/ \ Т / Генератори таласних облика за производњу сигнала времена

Генератори таласних облика за производњу сигнала времена

Генератори таласних облика

У претходним упутствима смо погледалидетаљ на три различита типа базичних транзисторских мултивибраторских кола који се могу користити као осцилатори релаксације да би произвели или квадратни или правоугаони талас на својим излазима за употребу као сатни и временски сигнали.

Међутим, могуће је конструисати и основно Вавеформ Генератор круговима из једноставних интегрисаних кола илиоперативна појачала повезана на круг резервоара-кондензатора (РЦ) или на кварцни кристал да би произвела потребан бинарни или квадратни таласни излазни сигнал на жељеној фреквенцији.

Овај водич за генерисање таласног облика би бионепотпуна без неких примјера дигиталних регенеративних склопних кругова, јер илустрира и комутацијско дјеловање и рад генератора валних облика који се користе за генерирање квадратних валова за употребу као мјерење времена или секвенцијалних валних облика.

Знамо да регенеративна кола као што су Астабле Мултивибраторс су најчешће коришћени тип релаксационог осцилатора јер производе константан квадратни излазни талас, што их чини идеалним као дигитални Вавеформ Генератор.

Астабилни мултивибратори чине одличне осцилаторезато што се непрестано пребацују између два нестабилна стања при константној брзини понављања и тако производе континуални квадратни излаз са односом маркера 1: 1 ("ОН" и "ОФФ" пута) из његовог излаза иу овом упутству ће погледати неке од различитих начина на које можемо изградити генераторе таласних облика користећи само стандардне ТТЛ и ЦМОС логичке склопове заједно са неким додатним компонентама дискретног мјерења времена.

Генератори Сцхмитт Вавеформ

Једноставно Генератори таласних облика може се конструисати помоћу основног Сцхмиттовог окидачарадни претварачи као што је ТТЛ 74ЛС14. Овај метод је далеко најлакши начин да се направи основни генератор нестабилног таласа. Када се користи за производњу сатова или временских сигнала, астабилни мултивибратор мора произвести стабилан таласни облик који се брзо пребацује између својих "ВИСО" и "НИСКОГ" стања без икаквих изобличења или шума, а Сцхмиттови инвертори раде управо то.

Знамо да је излазно стање СцхмиттаИнвертор је супротан или инверзан оном његовог улазног стања, (принципима НЕ капија) и да може да мења стање на различитим нивоима напона дајући му "хистерезу".

Сцхмиттови претварачи користе Сцхмитт-ово окидачко дјеловањекоји мијења стање између горњег и доњег прага како се улазни напонски сигнал повећава и смањује око улазног терминала. Овај горњи ниво прага „поставља“ излаз, а нижи ниво прага „ресетује“ излаз који одговара логици „0“ и логици „1“ за претварач. Размотрите круг испод.

Сцхмитт Инвертер Вавеформ Генератор

Сцхмитт генератор генератора таласа

Ова једноставна кола генератора таласног облика се састојеједне ТТЛ 74ЛС14 Сцхмитт инвертерске логичке капије са кондензатором, Ц спојеним између његовог улазног терминала и масе, (0в) и позитивне повратне спреге потребне да круг осцилује обезбеђује повратни отпорник Р.

Како то ради? Претпоставимо да је наелектрисање на кондензаторским плочама испод Сцхмиттовог нижег прага од 0,8 волти (Датасхеет валуе). Тиме се улази у претварач на логичком нивоу "0" што резултира логичким "1" излазним нивоом (принципима инвертора).

Једна страна отпорника Р је сада спојеналогички “1” ниво (+ 5В) излаз док је друга страна отпорника повезана на кондензатор, Ц који је на логичком “0” нивоу (0.8в или ниже). Кондензатор сада почиње да се пуни у позитивном смеру кроз отпорник брзином која је одређена РЦ временском константом комбинације.

Када наелектрисање на кондензатору достигне1,6-волтни горњи праг Сцхмиттовог окидача (датасхеет валуе) излаз из Сцхмиттовог претварача се брзо мијења од логичког нивоа "1" до логичког нивоа "0", а струја кроз отпорник мијења смјер.

Ова промјена сада узрокује кондензатор који је биопрвобитно пуњење кроз отпорник, Р да почне да се испушта назад кроз исти отпорник све док пуњење на плочама кондензатора не достигне нижи ниво прага од 0,8 волти, а излазни претварачи поново укључе стање са циклусом који се понавља изнова и изнова. док је напон напајања присутан.

