/ / Bangos formos generatoriai, skirti laiko signalams gaminti

Banginių formų generatoriai laiko signalams gaminti

Bangų formos generatoriai

Ankstesnėse pamokose mes peržiūrėjometrijų skirtingų tipų pagrindinių tranzistorinių multivibratorių grandinių detalės, kurios gali būti naudojamos kaip atsipalaidavimo osciliatoriai, kad jų išėjimuose gautų kvadratinę arba stačiakampę bangą, skirtą naudoti kaip laikrodžio ir laiko signalus.

Tačiau taip pat galima statyti pagrindinius Bangos formos generatorius grandines iš paprastų integrinių grandynų arba. \ toperaciniai stiprintuvai, prijungti prie rezistorių-kondensatoriaus (RC) cisternos grandinės arba kvarco kristalo, kad būtų gautas reikalingas dvejetainis arba kvadratinės bangos išėjimo bangos formos norimas dažnis.

Ši bangos formos kartos pamoka būtųbe išsamių skaitmeninių regeneracinių perjungimo schemų pavyzdžių, nes ji iliustruoja ir bangų formų generatorių, naudojamų kvadratinėms bangoms generuoti, naudojimą kaip laiko arba nuosekliųjų bangų formas.

Mes žinome, kad regeneracinės perjungimo grandinės, tokios kaip Astable multivibratoriai yra dažniausiai naudojamas atsipalaidavimo osciliatoriaus tipas, nes jie gamina pastovią kvadratinę bangą, todėl jie idealiai tinka skaitmeniniam Bangos formos generatorius.

Astabilūs multivibratoriai sukuria puikius osciliatoriusnes jie nuolat persijungia tarp dviejų nestabilių būsenų, esant pastoviam pasikartojimo dažniui, ir taip sukuria nuolatinę kvadratinės bangos išėjimą su 1: 1 žymės-erdvės santykiu („ON“ ir „OFF“ kartus per tą patį) iš jo išvesties ir šioje pamokoje pažvelgs į kai kuriuos skirtingus būdus, kuriais galime sukurti bangos formos generatorius, naudodami tik standartines TTL ir CMOS logines grandines, kartu su kai kuriais papildomais atskirais laiko komponentais.

Schmitt bangos formos generatoriai

Paprasta Bangų formos generatoriai galima sukurti naudojant „Schmitt“ pagrindinį paleidiklįveikimo keitikliai, tokie kaip TTL 74LS14. Šis metodas yra pats paprasčiausias būdas sukurti pagrindinį astable bangos formos generatorių. Naudojant laikrodžio arba laiko signalų gamybai, įjungiamas daugiakalbis turi sukurti stabilią bangų formą, kuri greitai persijungia tarp „HIGH“ ir „LOW“ būsenų be jokių iškraipymų ar triukšmo, ir Schmitt inverteriai tai daro.

Mes žinome, kad Schmitt išėjimo būsenainverteris yra atvirkščiai arba atvirkščiai, nei jo įvesties būsena, (NEUJE vartai principai) ir kad jis gali pakeisti būseną skirtingais įtampos lygiais, suteikdamas jam „histerezę“.

Schmitt inverteriai naudoja „Schmitt“ paleidimo veiksmąkuris keičia būseną tarp viršutinės ir apatinės slenksčio lygio, kai įvesties įtampos signalas didėja ir mažėja apie įvesties terminalą. Šis viršutinis slenksčio lygis „nustato“ išėjimą ir apatinį slenksčio lygį „atstato“ išvestį, atitinkančią atitinkamai „0“ ir loginę „1“ keitiklį. Apsvarstykite toliau pateiktą grandinę.

Schmitt Inverter Waveform Generator

schmitt paleidimo bangos formos generatorius

Ši paprasta bangos formos generatoriaus grandinėvieno TTL 74LS14 Schmitt inverterio loginio vartų su kondensatoriumi C, sujungtu tarp jo įėjimo gnybto ir žemės, (0v) ir teigiamo grįžtamojo ryšio, reikalingo grandinės virpėjimui, teikiama grįžtamojo rezistoriaus R.

Taigi, kaip tai veikia ?. Tarkime, kad už kondensatorių plokščių esantis įkrovimas yra mažesnis už Schmitt mažesnį 0,8 voltų slenkstinį lygį (duomenų lapo vertė). Dėl šios priežasties inverterio įvedimas yra loginis „0“ lygmuo, dėl kurio gaunamas loginis „1“ išėjimo lygis (keitiklių principai).

