/ / Dalga Biçimi Jeneratörleri Zamanlama Sinyalleri Üretmek İçin

Dalga Biçimi Jeneratörleri, Zamanlama Sinyalleri Üretmek İçin

Dalga şekli jeneratörleri

Daha önceki derslerde biz baktıkAyrıntılarında saat ve zamanlama sinyalleri olarak kullanılmak üzere çıkışlarında kare veya dikdörtgen bir dalga üretmek üzere gevşetici osilatörler olarak kullanılabilecek üç farklı tipte temel transistörlü çoklu-devre devresindeki detay.

Ancak temel inşa etmek de mümkündür Dalga Biçimi Üreticisi basit entegre devrelerden devreler veyaİstenilen frekansta istenen ikili veya kare dalga çıkış dalga formunu üretmek için bir direnç kapasitörlü (RC) tank devresine veya bir kuvars kristaline bağlı işlemsel yükselteçler.

Bu dalga formu oluşturma öğreticisi olacakdijital rejeneratif anahtarlama devrelerinin bazı örnekleri olmadan eksik, çünkü zamanlama veya sıralı dalga formları olarak kullanılmak üzere kare dalgaları üretmek için kullanılan dalga şekli jeneratörlerinin anahtarlama eylemini ve çalışmasını göstermektedir.

Bu gibi rejeneratif anahtarlama devrelerinin olduğunu biliyoruz. Kararsız Multivibratörler Sabit bir kare dalga çıktısı ürettikleri için en yaygın kullanılan gevşeme osilatörüdür ve dijital olarak idealdirler. Dalga Biçimi Üreticisi.

Astable multivibratörler, mükemmel osilatörler yaparÇünkü sabit olmayan iki durumları arasında sabit bir tekrarlama hızında sürekli geçiş yaparlar, böylece 1: 1 işaret-alan oranıyla (“ON” ve “OFF” çarpı kez aynıdır) sürekli bir kare dalga çıktısı oluştururlar ve Bazı ek ayrık zamanlama bileşenleriyle birlikte sadece standart TTL ve CMOS mantık devreleri kullanarak dalga şekli jeneratörleri inşa etmenin farklı yollarından bazılarına bakacağız.

Schmitt Dalga Biçimi Jeneratörleri

Basit Dalga Biçimi Jeneratörleri Temel Schmitt tetikleyici kullanılarak oluşturulabilirTTL 74LS14 gibi işlem inverterleri. Bu yöntem, temel bir kararsız dalga şekli üretecini yapmanın en kolay yoludur. Saat veya zamanlama sinyallerini üretmek için kullanıldığında, kararsız çok değişkenli herhangi bir bozulma veya gürültü olmadan “YÜKSEK” ve “DÜŞÜK” durumları arasında hızlı bir şekilde geçiş yapan kararlı bir dalga formu üretmelidir ve Schmitt invertörleri de bunu yapar.

Schmitt'in çıktı durumunu biliyoruz.invertör, giriş durumunun tersi veya tersidir (geçit prensipleri DEĞİL) ve “histerezis” vererek farklı voltaj seviyelerinde durumu değiştirebilir.

Schmitt eviricileri Schmitt tetikleyici eylemini kullanırgiriş voltajı sinyali giriş terminali civarında arttıkça ve azaldıkça, durum bir üst ve alt eşik seviyesi arasında değişmektedir. Bu üst eşik seviyesi çıkışı "ayarlar" ve alt eşik seviyesi bir invertör için sırasıyla bir "0" mantığına ve "1" mantığına eşit olan çıkışı "sıfırlar". Aşağıdaki devreyi göz önünde bulundurun.

Schmitt Inverter Dalga Üreteci

schmitt tetik dalga üreteci

Bu basit dalga biçimi jeneratör devresi oluşurTek bir TTL 74LS14 Schmitt invertör mantık geçidinin bir kondansatöre, giriş terminali ile şasi arasına bağlanmış C, (0v) ve devrenin geri besleme direnci tarafından sağlanmak üzere salınması için gereken pozitif geri beslemenin, R.