Тако је кондензатор Ц стално пуњење исам пражњење током сваког циклуса између улазних горњих и доњих граничних нивоа Сцхмиттовог инвертора стварајући логички ниво "1" или логички ниво "0" на излазу претварача. Међутим, излазни таласни облик није симетричан и производи радни циклус од око 33% или 1/3, јер је однос ознака и простора између „ХИГХ“ и „ЛОВ“ 1: 2, услед карактеристика улазних капија ТТЛ инвертер.

Вредност отпорника повратне везе, (Р) МОРАтакођер се држи ниско испод 1кΩ за круг исправно осцилирати, 220Р до 470Р је добар, и варирањем вриједности кондензатора, Ц варирати фреквенцију. Такође, код високих фреквенција излазни таласни облик мења облик од таласног облика квадратног облика до таласног облика трапезног облика, јер на улазне карактеристике ТТЛ капије утиче брзо пуњење и пражњење кондензатора. Фреквенција осциловања за Генератори Сцхмитт Вавеформ стога се даје као:

Сцхмитт Вавеформ Фрекуенци

генератор сцхмитт астабле вавеформ

Са вредношћу отпорника између: 100Р до 1кΩ, и кондензаторске вредности између: 1нФ до 1000уФ. Ово би дало фреквентни опсег од 1Хз до 1МХз, (високе фреквенције производе изобличење таласне форме).

Генерално, стандардна ТТЛ логичка врата не радепревише добро као генератори таласних облика због њихових просјечних улазних и излазних карактеристика, изобличења излазног таласног облика и ниске вриједности отпорника повратне везе, што резултира великим кондензатором високе вриједности за рад ниске фреквенције.

Такођер ТТЛ осцилатори не могу осцилирати аковредност повратног кондензатора је премала. Међутим, такође можемо направити Астабле мултивибраторе користећи бољу ЦМОС логичку технологију која ради од 3В до 15В напајања као што је ЦМОС 40106Б Сцхмитт Инвертер.

ЦМОС 40106 је један улазни инвертор саиста Сцхмитт-окидачка акција као ТТЛ 74ЛС14 али са веома добром отпорношћу на буку, високим пропусним опсегом, високим добитком и одличним улазно / излазним карактеристикама за производњу "квадратних" излазних таласних облика као што је приказано испод.

ЦМОС Сцхмитт Вавеформ Генератор

цмос сцхмитт генератор таласног облика

Склоп Сцхмиттових генератора таласних облика заЦМОС 40106 је у основи исти као и за претходни ТТЛ 74ЛС14 инвертер, осим додатка 10кΩ отпорника који се користи да спријечи кондензатор да оштети осјетљиве МОСФЕТ улазне транзисторе јер се брзо празни на вишим фреквенцијама.

Омјер маркера и простора је равномјерније усклађеноко 1: 1 са повратном отпорничком вредношћу која се повећала испод 100кΩ што је резултирало мањим и јефтинијим временским кондензатором. Са отпорничком вредношћу између: 1кΩ и 100к анд, и кондензаторске вредности између: 1пФ до 100уФ. Ово би дало фреквентни опсег од 0.1Хз до 100кХз.

Сцхмитт Инвертер Вавеформ Генераторс може се направити и од различитихлогичка врата која су спојена да формирају инвертерски круг. Основни Сцхмиттов астабилни мултивибраторски круг се може лако модификовати са неким додатним компонентама да би се произвели различити излази или фреквенције. На пример, два обрнута таласна облика или вишеструке фреквенције и променом фиксног отпорника повратне спреге на потенциометар, излазна фреквенција може варирати као што је приказано испод.

Генератори таласног облика сата

генератор таласног облика

У првом кругу изнад, додатни СцхмиттИнвертер је додат на излаз Сцхмиттовог генератора таласних облика да произведе други таласни облик који је инверзна или зрцална слика првог који производи два комплементарна излазна таласна облика, тако да када је један излаз "ХИГХ" други је "ЛОВ". Овај други Сцхмитт-ов претварач такође побољшава облик инверзног излазног таласног облика, али му додаје малу "одгоду капије", тако да није у потпуности усклађен с првим.

