/ / Generatori valnog oblika za izradu vremenskih signala

Generatori valnog oblika proizvode vremenske signale

Generatori valnog oblika

U prethodnim vodičima smo pogledalidetalj na tri različite vrste osnovnih tranzistorskih multivibratorskih krugova koji se mogu koristiti kao relaksacijski oscilatori za proizvodnju bilo kvadratnog ili pravokutnog vala na svojim izlazima za uporabu kao taktni i vremenski signali.

Ali moguće je i konstruirati osnovno Generator valnog oblika krugovima iz jednostavnih integriranih krugova ili. \ toperativna pojačala spojena na krug spremnika otpornika i kondenzatora (RC) ili na kvarcni kristal kako bi se proizveo željeni valni oblik binarnog ili kvadratnog vala na željenoj frekvenciji.

Ovaj udžbenik generiranja valnog oblika bi bionepotpun bez nekih primjera digitalnih regenerativnih sklopnih krugova, jer ilustrira i komutacijsko djelovanje i rad generatora valnih oblika koji se koriste za generiranje kvadratnih valova za uporabu kao mjerenje vremena ili sekvencijskih valnih oblika.

Znamo da regenerativni sklopovi kao što su Stabilni multivibratori su najčešće korišteni tip oscilatora za opuštanje jer proizvode konstantan izlaz kvadratnog vala, što ih čini idealnim kao digitalni Generator valnog oblika.

Astabilni multivibratori čine izvrsne oscilatorejer neprestano mijenjaju svoja dva nestabilna stanja pri konstantnoj brzini ponavljanja i tako proizvode neprekidni kvadratni izlazni signal s omjerom 1: 1 za razmak ("ON" i "OFF" puta) iz njegovog izlaza iu ovom vodiču će pogledati neke od različitih načina na koje možemo izgraditi generatore valnog oblika koristeći samo standardne TTL i CMOS logičke krugove zajedno s nekim dodatnim diskretnim komponentama vremena.

Generatori Schmittova valnog oblika

Jednostavan Generatori valnog oblika može se konstruirati pomoću osnovnog Schmittovog okidačapretvarači djelovanja kao što je TTL 74LS14. Ova metoda je daleko najjednostavniji način za stvaranje osnovnog generatora valnog oblika. Kada se koristi za proizvodnju satova ili vremenskih signala, astabilni multivibrator mora proizvesti stabilan valni oblik koji se brzo prebacuje između svojih "HIGH" i "LOW" stanja bez ikakvih izobličenja ili buke, a Schmittovi pretvarači rade upravo to.

Znamo da je izlazno stanje SchmittaInverter je suprotan ili obrnut od onoga njegovog ulaznog stanja, (NE principi vrata) i može promijeniti stanje na različitim razinama napona, dajući mu "histerezu".

Schmittovi pretvarači koriste Schmittov okidačkoji mijenja stanje između gornjeg i donjeg praga kako se ulazni naponski signal povećava i smanjuje oko ulaznog terminala. Ova gornja granična razina "postavlja" izlaz, a donja granična razina "resetira" izlaz koji odgovara logici "0" i logici "1" za inverter. Razmotrite krug ispod.

Schmitt Inverter Waveform Generator

Schmitt generator talasnog oblika okidača

Ovaj jednostavan krug generatora valnog oblika sastoji sejednog TTL 74LS14 inverterskog logičkog vratila s kondenzatorom, C spojenim između njegovog ulaznog terminala i mase, (0v) i pozitivne povratne sprege potrebne da krug oscilira daje povratni otpornik R.

Pa kako to radi ?. Pretpostavimo da je naboj na pločama kondenzatora ispod Schmittovog nižeg praga od 0,8 volta (vrijednost lista podataka). Zbog toga ulaz u pretvarač na logičkoj razini "0" rezultira logičkom "1" izlaznom razinom (principima pretvarača).

Jedna strana otpornika R je sada spojenalogička razina "1" (+5 V), dok je druga strana otpornika spojena na kondenzator, C koji je na logičkoj razini "0" (0.8v ili niže). Kondenzator se sada počinje puniti u pozitivnom smjeru kroz otpornik brzinom koja je određena RC vremenskom konstantom kombinacije.

Kada naboj preko kondenzatora dosegne1,6-voltna gornja granična razina Schmittovog okidača (podatkovna tablica) izlaz iz Schmittovog invertera brzo se mijenja od logičke razine "1" do stanja logičke razine "0", a struja kroz otpornik mijenja smjer.

Ova promjena sada uzrokuje kondenzator koji je bioizvorno punjenje kroz otpornik, R da se počne ispuštati natrag kroz isti otpornik sve dok naboj na pločama kondenzatora ne dosegne niži prag od 0,8 volti, a izlazni pretvarači ponovno uključe stanje s ponovljenim ciklusom ponavljanja dok je napon napajanja prisutan.