Peki nasıl çalışıyor? Kapasitör plakaları arasındaki şarjın, Schmitt’in 0,8 voltluk düşük eşik seviyesinin altında olduğunu varsayalım (Veri sayfası değeri). Bu nedenle, invertöre girişi “0” mantık seviyesinde yapar ve sonuçta mantıksal “1” çıkış seviyesi (invertör prensipleri) olur.

Direnç R'nin bir tarafı şimdirezistörün diğer tarafı kapasitöre bağlıyken mantık “1” seviyesi (+ 5V), mantık “0” seviyesinde (0.8v veya altı) C'ye bağlı. Şimdi kapasitör, kombinasyonun RC zaman sabiti tarafından belirlenen bir oranda direnç boyunca pozitif yönde yüklenmeye başlar.

Kapasitörün karşısındaki yük,Schmitt tetiğinin 1,6 volt üst eşik seviyesi (veri sayfası değeri) Schmitt invertöründen gelen çıkış hızla “1” mantık seviyesinden “0” mantık seviyesine değişir ve direnç boyunca akan akım yön değiştirir.

Şimdi bu değişiklik olan kapasitöre neden oldu.başlangıçta rezistör üzerinden şarj, R, aynı rezistans boyunca kendisini tekrar boşaltmaya başlamak için, kapasitörler plakaları boyunca şarj, 0.8 voltluk alt eşik seviyesine ulaşana ve inverterler tekrar tekrar tekrar devreye girdiğinde tekrar devreye girer besleme gerilimi mevcut olduğu sürece.

Yani kapasitör, C sürekli şarj oluyor veSchmitt invertörün girişleri üst ve alt eşik seviyeleri arasındaki her döngü sırasında kendisini boşaltma, invertör çıkışında bir "1" mantık seviyesi veya "0" mantık seviyesi üretir. Bununla birlikte, çıkış dalga formu simetrik değildir, yaklaşık% 33 veya 1/3 oranında bir görev döngüsü oluşturur, çünkü “YÜKSEK” ve “DÜŞÜK” arasındaki boşluk-boşluk oranı, TTL'nin giriş kapısı özelliklerinden dolayı sırasıyla 1: 2'dir invertör.

Geri besleme direncinin değeri, (R) MUSTAyrıca, devrenin doğru salınması için 1k below'nin altında tutulmalıdır, 220R ila 470R iyidir ve kapasitörün (C) frekansını değiştirerek değerini değiştirerek iyidir. Ayrıca, yüksek frekans seviyelerinde, çıkış dalga biçimi, kare şeklinde bir dalga biçiminden trapez biçimli dalga biçimine şekil değiştirir, çünkü TTL kapısının giriş özellikleri, kapasitörün hızlı şarjı ve boşalmasından etkilenir. Salınımın frekansı Schmitt Dalga Biçimi Jeneratörleri bu nedenle şöyle verilir:

Schmitt Dalga Biçimi Frekansı

schmitt kararsız dalga üreteci

Direnç değeri: 100R ila 1k and arasında ve kapasitör değeri arasında: 1nF ila 1000uF. Bu, 1Hz - 1MHz arasında bir frekans aralığı verir (yüksek frekanslar dalga biçimi bozulmasına neden olur).

Genel olarak, standart TTL mantık kapıları çalışmıyorortalama giriş ve çıkış özelliklerinden dolayı dalga biçimi jeneratörleri için de, çıkış dalga biçiminde bozulma ve düşük geri besleme direncinin düşük olması gerekir, bu da düşük frekanslı çalışma için büyük bir yüksek değer kapasitörüyle sonuçlanır.