Viena rezistoriaus R pusė yra prijungta prieloginis „1“ lygio (+ 5 V) išėjimas, o kita rezistoriaus pusė yra prijungta prie kondensatoriaus C, kuris yra loginio „0“ lygio (0,8 V arba mažesnis). Kondensatorius dabar pradeda įkrauti teigiamą kryptį per rezistorių greičiu, kurį nustato kombinacijos RC laiko konstanta.

Kai įkroviklis per kondensatorių pasiekia1,6 voltų viršutinė Schmitt trigerio slenkstinė vertė (duomenų lapo vertė) Schmitt inverterio išėjimas iš loginio lygio „1“ greitai keičiasi į „0“ būseną, o srovė, tekanti per rezistorių, keičia kryptį.

Šis pakeitimas dabar sukelia kondensatoriųiš pradžių įkraunamas per rezistorių, R, kad pats pradėtų išsilaisvinti per tą patį rezistorių, kol įkrovimas per kondensatorių plokštes pasiekia žemesnį 0,8 voltų slenksčio lygį ir inverterių išėjimas persijungia iš naujo su ciklu, kuris kartojasi vėl ir vėl. tol, kol yra maitinimo įtampa.

Taigi kondensatorius C nuolat įkrauna irper kiekvieną ciklą išleidžiami Schmitt inverterio įvesties viršutinės ir apatinės ribos lygiai, gaunantys loginį lygį „1“ arba loginį lygį „0“ keitiklių išėjime. Tačiau išėjimo bangos forma nėra simetriška, o darbo ciklas yra apie 33% arba 1/3, nes žymės ir erdvės santykis tarp „HIGH“ ir „LOW“ yra atitinkamai 1: 2 dėl TTL įvesties vartų charakteristikų keitiklis.

Turi būti grįžtamojo rezistoriaus (R) vertėtaip pat turi būti laikoma maža iki žemiau 1k circuit, kad grandinė būtų teisingai virpesi, 220R - 470R yra gera, ir keičiant kondensatoriaus vertę, C keisti dažnį. Be to, esant aukštam dažnio lygiui, išėjimo bangos forma keičiasi nuo kvadrato formos bangos formos iki trapecijos formos bangos formos, nes TTL vartų įvesties charakteristikas veikia spartus kondensatoriaus įkrovimas ir iškrovimas. Svyravimų dažnis Schmitt bangos formos generatoriai todėl pateikiamas kaip:

Schmitt bangos formos dažnis

schmitt astable bangos formos generatorius

Su rezistoriumi nuo 100R iki 1kΩ, ir kondensatoriaus reikšmė tarp: 1nF ir 1000uF. Tai suteiktų dažnių diapazoną nuo 1 Hz iki 1MHz (dideli dažniai sukelia bangos formos iškraipymus).

Paprastai standartiniai TTL loginiai vartai neveikiapernelyg gerai, kaip ir bangos formos generatoriai dėl jų vidutinių įvesties ir išvesties charakteristikų, išėjimo bangos formos iškraipymo ir reikalaujamos mažos grįžtamojo ryšio varžos vertės, dėl to gaunamas didelis aukštos vertės kondensatorius žemo dažnio veikimui.

Taip pat TTL osciliatoriai gali nepastebėti, jeigrįžtamojo ryšio kondensatoriaus vertė yra per maža. Tačiau galime „Astable Multivibrators“ naudoti ir geresnes CMOS logikos technologijas, veikiančias nuo 3V iki 15V tiekimo, pvz., CMOS 40106B Schmitt Inverter.

CMOS 40106 yra vieno įvesties keitiklis sutas pats „Schmitt-trigger“ veiksmas, kaip TTL 74LS14, bet su labai geru triukšmo atsparumu, dideliu pralaidumu, dideliu naudingumu ir puikiomis įvesties / išvesties charakteristikomis, kad būtų sukurta „lygesnė“ išėjimo banga, kaip parodyta žemiau.

CMOS Schmitt bangos formos generatorius

cmos schmitt paleidžia bangos formos generatorių

Schmitt bangos formos generatorių grandinėCMOS 40106 iš esmės yra toks pat, kaip ir ankstesniame TTL 74LS14 keitiklyje, išskyrus 10kΩ rezistorių, kuris naudojamas siekiant užkirsti kelią kondensatoriui pakenkti jautriems MOSFET įvesties tranzistoriams, nes jis greitai išsikrauna aukštesniais dažniais.

