/ / Waveform גנרטורים לייצר תזמון אותות

גל גנרטורים לייצר תזמוני

גנרטורים

ב הקודם Tutorials הסתכלנו פנימהפירוט בשלושת הסוגים השונים של מעגלים multivibrator טרנזיסטור בסיסיים שיכולים לשמש מתנדים הרפיה לייצר או גל מרובע או מלבני על הפלט שלהם לשימוש כמו שעון תזמון אותות.

אבל אפשר גם לבנות בסיסי מחולל גל מעגלים של מעגלים משולבים פשוטים אומגברים מבצעיים המחוברים למעגל טמפרטורות נ"מ (RC), או לקריסטל קוורץ, כדי לייצר את צורת הגל הבינארית או הגל הרביעית בתדר הרצוי.

זה waveform הדור הדרכה יהיהללא דוגמאות של מעגלי מיתוג דיגיטליים דיגיטליים, שכן הוא ממחיש הן את פעולת המיתוג והן את פעולתם של גנרטורים בצורת גל המשמשים ליצירת גלי מרובע לשימוש כתזמון או בצורת גל רציף.

אנו יודעים כי מעגלים מיתוג משובי כגון אסטיבל multivibrators הם הסוג הנפוץ ביותר של מתנד הרפיה כפי שהם מייצרים פלט גל מרובע קבוע, מה שהופך אותם אידיאלי כמו דיגיטלי מחולל גל.

Multivibrators Astable לעשות מתנדים מעולהכיוון שהם עוברים ללא הרף בין שתי המדינות הבלתי יציבות שלהם בקצב חזרות קבוע ובכך מייצרים פלט רציף של גל מרובע עם יחס של 1: 1 למרחב-רווח ("ON" ו- "OFF" פעמים) מהתפוקה שלו ובמדריך זה תסתכל על כמה דרכים שונות אנו יכולים לבנות גנרטורים waveform באמצעות רק תקן TTL ו CMOS מעגלים לוגיים יחד עם כמה רכיבים תזמון דיסקרטי נוסף.

שמיט גנרטורים גל

פשוט גנרטורים גל ניתן לבנות באמצעות ההדק הבסיסי שמיטממירים פעולה כגון TTL 74LS14. שיטה זו היא ללא ספק הדרך הקלה ביותר לעשות גנרטור waveform בסיסי astable. כאשר נעשה שימוש בהפקת אותות שעון או תזמון, multivibrator האסטרונומי חייב לייצר צורת גל יציבה שמתחלפת במהירות בין מצבי "High" ו- "LOW" ללא כל עיוות או רעש, וממירים של שמיט עושים זאת בדיוק.

אנו יודעים כי מצב התפוקה של שמיטמהפך הוא הפוך או הפוך לזה של המדינה קלט שלה, (לא עקרונות השער) וכי הוא יכול לשנות את המדינה ברמות מתח שונים נותן את זה "היסטרסיס".

ממירים Schmitt להשתמש בפעולה טריגר Schmittאשר משנה מצב בין רמת סף עליון לסף תחתון, כאשר אות מתח הקלט עולה ויורד על מסוף הקלט. רמה זו של הסף העליון "מגדירה" את הפלט ואת רמת הסף התחתון "מאפסת" את הפלט המשווה ל לוגיקה "0" וללוגיקה "1" בהתאמה עבור מהפך. שקול את המעגל למטה.

Schmitt מהפך Waveform גנרטור

מחולל wavem מחולל

זה פשוט waveform מחולל מעגל מורכבשל שער לוגי מהפך של TTL 74LS14 שמיד, עם קבלים, C המחובר בין מסוף הקלט לקרקע (0v) לבין המשוב החיובי הנדרש למעגל להתנדנד על ידי נגד המשוב, ר.

אז איך זה עובד ?. נניח כי החיוב על פני לוחות קבלים הוא מתחת לסף התחתון של Schmitt רמה של 0.8 וולט (ערך Datasheet). זה עושה לכן את הקלט מהפך ברמה לוגית "0" וכתוצאה מכך רמת ההיגיון "1" פלט (עקרונות מהפך).