Ayrıca, TTL osilatörleri, eğergeri besleme kapasitörünün değeri çok küçük. Bununla birlikte, Astable Multivibratörleri, CMOS 40106B Schmitt Inverter gibi 3V ile 15V arasında çalışan daha iyi CMOS mantık teknolojisi kullanarak da yapabiliriz.

CMOS 40106, tek girişli bir invertördür.TTL 74LS14 ile aynı Schmitt-tetikleyici eylemi, ancak aşağıda gösterildiği gibi daha "kare" bir çıkış dalga formu üretmek için çok iyi gürültü bağışıklığı, yüksek bant genişliği, yüksek kazanç ve mükemmel giriş / çıkış özellikleri ile.

CMOS Schmitt Dalga Biçimi Üreteci

cmos schmitt tetik dalga üreteci

Schmitt dalga biçimi jeneratör devresiCMOS 40106 temel olarak, önceki TTL 74LS14 invertör için olanlarla aynıdır, ancak kapasitörün hassas MOSFET giriş transistörlerine daha yüksek frekanslarda hızla boşalırken zarar vermesini önlemek için kullanılan 10kΩ direnç eklenmesi dışında.

İşaret boşluğu oranı, daha eşitgeri besleme direnci değeri 100 kΩ'un altına yükseldiğinde yaklaşık 1: 1 daha küçük ve daha ucuz bir zamanlama kondansatörü, C ile sonuçlanmıştır. Direnç değeri: 1k between ve 100k and arasında ve kapasitör değeri arasında: 1pF - 100uF arası. Bu, 0.1Hz ila 100kHz arasında bir frekans aralığı verecektir.

Schmitt Inverter Dalga Jeneratörü ayrıca çeşitli farklıBir invertör devresi oluşturmak için bağlı mantık kapıları. Temel Schmitt kararsız multivibratör devresi, farklı çıkışlar veya frekanslar üretmek için bazı ek bileşenlerle kolayca değiştirilebilir. Örneğin, iki ters dalga formu veya çoklu frekanslar ve sabit geri besleme direncini bir potansiyometreye değiştirerek çıkış frekansı, aşağıda gösterildiği gibi değiştirilebilir.

Saat Dalga Jeneratörü

saat dalga üreteci

Yukarıdaki ilk devrede, ek bir Schmittİlk üreten iki tamamlayıcı çıkış dalga formunun tersi veya ayna görüntüsü olan bir ikinci dalga formu üretmek için, Schmitt dalga biçimi jeneratörünün çıkışına invertör eklenmiştir, yani bir çıkış "YÜKSEK" olduğunda diğeri "DÜŞÜK" olur. Bu ikinci Schmitt invertörü ayrıca ters çıkış dalga formunun şeklini de iyileştirir, ancak ona küçük bir "geçit gecikmesi" ekler, böylece tam olarak birincisiyle senkronize olmaz.

Ayrıca, osilatörün çıkış frekansıdevre, sabit direnç, R bir potansiyometreye değiştirilerek değiştirilebilir, ancak potansiyometrenin minimum değeri 0, olduğunda invertörü kısa devre etmesini önlemek için daha küçük bir geri besleme direnci gerekir.

led transistör anahtarı

İki tamamlayıcı çıkışı da kullanabiliriz, Qve alternatif olarak, gösterildiği gibi çıkışlarını doğrudan iki anahtarlama transistörünün tabanlarına bağlayarak iki ışık kümesini veya LED'i yanıp sönen birinci devrenin Q değeri.

Bu şekilde bir veya birkaç LED bağlandıher bir transistör sırayla “AÇIK” konuma getirildiğinde, her bir LED grubunun değişken yanıp sönmesine neden olan anahtarlama transistörlerinin toplayıcı ile seri olarak birlikte.

Ayrıca, bu tip bir devre kullanırken, LED akımını kullandığınız voltaj için 20mA'nın (kırmızı LED’lerin) altına sınırlamak için uygun bir seri direnç hesaplayın.

