/ / Generatoare de undă pentru a produce semnale de sincronizare

Generatoare de forme pentru a produce semnale de sincronizare

Generatoare de forme

În tutorialele anterioare ne-am uitat îndetalii cu privire la cele trei tipuri diferite de circuite de bază multivibrator tranzistor care pot fi utilizate ca oscilatoare de relaxare pentru a produce un val pătrat sau dreptunghiular la ieșirile lor pentru a fi utilizate ca semnale de ceas și de sincronizare.

Dar este, de asemenea, posibilă construirea de bază Generator de forme de undă circuite simple sau circuite integrate;amplificatoare operaționale conectate la un circuit al rezervorului-condensator-rezistor (RC) sau la un cristal de cuarț pentru a produce forma de undă de undă binară sau pătrată necesară la frecvența dorită.

Acest tutorial de generare a formei de undă ar fiincompletă, fără exemple de circuite digitale de comutare regenerativă, deoarece ilustrează atât acțiunea de comutare, cât și funcționarea generatoarelor de forme de undă utilizate pentru generarea de unde pătrate pentru a fi utilizate ca forme de undă de sincronizare sau secvențiale.

Știm că circuite de comutare regenerativă, cum ar fi Multivibratoare astable sunt cel mai frecvent utilizat tip de oscilator de relaxare, deoarece produc o ieșire constantă a undelor pătrate, făcându-le ideale ca digitale Generator de forme de undă.

Multivibratoarele astable fac oscilatoare excelentedeoarece aceștia comută continuu între cele două stări instabile la o rată de repetiție constantă producând astfel o ieșire continuă a undelor pătrate cu un raport de spațiu marcaj 1: 1 ("ON" și "OFF" de ori) din ieșire și în acest tutorial se vor uita la unele dintre diferitele moduri în care putem construi generatoare de forme de undă utilizând doar circuitele logice TTL și CMOS standard, împreună cu unele componente suplimentare de sincronizare discrete.

Schmitt Generatoare de undă

Simplu Generatoare de forme pot fi construite utilizând un declanșator de bază Schmittinvertoare de acțiune cum ar fi TTL 74LS14. Această metodă este de departe cea mai ușoară cale de a face un generator de forme de undă de bază de bază. Atunci când se utilizează pentru a produce semnale de ceas sau de sincronizare, multivibratorul acabil trebuie să producă o formă de undă stabilă, care se schimbă rapid între stările "HIGH" și "LOW" fără nici o distorsiune sau zgomot, iar invertoarele Schmitt fac asta.

Știm că starea de ieșire a unui Schmittinvertorul este invers sau invers față de cel al stării sale de intrare, (principiile gateway-ului) și că poate schimba starea la diferite nivele de tensiune, dându-i "histerezis".

Invertoarele Schmitt utilizează o acțiune de declanșare Schmittcare modifică starea între un nivel superior și un prag inferior, pe măsură ce semnalul de tensiune de intrare crește și scade în jurul terminalului de intrare. Acest nivel de prag superior "stabilește" nivelul de ieșire, iar pragul inferior "resetează" ieșirea care echivalează cu o logică "0" și o logică "1" pentru un invertor. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Schmitt Inverter Waveform Generator

schmitt generator de forme de undă de declanșare

Acest circuit generator de forme de undă simplu constăa unei porți logice TTL 74LS14 Schmitt cu un condensator, C conectat între terminalul său de intrare și sol, (0v) și feedback-ul pozitiv necesar circuitului de a oscila fiind furnizat de rezistorul de reacție, R.

Deci, cum funcționează? Să presupunem că încărcarea peste plăcile cu condensatori este sub nivelul pragului inferior al lui Schmitt de 0,8 volți (valoarea fișei de date). Acest lucru face ca intrarea la invertor să fie la un nivel logic "0", rezultând un nivel de ieșire logic "1" (invertor principals).