Tako je kondenzator C stalno punjenje ipražnjenje tijekom svakog ciklusa između ulaznih gornjih i donjih graničnih razina Schmittova pretvarača, koje proizvode logičku razinu "1" ili logičku razinu "0" na izlazu pretvarača. Međutim, izlazni valni oblik nije simetrično stvarajući radni ciklus od oko 33% ili 1/3 jer je omjer između oznaka i prostora između "HIGH" i "LOW" jednak 1: 2 zbog karakteristika ulaznih vrata TTL-a pretvarača.

Vrijednost otpornika povratne veze, (R) MORATakođer se drži nisko ispod 1kΩ za krug oscilirati ispravno, 220R do 470R je dobro, i variranjem vrijednosti kondenzatora, C varirati frekvenciju. Također na visokim frekvencijama, izlazni valni oblik mijenja oblik od valovitog oblika kvadrata do valnog oblika u obliku trapeza, budući da na ulazne karakteristike TTL vrata utječe brzo punjenje i pražnjenje kondenzatora. Učestalost oscilacija za Generatori Schmittova valnog oblika stoga se navodi kao:

Frekvencija Schmittova vala

schmitt astabilni generator valova

S vrijednosti otpornika između: 100R do 1kΩ, a vrijednost kondenzatora između: 1nF do 1000uF. To bi dalo frekvencijski raspon od 1Hz do 1MHz, (visoke frekvencije proizvode izobličenje valnog oblika).

Općenito, standardna TTL logička vrata ne radedobro kao generatori valnog oblika zbog njihovih prosječnih ulaznih i izlaznih karakteristika, izobličenja izlaznog valnog oblika i niske vrijednosti otpornika povratne veze, što rezultira velikim kondenzatorom visoke vrijednosti za rad niske frekvencije.

Također TTL oscilatori svibanj ne osciliraju akovrijednost povratnog kondenzatora je premala. Međutim, također možemo napraviti Astabilne multivibratore koristeći bolju CMOS logičku tehnologiju koja radi od 3V do 15V napajanja kao što je CMOS 40106B Schmitt Inverter.

CMOS 40106 je jedan ulazni inverter sisto djelovanje Schmitt-okidača kao TTL 74LS14, ali s vrlo dobrom otpornošću na buku, visokom propusnošću, visokim dobitkom i odličnim ulazno-izlaznim karakteristikama kako bi se proizveo "squarer" izlazni valni oblik kao što je prikazano ispod.

CMOS Schmitt Generator valnog oblika

cmos schmitt generator valnog oblika

Krug generatora Schmittova valnog oblika zaCMOS 40106 je u osnovi isti kao i za prethodni TTL 74LS14 inverter, osim za dodatak 10kΩ otpornika koji se koristi da spriječi kondenzator da ošteti osjetljive MOSFET ulazne tranzistore jer se brzo prazni na višim frekvencijama.

Omjer mark-space je ravnomjernije usklađenoko 1: 1 s povratnom otpornik vrijednost povećana na ispod 100kΩ rezultira manjim i jeftinijim vrijeme kondenzator, C. Frekvencija oscilacija svibanj ne biti isti kao: (1 / 1.2RC) kao CMOS ulazne karakteristike su različite od TTL. Uz otpornik vrijednost između: 1kΩ i 100kΩ, i kondenzator vrijednost između: 1pF do 100uF. To bi dalo frekvencijski raspon od 0.1Hz do 100kHz.

Schmitt Generatori valnog oblika pretvarača može se također načiniti od različitihlogička vrata spojena u oblik inverterskog kruga. Osnovni Schmittov astabilni multivibratorski krug može se lako modificirati s nekim dodatnim komponentama kako bi proizveo različite izlaze ili frekvencije. Na primjer, dva obrnuta valna oblika ili višestruke frekvencije i promjenom otpornika s fiksnom povratnom vezom na potenciometar, izlazna frekvencija može varirati kao što je prikazano ispod.

Generatori valnog oblika sata

generator valnog oblika sata

U prvom krugu iznad, dodatni SchmittInvertor je dodan na izlaz generatora Schmittova valnog oblika kako bi proizveo drugi valni oblik koji je inverzna ili zrcalna slika prvog koji proizvodi dva komplementarna valna oblika, tako da kada je jedan izlaz "HIGH" drugi je "LOW". Ovaj drugi Schmittov inverter također poboljšava oblik valnog oblika inverznog izlaza, ali mu dodaje malu "odgodu vrata" tako da nije točno usklađen s prvim.

