس Schmitt إنتاج مستوى المنطق "1" أو مستوى المنطق "0" في إخراج العاكسون. ومع ذلك ، فإن الشكل الموجي للإخراج ليس متناسقًا ينتج عنه دورة تشغيل تبلغ حوالي 33٪ أو 1/3 لأن نسبة العلامة إلى الفضاء بين "HIGH" و "LOW" هي 1: 2 على التوالي بسبب خصائص بوابة الإدخال في TTL العاكس.

قيمة المقاوم ردود الفعل ، (ص) يجبأيضًا يجب أن تظل منخفضة إلى أقل من 1kΩ لتتذبذب الدائرة بشكل صحيح ، من 220R إلى 470R جيد ، ومن خلال تغيير قيمة المكثف ، C لتغيير التردد. أيضًا عند مستويات التردد العالي ، يتغير شكل الموجة الناتج من شكل موجة مربعة الشكل إلى شكل موجة شبه منحرف حيث تتأثر خصائص دخل بوابة TTL بالشحن والتفريغ السريع للمكثف. تردد التذبذب ل مولدات شميت الموجي لذلك يتم إعطاء كـ:

شميت التردد الموجي

شميت مولد الموجي مستقرة

مع قيمة المقاوم بين: 100R إلى 1kΩ ، وقيمة مكثف بين: 1nF إلى 1000uF. هذا من شأنه أن يعطي مجموعة من التردد بين 1Hz إلى 1MHz ، (الترددات العالية تنتج تشويه الموجي).

عموما ، بوابات المنطق TTL القياسية لا تعملجيد جدًا مثل مولدات الموجات نظرًا لمتوسط ​​خصائص المدخلات والمخرجات ، وتشويه شكل الموجة الناتج والقيمة المنخفضة لمقاوم التغذية المرتدة المطلوبة ، مما ينتج عنه مكثف كبير عالي القيمة لتشغيل التردد المنخفض.

أيضا TTL التذبذب قد لا تتأرجح إذاقيمة مكثف الملاحظات صغيرة جدًا. ومع ذلك ، يمكننا أيضًا أن نجعل Astivibrators Astable تستخدم تقنية منطق CMOS أفضل تعمل من مصدر 3V إلى 15V مثل CMOS 40106B Schmitt Inverter.

CMOS 40106 عبارة عن مهايئ دخل مفردنفس إجراء Schmitt-trigger مثل TTL 74LS14 ولكن مع مناعة جيدة جدًا للضوضاء وعرض النطاق الترددي العالي والمكاسب العالية وخصائص الإدخال / الإخراج الممتازة لإنتاج شكل موجي أكثر للإخراج كما هو موضح أدناه.

CMOS شميت مولد الموجي

المكمل شميت الزناد مولد الموجي

مولدات شميت الموجي الدائرة لCMOS 40106 هو نفس الشيء الموجود في العاكس السابق TTL 74LS14 ، باستثناء إضافة المقاوم 10kΩ الذي يستخدم لمنع المكثف من إتلاف ترانزستورات إدخال MOSFET الحساسة أثناء تفريغها بسرعة عند الترددات العالية.

يتم مطابقة نسبة علامة المساحة بشكل متساوٍ فيحوالي 1: 1 مع زيادة قيمة مقاوم التغذية المرتدة إلى أقل من 100kΩ مما ينتج عنه مكثف توقيت أصغر وأرخص ، C. قد لا يكون تردد التذبذب هو نفسه: (1 / 1.2RC) حيث تختلف خصائص دخل CMOS عن TTL. مع قيمة المقاوم بين: 1kΩ و 100kΩ ، وقيمة مكثف بين: 1pF إلى 100uF. هذا من شأنه أن يعطي مجموعة تردد تتراوح بين 0.1Hz إلى 100kHz.

شميت العاكس مولدات الموجي ويمكن أيضا أن تكون مصنوعة من مجموعة متنوعة من مختلفبوابات المنطق متصلة لتشكيل دائرة العاكس. يمكن تعديل دائرة Schmitt astable multibribrator الأساسية بسهولة مع بعض المكونات الإضافية لإنتاج مخرجات أو ترددات مختلفة. على سبيل المثال ، شكلان موجيان عكسيان أو ترددات متعددة وبتغيير مقاوم التغذية المرتدة الثابتة إلى مقياس الجهد ، يمكن تغيير تردد الخرج كما هو موضح أدناه.