O parte a rezistenței R este acum conectată laieșirea logică "1" (+ 5V) în timp ce cealaltă parte a rezistorului este conectată la condensator, C care se află la un nivel logic "0" (0.8v sau mai jos). Acum condensatorul începe să se încarce într-o direcție pozitivă prin rezistență la o rată determinată de constanta de timp RC a combinației.

Atunci când încărcarea în condensator ajunge laNivelul de prag superior de 1,6 volți al declanșatorului Schmitt (valoarea din fișa tehnică), ieșirea de la convertizorul Schmitt se schimbă rapid de la un nivel logic "1" la o stare logică "0", iar curentul care trece prin rezistență schimbă direcția.

Această schimbare provoacă acum condensatorul care a fostîncărcarea inițială prin rezistență, R pentru a începe să se descarce înapoi prin aceeași rezistență până când încărcarea peste plăcile de condensatori atinge nivelul pragului inferior de 0,8 volți, iar comutatoarele de ieșire ale invertorului se regăsesc din nou, ciclul se repetă din nou și din nou cât timp există tensiunea de alimentare.

Deci condensatorul, C se încarcă în mod constant șicare se descarcă pe parcursul fiecărui ciclu între nivelele superioare și inferioare de prag ale intrărilor invertorului Schmitt care produc un nivel logic "1" sau un nivel logic "0" la ieșirea invertoarelor. Cu toate acestea, forma de undă de ieșire nu este simetrică, producând un ciclu de funcționare de aproximativ 33% sau 1/3 deoarece raportul marcaj-spațiu între "HIGH" și "LOW" este 1: 2 datorită caracteristicilor porții de intrare ale TTL invertor.

Valoarea rezistorului de reacție, (R) MUSTde asemenea, să fie menținute la un nivel scăzut sub 1kΩ pentru ca circuitul să oscileze corect, 220R la 470R este bun, și prin variația valorii condensatorului, C pentru a varia frecvența. De asemenea, la nivele de frecvență ridicată, forma de undă de ieșire se modifică de la o formă de undă în formă de pătrat la o formă de undă trapezoidală, deoarece caracteristicile de intrare ale porții TTL sunt afectate de încărcarea și descărcarea rapidă a condensatorului. Frecvența oscilațiilor pentru Schmitt Generatoare de undă este dat ca:

Schmitt Frecventa formei de undă

Schmitt generator de forme de undă astable

Cu o valoare rezistor între: 100R la 1kΩ, și o valoare a condensatorului între: 1nF la 1000uF. Acest lucru ar da un interval de frecvență între 1 Hz și 1 MHz, (frecvențele ridicate produc distorsiuni ale formei de undă).

În general, porțile logice standard TTL nu funcționeazăprea bine ca generatoare de forme de undă datorită caracteristicilor lor medii de intrare și ieșire, denaturarea formei de undă de ieșire și a valorii scăzute a rezistenței de reacție necesară, rezultând un condensator de mare valoare mare pentru funcționarea cu frecvență joasă.

De asemenea, oscilatoarele TTL nu pot oscila dacăvaloarea condensatorului de feedback este prea mică. Cu toate acestea, putem, de asemenea, face Astabil Multivibrators folosind o mai bună tehnologie CMOS logică care funcționează de la o alimentare de 3V la 15V, cum ar fi CMOS 40106B Schmitt Inverter.

CMOS 40106 este un invertor cu o singură intrare cuaceeași acțiune Schmitt-trigger ca și TTL 74LS14, dar cu o imunitate foarte bună la zgomot, o lățime de bandă mare, un câștig mare și caracteristici excelente de intrare / ieșire pentru a produce o formă de undă de ieșire mai "brută", după cum se arată mai jos.