Također, izlazna frekvencija oscilatorakrug se može mijenjati promjenom fiksnog otpornika, R u potenciometar, ali još uvijek je potreban manji otpornik povratne sprege kako bi se spriječilo da potenciometar prekorači pretvarač kada je njegova minimalna vrijednost 0Ω.

led tranzistor prekidač

Također možemo koristiti dva komplementarna izlaza, Qi Q prvog kruga na alternativno bljeskanje dva seta svjetala ili LED-a spajanjem njihovih izlaza izravno na bazu dvaju tranzistora kao što je prikazano.

Na taj je način spojena jedna ili više LED diodazajedno u seriji s kolektorom prekidačkih tranzistora što rezultira izmjeničnim bljeskovima svakog seta LED-ova, dok se svaki tranzistor uključi "ON".

Također, kada koristite ovu vrstu kruga, ne zaboravite izračunati odgovarajući otpornik serije, R ograničiti LED struje ispod 20mA (crvene LED-a) za napon koji koristite.

Da bi generirali vrlo nisku frekvenciju od nekoliko Hertza da bi bljeskali LED-ovi, Schmittovi generatori valnih oblika koriste vremenski kondenzatore visoke vrijednosti koji sami mogu biti fizički veliki i skupi.

Jedno alternativno rješenje je previše koristiti manjevrijednost kondenzator za generiranje mnogo veću frekvenciju, recimo 1kHz ili 10kHz, a zatim podijeliti ovu glavnu frekvenciju takta dolje u pojedinačne manje one do potrebne niske frekvencije vrijednosti je postignut, a drugi krug iznad radi upravo to.

Donji krug iznad prikazuje oscilatorkoristi se za pogon takta ulaznog brojača brojača valova. Ripple brojači su u osnovi broj flip-flopova tipa D-tipa, D-tipa, koji se skupljaju zajedno i tvore jedan brojač podijeljen na-N, gdje je N jednak brojačima bit-counta kao što je CMOS 4024 7-bitni Ripple Counter ili CMOS 4040 12-bitni Ripple brojač.

Fiksna taktna frekvencija proizvodi Schmittkrug nepokretnog satnog impulsa podijeljen je na broj različitih pod-frekvencija, kao što su, ÷, 2, ÷, 4, ÷, 8,,, 256, itd., do maksimalne vrijednosti "Podijeli-po-n" valovitosti koristi se brojač. Ovaj postupak korištenja "flip-flops", "binarnih brojača" ili "brojača valova" za podjelu glavne fiksne frekvencije na različite sub-frekvencije poznat je kao Frequency Division i možemo ga koristiti za dobivanje određenog broja frekvencijskih vrijednosti od jedan generator valnog oblika.

Generatori NAND Gate Waveforma

Generatori Schmittova valnog oblika također se može izraditi pomoću standardne CMOS Logic NANDVrata su povezana kako bi proizvela inverterski krug. Evo, dva NAND vrata su povezani zajedno proizvesti drugi tip RC opuštanje oscilator krug koji će generirati kvadratni val obliku izlaznog valnog oblika kao što je prikazano u nastavku.

NAND Gate Waveform Generator

generator valnog oblika nand gate

U ovom tipu kruga generatora valnog oblika,RC mreža je formirana od otpornika, R1 i kondenzatora, C s ovom RC mrežom koja se kontrolira izlazom prvog NAND vrata. Izlaz iz ove R1C mreže se vraća natrag na ulaz prve NAND kapije preko otpornika, R2 i kada napon punjenja na kondenzatoru dosegne gornju graničnu razinu prvog NAND vrata, NAND vrata mijenja stanje uzrokujući drugo NAND vrata slijediti ga i time promijeniti stanje i proizvesti promjenu izlazne razine.

Napon na R1C mreži je sadaobrnuto i kondenzator počinje ispuštati kroz otpornik sve dok ne dostigne donju graničnu razinu prvog NAND vrata što uzrokuje da dva vrata ponovno promijene stanje. Kao i prethodni sklop generatora Schmittovih valnih oblika, frekvencija oscilacija određena je vremenskom konstantom R1C koja je dana kao: 1 / 2.2R1C. Općenito R2 dobiva vrijednost koja je 10 puta veća od vrijednosti otpornika R1.

Kada je potrebna visoka stabilnost ili zajamčeno samopokretanje, Generatori CMOS valnog oblika može se napraviti pomoću tri invertirajuća NAND vrata ilibilo koja tri logička pretvarača za tu materiju, spojena zajedno kao što je prikazano ispod, stvarajući sklop koji se ponekad naziva "prsten od tri" valnog generatora. Frekvencija oscilacija ponovno se određuje vremenskom konstantom R1C, jednako kao i za gore navedeni oscilator s dva vratila, a koja se daje kao: 1 / 2.2R1C kada R2 ima vrijednost 10 puta veću od vrijednosti otpornika, R1.