צד אחד של הנגד R מחובר כעתהפלט "1" (+ 5V) של הלוגיקה ואילו הצד השני של הנגד מחובר לקבל, C הנמצא ברמה לוגית "0" (0.8v או מתחת). הקבל מתחיל כעת לטעון בכיוון חיובי באמצעות הנגד בקצב שנקבע על ידי הזמן קבוע RC של השילוב.

כאשר המטען על פני הקבל מגיע1.6 וולט רמת הסף העליון של ההדק שמיט (ערך datasheet) את הפלט של מהפך Schmitt במהירות השינויים מרמת ההיגיון "1" לרמה של רמת ההיגיון "0" ואת הזרם זורם דרך כיוון השינויים הנגד.

שינוי זה גורם כעת לקבל שהיההטעינה במקור דרך הנגד, R כדי להתחיל לפרוק את עצמו בחזרה דרך אותו נגד עד הטעינה על פני לוחות קבלים מגיע לרמת הסף התחתון של 0.8 וולט ואת מתגי פלט ממירים המדינה שוב עם מחזור חוזר על עצמה שוב ושוב כמו כל עוד קיים מתח האספקה.

אז הקבל, C הוא כל הזמן לחייב ופריקה עצמה במהלך כל מחזור בין תשומות רמות הסף העליון והתחתון של מהפך שמיט לייצר רמה לוגית "1" או רמת ההיגיון "0" על הפלט הממיר. עם זאת, צורת הגל של הפלט אינה סימטרית המייצרת מחזור חובה של כ -33% או 1/3, שכן היחס בין שטח למקום גבוה בין "HIGH" ו- "LOW" הוא 1: 2 בהתאמה, בשל מאפייני שער הכניסה של ה- TTL ממיר מתח.

הערך של נגד המשוב, (R) חובהגם לשמור נמוך מתחת 1kΩ עבור המעגל כדי להתנדנד כראוי, 220R ל 470R טוב, ועל ידי שינוי הערך של הקבל, C כדי לשנות את התדירות. גם ברמות תדר גבוהות צורת הגל של הפלט משנה צורה בצורת גל בצורת רבוע בצורת גל בצורת טרפז, שכן מאפייני הקלט של שער TTL מושפעים מהטעינה והפריקה המהירים של הקבל. התדירות של תנודה עבור שמיט גנרטורים גל נתונה כ:

שמיט תדר גלי

גנרטור wavem

עם ערך הנגד בין: 100R ל 1kΩ, וערך קבלים של בין: 1nF ל 1000uF. זה ייתן טווח תדרים בין 1Hz ל 1MHz, (תדרים גבוהים לייצר עיוות waveform).

בדרך כלל, שערי לוגי סטנדרטיים TTL אינם פועליםטוב מדי כמו waveform גנרטורים בשל תכונות קלט הממוצע שלהם פלט, עיוות של גל פלט ואת הערך הנמוך של נגד המשוב הנדרשת, וכתוצאה מכך קבלים ערך גבוה גדול עבור תדירות נמוכה המבצע.

גם מתנדים TTL לא יכול להתנדנד אםערך הקבל המשוב קטן מדי. עם זאת, אנו יכולים גם לעשות multivibrators Astable באמצעות טכנולוגיית CMOS לוגיקה טובה יותר הפועלים מאספקת 3V ל -15 V כגון CMOS 40106B Schmitt מהפך.

CMOS 40106 הוא ממיר יחיד עם קלטאותה פעולה שמית טריגר כמו TTL 74LS14, אבל עם חסינות רעש טובה מאוד, רוחב פס גבוה, רווח גבוה ומאפיינים קלט / פלט מעולה לייצר יותר "squarer" גל פלט כפי שמוצג להלן.

CMOS גנרטור גל שמיט

cmos schmitt ההדק waveform גנרטור

צורת הגל של שמיט גנרטורים עבורCMOS 40106 הוא בעצם זהה לזה של מהפך TTL 74LS14 הקודם, למעט תוספת של הנגד 10kΩ אשר משמש כדי למנוע מן הקבל להזיק טרנזיסטורים רגישים MOSFET קלט כפי שהוא פורק במהירות בתדרים גבוהים יותר.