Такође, излазна фреквенција осцилатораКруг се може мијењати промјеном фиксног отпорника, Р у потенциометар, али је још увијек потребан мањи отпорник повратне спреге како би се спријечило да потенциометар прекорачи претварач када је његова минимална вриједност 0Ω.

лед транзистор свитцх

Можемо користити и два комплементарна излаза, Ки К првог кола алтернативно бљескати два сета свјетала или ЛЕД-а спајањем њихових излаза директно на базе два транзициона транзистора као што је приказано.

На тај начин један или више ЛЕД диода су спојенизаједно у серији са колектором прекидачких транзистора резултирајући наизменичним бљесковима сваког сета ЛЕД-а, док је сваки транзистор укључен "ОН".

Такођер, када користите овај тип круга, не заборавите израчунати одговарајући отпорник серије, Р да ограничите ЛЕД струју испод 20мА (црвене ЛЕД) за напон који користите.

Да би се генерисао веома низак фреквенцијски излаз од неколико Хертза да би се бљескале ЛЕД диоде, Сцхмиттови генератори таласних облика користе временски кондензаторе високе вриједности који могу бити физички велики и скупи.

Једно алтернативно рјешење је превише користити мањевредност кондензатор генерирати много већу фреквенцију, рецимо 1кХз или 10кХз, а затим подијелити ову главну тактну фреквенцију доље на појединачне мање док се не постигне потребна ниска фреквенција, а други круг изнад ради управо то.

Доњи круг изнад показује осцилаторкористи се за погон такта улазног бројача бројача. Риппле бројачи су у суштини број флип-флопова типа Д-тип-2, Д-типа, који су спојени да формирају један бројач подељен на-Н, где је Н једнак бројачима бит-цоунт као што је ЦМОС 4024 7-бит Риппле Цоунтер или ЦМОС 4040 12-бит Риппле Цоунтер.

Фиксна тактна фреквенција производи Сцхмитткруг непокретног сатног импулса је подељен на број различитих под-фреквенција као што су,, ÷ 2, ÷, 4, ƒ, 8,,, 256, итд., до максималне “поделе по н” вредности таласања користи се бројач. Овај процес коришћења или "флип-флопс", "бинарних бројача" или "бројача валова" како би се поделила главна фиксна фреквенција на различите суб-фреквенције позната је под називом Фрекуенци Дивисион и можемо га користити за добијање одређеног броја фреквенцијских вредности из генератор једног таласног облика.

Генератори НАНД Гате Вавеформ

Генератори Сцхмитт Вавеформ може се направити и стандардним ЦМОС Логиц НАНД-омКапије су повезане за производњу инвертера. Ево, два НАНД врата су спојена заједно како би произвела још један тип РЦ релаксационог осцилаторног кола који ће генерисати квадратни вални облик излазног таласа као што је приказано испод.

Генератор НАНД Гате Вавеформ

генератор таласног облика нанд гате

У овом типу кола генератора таласа,РЦ мрежа се формира од отпорника, Р1 и кондензатора, Ц са овом РЦ мрежом која се контролише излазом прве НАНД капије. Излаз из ове Р1Ц мреже се враћа на улаз прве НАНД капије преко отпорника, Р2 и када напон пуњења преко кондензатора досегне горњу граничну вредност првог НАНД врата, НАНД гате промени стање изазивајући другу НАНД капију. да је прате, тиме промијени стање и произведе промјену у излазном нивоу.

Напон на Р1Ц мрежи је садаобрнуто и кондензатор почиње да се празни кроз отпорник све док не достигне нижи ниво прага првог НАНД капије, што доводи до поновног промене стања две капије. Као и претходни склоп Сцхмиттових генератора таласних облика, фреквенција осцилације је одређена временском константом Р1Ц која је дата као: 1 / 2.2Р1Ц. Генерално, Р2 добија вредност која је 10 пута већа од вредности отпорника Р1.

Када је потребна висока стабилност или гарантовано самопокретање, Генератори ЦМОС-а може се извршити користећи три инвертирајућа НАНД врата илибило која три логичка претварача за ту материју, спојена заједно као што је приказано у наставку, стварајући круг који се понекад назива "прстен од три" генератора таласног облика. Фреквенција осцилације се поново одређује временском константом Р1Ц, исто као и за два осцилаторска врата изнад, а која је дата као: 1 / 2.2Р1Ц када Р2 има вредност која је 10 пута већа од вредности отпорника, Р1.