Stabilan NAND generator valnog oblika

generator valnog oblika stabilnog nand vrata

Dodavanje dodatnih NAND vrata jamčida oscilator će početi čak i sa vrlo niskim vrijednostima kondenzatora. Isto tako, stabilnost generatora valnog oblika je uvelike poboljšana jer je manje podložna varijacijama napajanja zbog svoje razine pražnjenja praga koja je gotovo polovica napona napajanja.

Količina stabilnosti je uglavnom određena učestalošću oscilacija i općenito govoreći, što je frekvencija niža to je stabilniji oscilator.

Kako ovaj tip generatora valnog oblika radigotovo polovica ili 50% opskrbnog napona rezultantni izlazni valni oblik ima vrlo skoro 50% radnog ciklusa, omjer 1: 1 za razmak. Generator valnog oblika od tri ulaza ima mnoge prednosti u odnosu na prethodna dva oscilatora iznad vrata, ali njegov je jedan veliki nedostatak to što koristi dodatna logička vrata.

Generator valnog oblika vrste zvona

Vidjeli smo iznad toga Generatori valnog oblika može se napraviti pomoću oba TTL i bolje CMOSTehnologija logike s RC mrežom proizvodi vremensko kašnjenje unutar kruga kada je spojen preko bilo jedne, dvije ili čak tri logičke kapije za formiranje jednostavnog RC opuštenog oscilatora. Ali mi također možemo napraviti valne generatore koristeći samo Logic NOT Gates ili drugim riječima Inverteri bez dodatnih pasivnih komponenti spojenih na njih.

Spajanjem zajedno NEPARAN broj (3, 5, 7, 9 itd.) NE vrata u obliku a"Prsten" krug, tako da izlaz prsten je spojen ravno natrag na ulazni prsten krug će nastaviti oscilirati kao logička razina "1" stalno rotira oko mreže proizvodi izlazne frekvencije koja je određena propagacije kašnjenja korištenih pretvarača.

Generator valnog oblika zvona

krug generatora valnog oblika prstena

Učestalost oscilacija određuje seukupna kašnjenja širenja pretvarača koji se koriste unutar prstena i koja je sama određena tipom tehnologije vrata, TTL, CMOS, BiCMOS od kojih je inverter napravljen. Propagacijsko kašnjenje ili vrijeme širenja, je ukupno vrijeme potrebno (obično u nanosekundama) da signal prođe ravno kroz Inverter iz logike "0" koja dolazi na ulaz u nju stvarajući logiku "1" na izlazu.

Također za ovaj tip generatora valnog oblika prstenavarijacije u strujnom naponu, temperaturi i kapacitetu opterećenja utječu na kašnjenje širenja logičkih vrata. Općenito, prosječno vrijeme kašnjenja propagacije bit će dano u podatkovnim listovima proizvođača za vrstu digitalnih logičkih vrata koja se koriste s učestalošću oscilacija danom kao:

jednadžba frekvencije prstenastog oscilatora

Gdje: ƒ je frekvencija oscilacija, n je broj korištenih vrata i Tp je kašnjenje propagacije za sva vrata.

Pretpostavimo, na primjer, da krug generatora jednostavnog valovnog oblika ima 5 pojedinačnih pretvarača povezanih u seriju u obliku a Prstenasti oscilator, kašnjenje širenja za svaki inverter daje se kao 8ns. Tada će se učestalost oscilacija dati kao:

frekvencija oscilatora prstena

Naravno, ovo nije stvarno praktičnooscilator uglavnom zbog svoje nestabilnosti i vrlo visoke frekvencije oscilacija, 10's od Megahertz ovisno o vrsti logike vrata tehnologije koristi, te u našem jednostavnom primjeru je izračunata kao 12.5MHz !. Prsten oscilator izlazne frekvencije može biti "tuned" malo variranjem broja pretvarača koji se koriste unutar prstena, ali je puno bolje koristiti stabilniji RC valnog generatora kao što su oni o kojima smo raspravljali gore.

Ipak, to pokazuje da logička vrata mogubiti spojeni zajedno kako bi proizveli generatore signala temeljenih na logici i loše dizajnirani digitalni krugovi s mnogo vrata, signalne staze i povratne petlje se znaju nenamjerno titrati.

Koristeći RC mrežu preko Inverterakrug, frekvencija oscilacija može se precizno kontrolirati, čime se dobiva praktičniji krug oscilatora za stabilnu relaksaciju za upotrebu u mnogim općim elektroničkim aplikacijama.

U sljedećem vodiču o valnim oblicima i valnom oblikuGeneracija, mi ćemo ispitati 555 Timer koji je jedan od najpopularnijih i svestranih integriranih krugova ikada proizvedenih koji može generirati širok raspon različitih valnih oblika i vremenskih signala od monostabilnih do nepostojanih multivibratora.

Komentari (0)
Dodaj komentar