היחס בין שטח המארז תואם באופן שווה יותרעל 1: 1 עם ערך נגד המשוב עלה ל מתחת 100kΩ וכתוצאה מכך קבלים תזמון קטן וזול יותר, ג תדירות תנודה לא יכול להיות זהה: (1 / 1.2RC) כמו תכונות קלט CMOS שונים TTL. עם ערך הנגד בין: 1kΩ ו 100kΩ, וערך קבלים של בין: 1pF ל 100uF. זה ייתן טווח תדר בין 0.1Hz ל 100kHz.

ממירים גנרטורים יכול גם להיות מורכב ממגוון של שוניםשערים לוגיים המחוברים למעגל מהפך. המעגל הבסיסי Schmitt multivibrator astm ניתן לשנות בקלות עם כמה רכיבים נוספים כדי לייצר פלטים שונים או תדרים. לדוגמה, שני צורות גל הפוכות או תדרים מרובים על ידי שינוי נגד המשוב הקבוע לפוטנציומטרים, ניתן לשנות את תדירות הפלט כפי שמוצג להלן.

גלגל השעון גנרטורים

גל מחולל שעון

במעגל הראשון לעיל, שמיט נוסףמהפך נוספה הפלט של גנרטור wave wave שמיט לייצר waveform השני כי הוא ההופכי או תמונת המראה של הראשון לייצר שני גל waveforms פלט משלימים, ולכן כאשר פלט אחד הוא "גבוה" השני הוא "נמוך". זה מהפך Schmitt השני גם משפר את הצורה של waveform הפלט ההופכי אבל מוסיף קצת "שער עיכוב" כדי שזה אז זה לא בדיוק בקנה אחד עם הראשון.

כמו כן, תדר המוצא של המתנדמעגל יכול להיות מגוונות על ידי שינוי נגד קבוע, R לתוך פוטנציומטר אבל נגד המשוב קטן עדיין נדרש למנוע את הפוטנטיומטר מ shorting את המהפך כאשר שלה על הערך המינימלי שלה, 0Ω.

מתג טרנזיסטור

אנחנו יכולים גם להשתמש בשני פלטי משלימים, שו - Q של המעגל הראשון לחילופין פלאש שתי קבוצות של אורות או של LED על ידי חיבור יציאות שלהם ישירות לבסיסים של שני טרנזיסטורים מיתוג כפי שמוצג.

בדרך זו אחד או יותר של LED מחובריחד בסדרה עם אספן טרנזיסטורים מיתוג וכתוצאה מכך הבזקים לסירוגין של כל סט של LED כמו טרנזיסטור כל מופעלת "ON" בתורו.

גם בעת שימוש בסוג זה של המעגל, זכור לחשב נגד סדרה מתאימה, R להגביל את זרם LED מתחת 20mA (LED אדום) עבור המתח שבו אתה משתמש.

על מנת לייצר פלט תדר נמוך מאוד של כמה הרץ להבהב את LED, Schmitt waveform גנרטורים להשתמש ערך גבוה קבלים תזמון אשר עצמם יכולים להיות גדולים פיזית ויקר.

פתרון חלופי אחד הוא גם להשתמש קטן יותרכדי ליצור תדר גבוה הרבה יותר, למשל 1kHz או 10kHz, ולאחר מכן לחלק את תדר השעון הראשי לתוך אלה קטנים יותר, עד שערך תדר נמוך נדרש, ואת המעגל השני לעיל עושה בדיוק את זה.

במעגל התחתון מופיע מתנדבשימוש כדי לנהוג קלט השעון של מונה אדווה. מונים אדווה הם בעצם מספר של חלוקת על ידי 2, D- סוג כפכפים צונח יחד כדי ליצור מונה יחיד על ידי N-N, כאשר N שווה את ספירת ביט ספירה כגון CMOS 4024 7 סיביות הדקלים מונה או CMOS 4040 מונה 12-bit אדווה.