Žymėjimo ir erdvės santykis yra lygesnisapie 1: 1, kai grįžtamojo rezistoriaus vertė padidėjo iki mažesnės nei 100 kΩ, todėl mažesnis ir pigesnis laiko kondensatorius, C. Dažnumo dažnis gali būti toks pat kaip: (1 / 1,2RC), nes CMOS įvesties charakteristikos skiriasi nuo TTL. Su rezistorių reikšme tarp: 1kΩ ir 100k and, ir kondensatoriaus reikšmė tarp: 1pF - 100uF. Tai suteiktų 0,1–100 kHz dažnių diapazoną.

Schmitt inverterio bangos formos generatoriai taip pat gali būti pagaminti iš įvairiųloginiai vartai, sujungti su inverterio grandine. Pagrindinė Schmitt astable multivibratoriaus grandinė gali būti lengvai modifikuojama su kai kuriais papildomais komponentais, kad gautų skirtingus išėjimus ar dažnius. Pavyzdžiui, du atvirkštinės bangos formos arba keli dažniai ir keičiant fiksuoto grįžtamojo ryšio rezistorių į potenciometrą, išėjimo dažnis gali būti keičiamas, kaip parodyta žemiau.

Laikrodžio bangos formos generatoriai

laikrodžio bangos formos generatorius

Pirmojoje grandinėje - papildomas SchmittĮ „Schmitt“ bangos formos generatoriaus išvestį įterptas inverteris, kad būtų sukurta antroji banga, kuri yra pirmojo, gaminančio dvi papildomas išėjimo bangos formas, atvirkštinis arba veidrodinis vaizdas, todėl, kai vienas išėjimas yra „HIGH“, kitas yra „LOW“. Šis antrasis „Schmitt“ keitiklis taip pat pagerina atvirkštinės išvesties bangos formos formą, tačiau prideda mažą „vartų vėlavimą“, todėl jis nėra visiškai sinchronizuojamas su pirmuoju.

Be to, osciliatoriaus išėjimo dažnisgrandinę galima keisti keičiant fiksuotą rezistorių R į potenciometrą, tačiau vis dar reikalingas mažesnis grįžtamojo rezistorius, kad būtų išvengta potenciometro trumpojo išjungimo, kai jo minimali vertė yra 0Ω.

švino tranzistorius

Taip pat galime naudoti du papildomus išėjimus, Qir Q pirmosios grandinės alternatyviai blykstės du žibintų rinkinius arba šviesos diodus, prijungdami jų išėjimus tiesiai prie dviejų perjungimo tranzistorių bazių, kaip parodyta.

Tokiu būdu prijungtas vienas ar keli LEDkartu su perjungimo tranzistorių kolektoriumi, dėl kurio kiekvienas LED šviesos diodas mirksi, nes kiekvienas tranzistorius įjungiamas „ON“.

Taip pat, kai naudojate šio tipo grandinę, atminkite, kad reikia apskaičiuoti tinkamą serijos rezistorių, R, norint apriboti LED srovę iki mažesnės nei 20 mA (raudonos šviesos diodų), kai naudojate naudojamą įtampą.

Siekiant generuoti labai mažą Hertz dažnio išvestį, kad blykstės šviesos diodai, „Schmitt“ bangos formos generatoriai naudoja didelės vertės laiko kondensatorius, kurie patys gali būti fiziškai dideli ir brangūs.

Vienas alternatyvus sprendimas yra per mažesnisvertė kondensatorius generuoti daug didesnį dažnį, ty 1kHz arba 10kHz, ir tada padalinti šį pagrindinį laikrodžio dažnį į atskirus mažesnius, kol bus pasiekta reikiama žemo dažnio reikšmė, o antroji grandinė - tai tik.

Žemiau esanti grandinė rodo osciliatoriųnaudojamas valdyti pulsacijos skaitiklio laikrodžio įvestį. „Ripple“ skaitikliai iš esmės yra du pasiskirstymo pagal „2“, „D“ tipo „flip-flops“ skaičiai, sudaryti vienai daliai pagal „N“ skaitiklį, kur N yra lygus skaitiklių bitų skaičiui, pvz., CMOS 4024 7 bitams Ripple Counter arba CMOS 4040 12 bitų Ripple Counter.