CMOS Generator de undă Schmitt

cmos schmitt generator de forme de undă de declanșare

Circuitul generatoarelor de undă Schmitt pentruCMOS 40106 este, în esență, același ca și cel pentru invertorul precedent TTL 74LS14, cu excepția adăugării rezistorului de 10kΩ care este folosit pentru a împiedica condensatorul să deterioreze tranzistoarele MOSFET sensibile, deoarece acesta se descarcă rapid la frecvențe mai înalte.

Raportul dintre spațiu și spațiu este mai echilibrat laaproximativ 1: 1 cu valoarea rezistorului de feedback a crescut la sub 100kΩ rezultând într-un condensator de temporizare mai mic și mai ieftin, C. Frecvența oscilației nu poate fi aceeași ca: (1 / 1.2RC) ca caracteristicile de intrare CMOS sunt diferite de TTL. Cu o valoare rezistor între 1kΩ și 100kΩ și o valoare a condensatorului între: 1pF până la 100uF. Acest lucru ar da un interval de frecvență între 0,1 Hz și 100 kHz.

Schmitt Inverter Generatoare de undă pot fi de asemenea făcute dintr-o varietate diferităporți logice conectate pentru a forma un circuit invertor. Circuitul multimibrator Schmitt astable de bază poate fi ușor modificat cu unele componente suplimentare pentru a produce diferite ieșiri sau frecvențe. De exemplu, două forme de undă inverse sau mai multe frecvențe și prin schimbarea rezistenței de reacție fixă ​​la un potențiometru, frecvența de ieșire poate fi variată după cum se arată mai jos.

Generatoare de undă în formă de ceas

generatorul de undă cu ceas

În primul circuit de mai sus, un Schmitt suplimentarInvertorul a fost adăugat la ieșirea generatorului de forme de undă Schmitt pentru a produce o a doua formă de undă care este imaginea inversă sau oglindă a primului care produce două forme de undă complementare, astfel încât atunci când o ieșire este "HIGH" cealaltă este "LOW". Acest al doilea invertor Schmitt îmbunătățește, de asemenea, forma formei de undă de ieșire inversă, dar adaugă o mică "întârziere a porții", astfel încât nu este exact în sincronizare cu prima.

De asemenea, frecvența de ieșire a oscilatoruluicircuitul poate fi modificat prin schimbarea rezistenței fixe, R într-un potențiometru, dar un rezistor de feedback mai mic este necesar pentru a împiedica potențiometrul să-i scurteze invertorul la valoarea minimă de 0Ω.

led comutator tranzistor

De asemenea, putem folosi cele două ieșiri complementare, Qși Q din primul circuit pentru a bloca alternativ două seturi de lumini sau LED-uri prin conectarea ieșirilor lor direct la bazele a două tranzistoare de comutare, așa cum se arată.

În acest fel, unul sau mai multe LED-uri sunt conectateîmpreună în serie cu colectorul tranzistorilor de comutare, rezultând blitz-uri alternante ale fiecărui set de LED-uri, pe măsură ce fiecare tranzistor este comutat "ON" la rândul său.

De asemenea, atunci când utilizați acest tip de circuit, amintiți-vă să calculați o serie rezistoră potrivită, R pentru a limita curentul LED-ului la sub 20mA (LED-uri roșii) pentru tensiunea pe care o utilizați.

Pentru a genera o ieșire de frecvență foarte scăzută a câtorva Hertz pentru a bloca LED-urile, generatoarele de forme de undă Schmitt utilizează condensatoare de temporizare de mare valoare, care ele însele pot fi fizic mari și costisitoare.

O soluție alternativă este prea folosită și mai micăpentru a genera o frecvență mult mai mare, de exemplu 1kHz sau 10kHz, și apoi împărțiți această frecvență ceasului principal în mai mici, până când se atinge valoarea de frecvență joasă necesară, iar cel de-al doilea circuit de mai sus nu face decât așa.