תדירות השעון הקבוע מתוצרת Schmittמעגל דופק השעון astable מחולק למספר תדרים משנה שונים כגון, ƒ ÷ 2, ƒ ÷ 4, ƒ ÷ 8, ƒ ÷ 256, וכו ', עד הערך המקסימלי "מחלקים- n" של אדווה הדלפק משמש. תהליך זה של שימוש ב "Flip-flops", "מונים בינאריים" או "Ripple Counters" כדי לחלק את תדר השעון הראשי לתדרים תת-תדרים שונים נקרא "תדר החטיבה" ואנו יכולים להשתמש בו כדי לקבל מספר ערכי תדר מ גנרטור גל יחיד.

NAND שער גל Waveform

שמיט גנרטורים גל יכול גם להיעשות באמצעות תקן CMOS לוגי NANDשערים מחוברים לייצר מעגל מהפך. כאן, שני השערים NAND מחוברים יחד כדי לייצר סוג אחר של RC מתנד הרפיה מעגל כי יפיק בצורת גל בצורת גל מרובע בצורת כפי שמוצג להלן.

NAND שער גל Waveform

שעון ננד שעון גל גנרטור

בסוג זה של מעגל מחולל waveform,רשת RC נוצר מפני הנגד, R1 ואת הקבל, C עם רשת זו RC להיות נשלט על ידי הפלט של השער NAND הראשון. הפלט מרשת זו של R1C מוזן בחזרה לקלט של שער NAND הראשון דרך הנגד, R2 וכאשר מתח הטעינה על פני הקבל מגיע לרמת הסף העליונה של שער NAND הראשון, שער ה- NAND משנה את המצב הגורם לשער ה- NAND השני לעקוב אחריו, ובכך לשנות את המדינה ולהביא לשינוי ברמת התפוקה.

המתח ברשת R1C נמצא כעתהתהפכות והקבל מתחיל להיפרק דרך הנגד עד שהוא מגיע לרמת הסף התחתונה של שער ה- NAND הראשון שגורם לשני השערים לשנות את המדינה פעם נוספת. בדומה למעגל הגל הקודם של שמיט, המעגל הנ"ל, תדירות התנודה נקבעת על ידי קבוע הזמן R1C אשר ניתן כ: 1 / 2.2R1C. בדרך כלל R2 מקבל ערך שהוא 10 פעמים את הערך של הנגד R1.

כאשר נדרשת יציבות גבוהה או הפעלה עצמית מובטחת, גנרטורים יכול להיעשות באמצעות שלושה השערים NAND הפוכה אוכל שלושה ממירים ההיגיון לצורך העניין, מחוברים יחד כפי שמוצג להלן לייצר מעגל המכונה לפעמים "טבעת של שלושה" גנרטור waveform. תדירות התנודה נקבעת שוב על ידי הזמן R1C קבוע, זהה לשני מתנד השער לעיל, ואשר ניתנת כ: 1 / 2.2R1C כאשר R2 יש ערך שהוא 10 פעמים את הערך של הנגד, R1.

יציבה NAND שער גל Waveform

יציבה nand שער waveform מחולל

תוספת של ערבויות שער NAND נוספיםכי מתנד יתחיל גם עם ערכי קבל נמוך מאוד. גם את היציבות של מחולל waveform הוא השתפר מאוד כפי שהוא פחות רגישים לספק וריאציות אספקת עקב רמת הסף מפעילה שלה להיות כמעט מחצית מתח ההיצע.

כמות היציבות נקבעת בעיקר על ידי שכיחות התנודה ובאופן כללי, ככל שהתדר נמוך יותר, כך מתנד יותר יציב.

כמו זה סוג של גנרטור waveform פועלת בכמעט מחצית או 50% ממתח ההיצע, צורת הגל של התוצר הסופית היא בעלת מחזור עבודה כמעט 50%, יחס של 1: 1 למרחב. שלוש גנרטורים צורת גל השער יש יתרונות רבים על פני שני מתנד השער הקודם לעיל, אבל אחד החיסרון הגדול שלה היא כי היא משתמשת שער ההיגיון נוסף.