مولدات على مدار الساعة الموجي

مولد الموجي على مدار الساعة

في الدائرة الأولى أعلاه ، شميت إضافيةتمت إضافة العاكس إلى إخراج مولد الموجي Schmitt لإنتاج شكل موجي ثانٍ وهو الصورة العكسية أو المرآة لأول منتجين لهيجات موجية ناتجة عن الإخراج ، لذلك عندما يكون أحد المخرجات "عالي" ، يكون الآخر "منخفض". يحسّن عاكس Schmitt الثاني أيضًا شكل الشكل الموجي للإخراج العكسي ، لكنه يضيف "تأخير بوابة" صغيرًا لذلك ليس متزامنًا تمامًا مع الأول.

أيضا ، وتيرة الانتاج من مذبذبيمكن أن تتغير الدائرة عن طريق تغيير المقاوم الثابت ، R إلى مقياس الجهد ولكن لا يزال هناك حاجة إلى المقاوم المقاوم ردود الفعل لمنع مقياس الجهد من التقليل من العاكس عندما يكون في قيمتها الدنيا ، 0Ω.

الصمام التبديل الترانزستور

يمكننا أيضا استخدام اثنين من النواتج التكميلية ، سو Q في الدائرة الأولى التي تعمل على وميض مجموعتين من المصابيح أو مصابيح LED من خلال توصيل مخرجاتها مباشرة بقواعد اثنين من الترانزستورات التي تعمل بالتبديل كما هو موضح.

بهذه الطريقة ، يتم توصيل واحد أو عدة مصابيح LEDجنبا إلى جنب مع سلسلة من الترانزستورات التبديل مما أدى إلى ومضات بالتناوب من كل مجموعة من الصمامات حيث يتم تشغيل كل الترانزستور "ON" بدوره.

أيضًا عند استخدام هذا النوع من الدوائر ، تذكر حساب المقاوم سلسلة مناسبة ، R للحد من الصمام الحالي إلى أقل من 20mA (الصمام الأحمر) للجهد الذي تستخدمه.

من أجل توليد ناتج تردد منخفض جدًا لعدد قليل من Hertz لفلاش LED ، تستخدم مولدات Schmitt الموجية مكثفات توقيت عالية القيمة والتي يمكن أن تكون كبيرة ماديًا ومكلفة.

حل بديل واحد هو أيضا استخدام أصغرقيمة مكثف لتوليد تردد أعلى بكثير ، قل 1 كيلو هرتز أو 10 كيلو هرتز ، ثم قسّم تردد الساعة الرئيسي هذا إلى ترددات أصغر الفردية حتى يتم تحقيق قيمة التردد المنخفض المطلوبة ، وتقوم الدائرة الثانية أعلاه بذلك.

توضح الدائرة السفلى أعلاه المذبذبتستخدم لدفع المدخلات على مدار الساعة من عداد تموج. تعد عدادات Ripple أساسًا عددًا من التقلبات بتقسيم - 2 ، من النوع D - المتتالية معًا لتشكيل عداد مفرد بتقسيم - N ، حيث N تساوي عدد بتات العدادات مثل CMOS 4024 7-bit عداد التموج أو عداد التموج CMOS 4040 ذو 12 بت.

تردد ثابت على مدار الساعة تنتج من قبل شميتتنقسم دائرة نبض الساعة المستقرة إلى عدد من الترددات الفرعية المختلفة مثل: ƒ ÷ 2 و ƒ ÷ 4 و ƒ ÷ 8 و ƒ ÷ 256 وما إلى ذلك ، إلى الحد الأقصى لقيمة "Divide-by-n" من التموج العداد المستخدمة. تُعرف هذه العملية باستخدام إما "Flip-flops" أو "عدادات ثنائية" أو "عدادات Ripple" لتقسيم تردد ثابت على مدار الساعة ثابت إلى ترددات فرعية مختلفة باسم قسم التردد ويمكننا استخدامه للحصول على عدد من قيم التردد من مولد الموجي واحد.