Circuitul inferior de mai sus arată oscilatorulfiind folosit pentru a conduce intrarea ceasului unui contor de valori. Contoarele cu raze sunt în principiu un număr de flip-flops de tip divide-2, cascadate împreună, pentru a forma un singur numărător divizor-N, unde N este egal cu numărul de biți de contor, cum ar fi CMOS 4024 7-bit Ripple Counter sau CMOS 4040 Counter Ripple pe 12 biți.

Frecvența ceasului fix este produsă de Schmittcircuitul pulsului ceasului astabil este împărțit într-un număr de sub-frecvențe diferite, cum ar fi, ƒ ÷ 2, ƒ ÷ 4, ƒ ÷ 8, ƒ ÷ 256, etc, până la valoarea maximă "Divide-n-n" contra. Acest proces de utilizare a "Flip-flops", "Counter-urilor binare" sau "Counter-urilor" pentru împărțirea unei frecvențe principale fixe în diferite sub-frecvențe este cunoscut sub denumirea de Frequency Division și îl putem folosi pentru a obține un număr de frecvențe un singur generator de forme de undă.

Generatoare de undă generatoare de porți NAND

Schmitt Generatoare de undă poate fi făcută și utilizând standardul CMOS Logic NANDPorți conectați pentru a produce un circuit invertor. Aici, două porți NAND sunt conectate împreună pentru a produce un alt tip de circuit de oscilator de relaxare RC care va genera o formă de undă în formă de undă pătratică așa cum se arată mai jos.

Generator de undă generată de porți NAND

generator de undă de ceas poarta nand

În acest tip de circuit de generator de unde,Rețeaua RC este formată din rezistor, R1 și condensatorul, C, cu această rețea RC fiind controlată de ieșirea primei porți NAND. Ieșirea din această rețea R1C este alimentată înapoi la intrarea primei porți NAND prin rezistor R2 și atunci când tensiunea de încărcare pe condensator atinge nivelul pragului superior al primei porți NAND, poarta NAND modifică starea care determină a doua poartă NAND să o urmeze, schimbând astfel starea și producând o modificare a nivelului de ieșire.

Tensiunea din rețeaua R1C este acuminversat și condensatorul începe să se descarce prin rezistență până când atinge pragul inferior al primei porți NAND, determinând cele două porți să schimbe starea încă o dată. Asemenea circuitului generatoarelor de undă Schmitt anterioare, frecvența oscilației este determinată de constanta de timp R1C care este dată ca: 1 / 2.2R1C. În general, R2 primește o valoare care este de 10 ori valoarea rezistorului R1.

Atunci când este necesară o stabilitate ridicată sau o auto-pornire garantată, Generatoare de forme de undă CMOS pot fi realizate folosind trei porți NAND inversoare sauoricare trei invertoare logice pentru acest lucru, conectate împreună, după cum se arată mai jos, producând un circuit care este denumit uneori "inel de trei" generator de forme de undă. Frecvența oscilației este determinată din nou de constanta de timp R1C, la fel ca și oscilatorul de porți de mai sus, și care este dată ca: 1 / 2.2R1C când R2 are o valoare care este de 10 ori valoarea rezistenței, R1.

Stabil generator NAD Gate Generator

generator de undă stabilă pentru nand

Adăugarea garanției extra poarta NANDcă oscilatorul va începe chiar și cu valori foarte scăzute ale condensatorului. De asemenea, stabilitatea generatorului de forme de undă este mult îmbunătățită, deoarece este mai puțin susceptibilă la variațiile sursei de alimentare, datorită nivelului de declanșare a pragului fiind aproape de jumătate din tensiunea de alimentare.

Cantitatea de stabilitate este determinată, în principal, de frecvența oscilațiilor și, în general, cu cât frecvența este mai mică cu atât oscilatorul devine mai stabil.

Deoarece acest tip de generator de forme de undă funcționează laaproape jumătate sau 50% din tensiunea de alimentare rezultă forma de undă de ieșire care are aproape un ciclu de funcționare de 50%, raport 1: 1 spațiu-spațiu. Generatorul de forme de undă cu trei porți are multe avantaje față de cel de-al doilea oscilator de porți de mai sus, dar un dezavantaj important al acestuia este că utilizează o poartă logică suplimentară.