„Schmitt“ fiksuotas laikrodžio dažnis„Astable“ laikrodžio impulso grandinė suskirstyta į daugybę skirtingų dažnių, pvz., ƒ ÷ 2, ƒ ÷ 4, ƒ ÷ 8, ƒ ÷ 256 ir tt iki maksimalios „dalijimo pagal n“ vertę. naudojamas skaitiklis. Šis „Flip-flops“, „Binary Counters“ arba „Ripple Counters“ procesas, skirtas pagrindiniam fiksuoto laikrodžio dažnio padalijimui į skirtingus dažnius, yra žinomas kaip dažnio skyrius, ir mes galime jį naudoti norėdami gauti daug dažnių reikšmių iš vienas bangos formos generatorius.

„NAND Gate Waveform Generators“

Schmitt bangos formos generatoriai taip pat galima gaminti naudojant standartinę CMOS Logic NANDVartai sujungti, kad sukurtų keitiklio grandinę. Čia du NAND vartai yra sujungti kartu, kad būtų sukurta kita RC relaksacijos osciliatoriaus grandinė, kuri generuoja kvadratinės bangos formos išėjimo bangos formą, kaip parodyta žemiau.

„NAND Gate Waveform Generator“

Nand vartų laikrodžio bangos formos generatorius

Šio tipo bangos formos generatoriaus grandinėje -RC tinklas yra sudarytas iš rezistoriaus R1 ir kondensatoriaus, C su šiuo RC tinklu valdomas pirmojo NAND vartų išėjimu. Šio R1C tinklo išvestis grąžinama į pirmojo NAND vartų įėjimą per rezistorių, R2 ir kai įkrovimo įtampa per kondensatorių pasiekia viršutinį pirmosios NAND vartų slenksčio lygį, NAND vartai keičia būseną, sukeldami antrąjį NAND vartus sekti ją, taip pakeisdami būseną ir gaminant produkcijos lygį.

Dabar įtampa R1C tinkleatvirkščiai ir kondensatorius pradeda išleisti per rezistorių, kol jis pasiekia žemesnį pirmojo NAND vartų slenksčio lygį, dėl kurio du vartai vėl pasikeičia. Kaip ir ankstesnė Schmitt bangos formos generatorių grandinė, virpesių dažnis nustatomas pagal R1C laiko konstantą, kuri pateikiama kaip: 1 / 2.2R1C. Paprastai R2 nurodoma vertė, kuri yra 10 kartų didesnė už rezistoriaus R1 vertę.

Kai reikalingas didelis stabilumas arba garantuotas savaiminis paleidimas, CMOS bangos formos generatoriai galima pagaminti naudojant tris atvirkštinius NAND vartus arbabet kokie trys loginiai inverteriai, susiję su šiuo klausimu, sujungti kartu, kaip parodyta žemiau, sukuriant grandinę, kuri kartais vadinama „trijų“ bangų formos generatoriaus žiedu. Osciliacijos dažnis vėl nustatomas R1C laiko konstantu, tokiu pačiu būdu, kaip ir aukščiau pateiktuose dviejų vartų osciliatoriuose, ir kuris nurodomas kaip: 1 / 2.2R1C, kai R2 yra 10 kartų didesnė už rezistoriaus vertę, R1.

Stabilus „NAND Gate Waveform Generator“

stabilus nandų vartų generatorius

Papildomų „NAND“ vartų garantijų pridėjimaskad osciliatorius pradės veikti net esant labai mažoms kondensatoriaus vertėms. Taip pat gerokai pagerėja bangos formos generatoriaus stabilumas, nes jis yra mažiau jautrus energijos tiekimo pokyčiams, nes jos slenksčio paleidimo lygis yra beveik pusė maitinimo įtampos.

Stabilumo dydį daugiausia lemia virpesių dažnis ir apskritai, tuo mažesnis dažnis, tuo stabilesnis osciliatorius.

Kadangi šis bangos formos generatorius veikiabeveik pusė arba 50% maitinimo įtampos, iš kurios gaunama išėjimo bangos forma, yra beveik 50% darbo ciklas, 1: 1 žymės ir erdvės santykis. Trijų vartų bangos formos generatorius turi daug pranašumų, palyginti su ankstesniais dviem vartais, o jo vienas didelis trūkumas yra tai, kad jis naudoja papildomą loginį vartus.