مولدات بوابة NAND البوابة

مولدات شميت الموجي ويمكن أيضا أن تستخدم باستخدام معيار CMOS المنطق NANDبوابات متصلة لإنتاج دائرة العاكس. هنا ، يتم توصيل بوابتي NAND معًا لإنتاج نوع آخر من دائرة مذبذب استرخاء RC الذي سيولد موجة موجية على شكل موجة مربعة كما هو موضح أدناه.

NAND بوابة مولد الموجي

nand بوابة على مدار الساعة مولد الموجي

في هذا النوع من دائرة مولد الموجي ، وتتكون شبكة RC من المقاوم ، R1 والمكثف ، C مع التحكم في شبكة RC هذه عن طريق إخراج أول بوابة NAND. يتم إعادة إخراج ناتج شبكة R1C هذه إلى مدخل أول بوابة NAND عبر المقاوم ، R2 وعندما يصل جهد الشحن عبر المكثف إلى مستوى العتبة العليا لبوابة NAND الأولى ، تتغير حالة بوابة NAND مسببة بوابة NAND الثانية لمتابعة ذلك ، وبالتالي تغيير الحالة وإحداث تغيير في مستوى الإخراج.

الجهد عبر شبكة R1C هو الآنينعكس ويبدأ المكثف في التفريغ من خلال المقاوم حتى يصل إلى مستوى العتبة الأدنى لبوابة NAND الأولى مما يتسبب في تغيير بوابتي الحالة مرة أخرى. مثل الدائرة السابقة لمولدات شكل الموجة Schmitt أعلاه ، يتم تحديد تردد التذبذب بواسطة ثابت وقت R1C والذي يعطى كـ: 1 / 2.2R1C. عموما R2 تعطى قيمة 10 أضعاف قيمة المقاوم R1.

عندما يتطلب الأمر ثباتًا عاليًا أو بدءًا مضمونًا ، CMOS مولدات الموجي يمكن أن يتم باستخدام ثلاث بوابات NAND عكس أوأي ثلاثة محولات منطقية لهذه المسألة ، متصلة معًا كما هو موضح أدناه لإنتاج دائرة تسمى أحيانًا "حلقة الثلاثة" مولد الموجي. يتم تحديد تكرار التذبذب مرة أخرى من خلال ثابت وقت R1C ، وهو نفسه بالنسبة لمذبذب بوابة اثنين أعلاه ، ويعطى على النحو التالي: 1 / 2.2R1C عندما يكون R2 له قيمة تبلغ 10 أضعاف قيمة المقاوم ، R1.

مستقرة NAND بوابة مولد الموجي

nand بوابة مولد مولد الموجي مستقرة

إضافة ضمانات بوابة NAND الإضافيةأن مذبذب سيبدأ حتى مع قيم مكثف منخفضة جدا. كما تم تحسين استقرار مولد الموجي بشكل كبير حيث أنه أقل عرضة لتغيرات إمدادات الطاقة نظرًا لأن مستوى تحريك العتبة هو نصف الجهد الكهربائي تقريبًا.

يتحدد مقدار الثبات بشكل أساسي بتكرار التذبذب ، وبشكل عام ، كلما انخفض التردد كلما أصبح المذبذب أكثر استقرارًا.

لأن هذا النوع من مولد الموجي يعمل فيما يقرب من نصف أو 50 ٪ من الجهد العرض الناتج الموجي الناتج لديه ما يقرب من دورة العمل 50 ٪ تقريبا ، 1: 1 نسبة مساحة علامة. يتميز مولد الموجي ذو البوابة الثلاثة بالعديد من المزايا على مذبذب البوابة السابقتين أعلاه ولكن عيبه الكبير هو أنه يستخدم بوابة منطق إضافية.

حلقة نوع مولد الموجي

لقد رأينا أعلاه مولدات الموجي يمكن أن يتم باستخدام كل من TTL وأفضل CMOSتقنية المنطق مع شبكة RC تنتج تأخيرًا زمنيًا داخل الدائرة عند الاتصال عبر أي بوابة أو اثنتين أو حتى ثلاث بوابات منطقية لتشكيل مذبذب RC Relaxation بسيط. ولكن يمكننا أيضًا إنشاء مولدات موجية باستخدام Logic NOT Gates أو محولات أخرى دون أي مكونات سلبية إضافية متصلة بها.