Inel de tip generator de undă

Am văzut mai sus Generatoare de forme pot fi făcute utilizând atât TTL cât și CMOS mai buntehnologia logică cu o rețea RC care produce o întârziere de timp în interiorul circuitului atunci când este conectată pe una sau două sau chiar trei porți logice pentru a forma un simplu Oscilator de Relaxare RC. Dar putem, de asemenea, să facem generatoare de forme de undă folosind doar logica NOT Gates sau, cu alte cuvinte, invertoare fără alte componente pasive suplimentare conectate la ele.

Prin conectarea oricaror CIUDAT numărul (3, 5, 7, 9 etc) de porți NOT pentru a forma aAstfel încât ieșirea inelului să fie conectată direct la intrarea inelului, circuitul va continua să oscileze ca un nivel logic "1" se rotește constant în jurul rețelei producând o frecvență de ieșire care este determinată de propagarea întârzieri ale invertoarelor utilizate.

Generator de undă în formă de inel

ciclu generator de undă de undă

Frecvența oscilației este determinată deîntârzierea totală de propagare a Invertoarelor utilizate în interiorul inelului și care este determinată de tipul de tehnologie a porții, TTL, CMOS, BiCMOS pe care este realizat invertorul. Timpul de propagare sau propagare a propagării este timpul total necesar (de obicei în nanosecunde) pentru ca un semnal să treacă direct prin Inverter dintr-o logică "0" care ajunge la intrare, producând o logică "1" la ieșirea lui.

De asemenea, pentru acest tip de generator de undă de undăvariațiile circuitului în tensiunea de alimentare, temperatura și capacitatea de încărcare toate afectează întârzierea propagării porților logice. În general, în fișele tehnice ale fabricantului se va specifica un timp mediu de întârziere a propagării pentru tipul de porți logice digitale care se utilizează cu frecvența de oscilație dată ca:

inel ecuația de frecvență oscilator

Unde: ƒ este frecvența Oscilației, n este numărul de porți utilizați și Tp este întârzierea propagării fiecărei porți.

De exemplu, presupuneți că un circuit simplu generator de undă are 5 invertoare individuale conectate împreună în serie pentru a forma a Ring Oscillator, întârzierea de propagare pentru fiecare invertor este dată ca 8ns. Apoi, frecvența de oscilație va fi dată ca:

frecvență oscilator inel

Desigur, acest lucru nu este cu adevărat practicoscilator datorată în principal instabilității sale și frecvenței foarte mari de oscilație, 10 de Megahertz în funcție de tipul de tehnologie de poarta logică folosită, iar în exemplul nostru simplu a fost calculat ca 12.5MHz !!. Frecvența de ieșire a oscilatorului inelar poate fi "reglată" puțin prin modificarea numărului de invertoare utilizate în interiorul inelului, dar este mult mai bine să utilizați un generator de unde mai stabil, cum ar fi cele discutate mai sus.

Cu toate acestea, arată că porțile logice potsă fie conectate împreună pentru a genera generatoare de forme de undă bazate pe logică și circuite digitale prost concepute, cu o mulțime de porți, căi de semnal și bucle de feedback au fost cunoscute să oscileze neintenționat.

Prin utilizarea unei rețele RC în cadrul invertoruluicircuit, frecvența de oscilație poate fi controlată cu precizie, producând un circuit oscilator de relaxare mai practic, care poate fi utilizat în multe aplicații electronice generale.

În următorul tutorial despre forme de undă și formă de undăGenerație, vom examina timerul 555 care este una dintre cele mai populare și versatile circuite integrate produse vreodată, care poate genera o gamă largă de forme de undă diferite și semnale de temporizare de la monostabile la multivibratori astabili.

Comentarii (0)
Adauga un comentariu