Skambučio tipo bangos formos generatorius

Mes matėme aukščiau Bangų formos generatoriai galima padaryti naudojant TTL ir geresnius CMOSlogikos technologija su RC tinklu, kuris sukuria laiko tarpą grandinėje, kai jis jungiamas per vieną, du ar net tris loginius vartus, kad būtų sudarytas paprastas RC atsipalaidavimo osciliatorius. Bet mes taip pat galime sukurti „Logic NOT Gates“ arba, kitaip tariant, inverterius, be jokių papildomų pasyviųjų komponentų.

Sujungdami bet kurį ODD skaičius (3, 5, 7, 9 ir tt) NĖRA vartai, sudaryti a„Žiedo“ grandinė, kad žiedo išėjimas būtų tiesiogiai prijungtas prie žiedo įvesties, kurią grandinė ir toliau virpesi, nes loginis lygis „1“ nuolat sukasi aplink tinklą, gaunant išėjimo dažnį, kurį lemia sklidimas naudojami inverteriai.

Skambučio bangos formos generatorius

žiedo bangos formos generatoriaus grandinė

Svyravimų dažnis nustatomas pagalvisame žiede naudojamų inverterių sklidimo vėlavimas, kuris pats priklauso nuo vartų tipo, TTL, CMOS, BiCMOS, kad inverteris pagamintas iš. Dauginimo trukmė arba sklidimo laikas - tai bendras laikas (paprastai nanosekundėse), kad signalas būtų perduotas tiesiai per Inverterį iš logikos „0“, pasiekiančio įėjimo į jį ir sukuria logiką „1“.

Taip pat šio tipo žiedinės bangos formos generatoriuigrandinės variklio maitinimo įtampos, temperatūros ir apkrovos talpos svyravimai daro įtaką loginių vartų sklidimui. Paprastai gamintojo duomenų lapuose bus nurodytas vidutinis sklidimo delsos laikas, kai naudojamas skaitmeninis loginis vartai, o virpesių dažnis pateikiamas kaip:

žiedo osciliatoriaus dažnio lygtis

Kur: ƒ yra virpesių dažnis, n yra naudojamų vartų skaičius ir Tp yra kiekvieno vartų sklidimo vėlavimas.

Pvz., Daroma prielaida, kad paprasta bangos formos generatoriaus grandinė turi 5 atskirus inverterius, sujungtus nuosekliai į a Žiedo osciliatorius, kiekvienos Inverterio sklidimo vėlavimas pateikiamas kaip 8ns. Tada virpesių dažnis bus toks:

žiedo osciliatoriaus dažnis

Žinoma, tai tikrai nėra praktiškaosciliatorius, daugiausia dėl jo nestabilumo ir labai didelio svyravimų dažnio, 10 colių Megaherc, priklausomai nuo naudojamos logikos vartų technologijos tipo, ir mūsų paprastu pavyzdžiu jis buvo apskaičiuotas kaip 12,5 MHz !. Skambučio osciliatoriaus išėjimo dažnis gali būti „sureguliuotas“ šiek tiek keičiant žiede naudojamų inverterių skaičių, tačiau daug geriau naudoti stabilesnį RC bangos formos generatorių, kaip ir anksčiau aptartus.

Nepaisant to, tai rodo, kad loginiai vartai galibūti sujungti, kad būtų sukurtos loginės bangos formos generatoriai ir blogai suprojektuotos skaitmeninės grandinės, turinčios daug vartų, signalų keliai ir grįžtamojo ryšio kilpos netyčia svyruoja.

Naudojant RC tinklą per keitiklįgrandinė, svyravimo dažnis gali būti tiksliai valdomas, sukuriant praktiškesnę atsipalaidavimo osciliatoriaus grandinę, skirtą naudoti daugelyje bendrų elektroninių programų.

Kitoje pamokoje apie bangų formą ir bangų formąKartą, mes išnagrinėsime 555 laikmatį, kuris yra vienas iš populiariausių ir universaliausių visuomet pagamintų integrinių grandynų, kurie gali generuoti platų įvairių bangų formų ir laiko signalų spektrą iš monostabilių į astable multivibratorius.

Komentarai (0)
Pridėti komentarą