عن طريق الاتصال معا أي الفردية رقم (3 ، 5 ، 7 ، 9 ، إلخ) من البوابات NOT لتشكيلدارة "رنين" ، بحيث يتم توصيل مخرج الحلبة مرة أخرى مباشرة بإدخال الحلبة ، ستستمر الدائرة في التذبذب حيث يدور المستوى المنطقي "1" باستمرار حول الشبكة مما ينتج تردد إخراج يحدده الانتشار تأخير المحولات المستخدمة.

مولد الموجي الدائري

دائرة مولد الموجي الدائري

يتم تحديد وتيرة التذبذب من قبلالتأخير الكلي للانتشار للعاكسات المستخدمة داخل الحلقة والتي يتم تحديدها هي نفسها بنوع تقنية البوابة ، TTL ، CMOS ، BiCMOS التي يتكون منها العاكس. تأخير الانتشار أو وقت الانتشار ، هو إجمالي الوقت اللازم (عادةً في الثانية نانوثانية) لإشارة لتمرير مباشرة من خلال العاكس من المنطق "0" للوصول إلى المدخلات لها إنتاج منطق "1" في الإخراج الخاص به.

أيضا لهذا النوع من مولد الموجي الدائريتؤثر الاختلافات في الدوائر في جهد العرض ودرجة الحرارة وسعة الحمل جميعًا على تأخير نشر البوابات المنطقية. بشكل عام ، يتم تحديد متوسط ​​وقت تأخير الانتشار في أوراق بيانات الشركات المصنعة لنوع البوابات المنطقية الرقمية المستخدمة مع تردد التذبذب المحدد على النحو التالي

حلقة معادلة مذبذب التردد

حيث: ƒ هو تردد التذبذب ، n هو عدد البوابات المستخدمة و Tp هو تأخير الانتشار لكل بوابة.

على سبيل المثال ، افترض أن دارة مولد الموجي البسيطة بها 5 عاكسات فردية متصلة مع بعضها في سلسلة لتشكيل أ حلقة المذبذب، يتم إعطاء تأخير الانتشار لكل العاكس كـ 8ns. ثم تردد التذبذب على النحو التالي:

تردد مذبذب حلقة

بالطبع ، هذا ليس حقا عمليمذبذب يرجع أساسا إلى عدم الاستقرار وتردد التذبذب عالية جدا ، 10 من ميغاهرتز اعتمادا على نوع من تقنية بوابة المنطق المستخدمة ، وفي مثالنا البسيط تم حسابه على أنه 12.5MHz !!. يمكن "ضبط" تردد خرج مذبذب الحلقة قليلاً عن طريق تغيير عدد المحولات المستخدمة داخل الحلقة ، لكن من الأفضل استخدام مولد شكل موجة RC أكثر استقرارًا مثل المولد الذي ناقشناه أعلاه.

ومع ذلك ، فإنه يدل على أن بوابات المنطق يمكنأن تكون متصلا لإنتاج مولدات الموجي المنطقية والدوائر الرقمية المصممة بشكل سيء مع الكثير من البوابات ، ومسارات الإشارة وحلقات ردود الفعل من المعروف أن تتأرجح عن غير قصد.

باستخدام شبكة RC عبر العاكسالدائرة ، يمكن التحكم بدقة وتيرة التذبذب إنتاج دائرة مذبذب الاسترخاء أكثر عملية للاستخدام في العديد من التطبيقات الإلكترونية العامة.

في البرنامج التعليمي التالي حول Waveforms و Waveformالجيل ، سنقوم بفحص جهاز 555 Timer الذي يعد واحدًا من أكثر الدوائر المتكاملة انتشارًا وتنوعًا والتي يمكن أن تولد مجموعة واسعة من أشكال الموجات المختلفة وإشارات التوقيت بدءًا من أجهزة الهزاز المتعددة أحادية النسج.

التعليقات (0)
اضف تعليق