Стабилан НАНД Гате Вавеформ Генератор

генератор стабилног нанд гате таласа

Додавање додатних НАНД врата гарантуједа ће осцилатор почети чак и са врло ниским вриједностима кондензатора. Такође, стабилност генератора таласног облика је у великој мери побољшана јер је мање подложна варијацијама у снабдевању електричном енергијом због тога што је његов праг покретања скоро половина напона напајања.

Количина стабилности се углавном одређује учесталошћу осцилација и генерално говорећи, што је фреквенција нижа то је стабилнији осцилатор.

Како овај тип генератора таласног облика радискоро половина или 50% напона напајања резултат излазног таласног облика има скоро 50% радног циклуса, однос 1: 1 за означавање простора. Генератор таласног облика са три капије има многе предности у односу на претходни два осцилатора изнад, али његов велики недостатак је што користи додатну логичку капију.

Генератор таласног облика прстена

Видели смо изнад тога Генератори таласних облика може се направити и ТТЛ и ЦМОСлогичка технологија са РЦ мрежом која производи временско кашњење унутар круга када се повеже преко једне, две или чак три логичке капије да би се формирао једноставан РЦ релаксациони осцилатор. Међутим, ми такође можемо направити генераторе таласних облика користећи само Логиц НОТ Гатес или другим речима Инвертери без додатних пасивних компоненти повезаних са њима.

Повезивањем заједно ОДД број (3, 5, 7, 9 итд.) НЕ врата за формирање а“Прстен” кола, тако да је излаз прстена спојен равно на улазни прстен, коло ће наставити да осцилира како логички ниво “1” константно ротира око мреже стварајући излазну фреквенцију која је одређена пропагацијом кашњења употребљених претварача.

Генератор таласног облика прстена

коло генератора таласног облика

Учесталост осцилација одређује сеукупна кашњења ширења претварача који се користе унутар прстена и који су сами по себи одређени типом технологије врата, ТТЛ, ЦМОС, БиЦМОС од којих је направљен инвертор. Кашњење ширења или време пропагације, је укупно време потребно (обично у Наносекундама) да сигнал прође директно кроз Инвертер од логике "0" која долази на улаз у њу стварајући логику "1" на излазу.

Такође за овај тип генератора таласног облика прстенаВаријације кола у напону напајања, температури и капацитету оптерећења утичу на кашњење ширења логичких врата. Генерално, просечно време кашњења пропагације биће дате у подацима о производима произвођача за тип дигиталне логичке капије која се користи са фреквенцијом осцилација датим као:

једначина фреквенције прстена осцилатора

Где: ƒ је фреквенција осцилације, н је број кориштених капија и Тп је кашњење пропагације за сваку капију.

На пример, претпоставимо да круг генератора једноставног таласног облика има 5 појединачних претварача повезаних заједно у серији да формирају а Ринг Осциллатор, кашњење пропагације за сваки Инвертер се даје као 8нс. Тада ће фреквенција осцилација бити дата као:

фреквенција осцилатора прстена

Наравно, ово није стварно практичноосцилатор углавном због своје нестабилности и врло високе фреквенције осцилација, 10-их Мегахертз-а у зависности од врсте логичке технологије која се користи, ау нашем једноставном примеру је израчуната као 12.5МХз !!. Излазна фреквенција осцилатора прстена може бити "подешена" промјеном броја претварача који се користе унутар прстена, али је много боље користити стабилнији генератор валног облика РЦ као што је онај о којем смо већ говорили.

Ипак, то показује да логичка врата могуда се споје заједно да би произвели генераторе логистичких таласних облика и познато је да ненамерно осцилирају лоше дизајнирани дигитални кругови са мноштвом врата, сигналних путева и повратних петљи.

Користећи РЦ мрежу преко Инвертераколо, фреквенција осцилације се може прецизно контролисати, стварајући практичнији круг осцилатора за стабилну релаксацију за употребу у многим општим електронским апликацијама.

У следећем водичу о таласним облицима и таласном обликуГенерација, ми ћемо испитати 555 Тимер који је један од најпопуларнијих и најразноврснијих интегрисаних кола икада произведених који могу генерисати широк спектар различитих таласних облика и временских сигнала од моностабилних до непостојаних мултивибратора.

Коментари (0) \ т
Додајте коментар