סוג טבעת מחולל גל

ראינו לעיל גנרטורים גל יכול להיעשות הן באמצעות TTL והן את ה- CMOS טוב יותרטכנולוגיה לוגית עם רשת RC לייצר זמן עיכוב בתוך המעגל כאשר מחובר על פני אחד, שניים או אפילו שלושה שערים ההיגיון ליצור מתנד פשוט הרפיה RC. אבל אנחנו יכולים גם לעשות גנרטורים waveform רק באמצעות לוגיקה לא גייטס או במילים אחרות ממירים ללא רכיבים פסיביים נוספים מחוברים אליהם.

על ידי חיבור כל אחד מוזר מספר (3, 5, 7, 9 וכו ') של שערים לא כדי ליצור"טבעת", כך הפלט של הטבעת מחובר ישר בחזרה לקלט של הטבעת המעגל ימשיך להתנודד כמו ברמה ההיגיון "1" מסתובבת כל הזמן סביב הרשת לייצר תדר הפלט שנקבע על ידי התפשטות עיכובים של ממירים בשימוש.

טבעת גל מחולל

טבעת גל מעגל מחולל - -

תדירות התנודה נקבעת על ידיעיכוב ההפצה הכולל של הממירים בשימוש בתוך הטבעת ואשר עצמו נקבע על ידי סוג של שער הטכנולוגיה, TTL, CMOS, BiCMOS כי מהפך עשוי. עיכוב ריבוי או זמן התפשטות, הוא הזמן הכולל הנדרש (בדרך כלל ב Nanoseconds) עבור האות לעבור ישר דרך מהפך מהלוגיקה "0" להגיע קלט זה לייצר לוגיקה "1" על הפלט שלה.

גם עבור סוג זה של טבעת גנרטור waveוריאציות המעגל במתח האספקה, הטמפרטורות וקיבולת העומס משפיעות על עיכוב ההפצה של השערים הלוגיים. בדרך כלל יינתן זמן עיכוב ריבוי ממוצע בגליונות היצרנים עבור סוג השערים הלוגיים הדיגיטליים הנמצאים בשימוש עם תדירות התנודה הנתונה כ:

משוואת תדר טבעת מתנד

איפה: ƒ הוא תדירות של תנודה, n הוא מספר השערים בשימוש TP הוא עיכוב ריבוי עבור כל שער.

לדוגמה, נניח כי המעגל מחולל waveform פשוט יש 5 אינברטורים בודדים מחוברים יחד בסדרה כדי ליצור טבעת Oscillator, עיכוב ריבוי עבור כל מהפך ניתנת 8ns. אז תדירות תנודה ינתן כמו:

תדר מתנד טבעת

כמובן, זה לא ממש מעשימתנד בעיקר בשל חוסר היציבות שלה תדירות תנודה גבוהה מאוד, 10 של Megahertz בהתאם לסוג של שער שער ההיגיון בשימוש, ובדוגמה הפשוטה שלנו הוא מחושב כמו 12.5MHz !! את התדר מתנד תדר הטלט יכול להיות "מכוון" קצת על ידי שינוי מספר הממירים המשמשים את הטבעת אבל זה הרבה יותר טוב להשתמש יציבה יציבה יותר גל waveform כמו אלה דנו לעיל.

עם זאת, הוא מראה כי שערי ההיגיון יכוללהיות מחובר יחד כדי לייצר לוגיקה מבוססת גנרטורים waveform ומעוצב קשות מעגלים דיגיטליים עם הרבה שערים, נתיבי האות לולאות משוב כבר ידוע להתנודד שלא בכוונה.

באמצעות רשת RC על פני המהפךמעגל, את התדירות של תנודה ניתן לשלוט במדויק לייצר מעשית יותר מעשית מתנד הרפיה מעגל לשימוש ביישומים אלקטרוניים רבים.

במדריך הבא בנושא Waveforms ו- Waveformדור, אנו נבחן את 555 טיימר שהוא אחד המעגלים המשולבים הפופולריים ביותר תכליתי אי פעם שיוצרו שיכול לייצר מגוון רחב של צורות גל שונות אותות תזמון מ multostibrators monostable כדי astable.

תגובות (0)
הוסף תגובה