LED'leri yakmak için birkaç Hertz'lik çok düşük bir frekans çıkışı üretmek için Schmitt dalga formu jeneratörleri, fiziksel olarak büyük ve pahalı olabilecek yüksek değerli zamanlama kapasitörlerini kullanır.

Alternatif bir çözüm de daha küçük kullanmaktırçok daha yüksek bir frekans üretmek için değer kapasitör, örneğin 1kHz veya 10kHz, ve bu ana saat frekansını, istenen düşük frekans değerine ulaşılana kadar bireysel küçük parçalara bölün ve yukarıdaki ikinci devre tam da bunu yapar.

Yukarıdaki alt devre osilatörü gösterirbir dalgalanma sayacının saat girişini çalıştırmak için kullanılır. Dalgalanma sayaçları, temel olarak, N ile CMOS 4024 7-bit gibi sayaçların bit sayımına eşit olduğu, N ile tek bir bölme sayacı oluşturmak üzere bir araya getirilen, D tipi flip-flop'ların bir dizi bölünmesidir Dalgalanma Sayacı veya CMOS 4040 12-bit Dalgalanma Sayacı.

Schmitt tarafından üretilen sabit saat frekansıkararsız saat darbe devresi, dalgalanmanın maksimum "bölü n" değerine kadar, ƒ ÷ 2, ƒ ÷ 4, ƒ ÷ 8, ƒ ÷ 256 vb. gibi farklı alt frekanslara bölünmüştür. kullanılan sayaç. Bir ana sabit saat frekansını farklı alt frekanslara bölmek için “Parmak arası terlik”, “İkili Sayaçlar” veya “Dalgalanma Sayaçları” kullanma işlemi, Frekans Bölümü olarak bilinir ve bu değerden bir dizi frekans değeri elde etmek için kullanılabilir. tek bir dalga şekli üreteci.

NAND Gate Dalga Jeneratörleri

Schmitt Dalga Biçimi Jeneratörleri standart CMOS Logic NAND kullanılarak da yapılabilirBir invertör devresi üretmek için bağlanan kapılar. Burada, iki NAND geçidi, aşağıda gösterildiği gibi kare dalga şeklinde bir çıkış dalga formu oluşturacak başka tip bir RC gevşeme osilatör devresi üretmek için birbirine bağlanır.

NAND Gate Dalga Jeneratörü

nand kapısı saati dalga üreteci

Bu tür dalga biçimi jeneratör devresinde,RC ağı rezistör, R1 ve kapasitörden oluşur, C bu RC ağı ilk NAND geçidinin çıkışı ile kontrol edilir. Bu R1C ağından gelen çıkış, direnç, R2 aracılığıyla birinci NAND geçidinin girişine geri beslenir ve kapasitördeki şarj voltajı, ilk NAND geçidinin üst eşik seviyesine ulaştığında, NAND geçidi, ikinci NAND geçidine neden olan durumu değiştirir bunu takip etmek, böylece durumu değiştirmek ve çıktı düzeyinde bir değişiklik üretmek.

R1C ağındaki voltaj şimditers çevrilmiş ve kapasitör, ilk NAND geçidinin alt eşik seviyesine ulaşana kadar direnç boyunca boşalmaya başlar ve iki geçidin bir kez daha durum değiştirmesine neden olur. Yukarıdaki önceki Schmitt dalga biçimi jeneratör devresi gibi, salınım sıklığı, 1 / 2.2R1C olarak verilen R1C zaman sabiti tarafından belirlenir. Genellikle R2, direnç R1'in değerinin 10 katı olan bir değere verilir.

Yüksek stabilite veya garantili otomatik çalıştırma gerektiğinde, CMOS Dalga Biçimi Jeneratörleri Üç ters NAND geçidi kullanılarak yapılabilir veyaBu konuda herhangi bir üç mantık invertörü, aşağıda gösterildiği gibi birbirine bağlanır, bazen "üçlü halkanın halkası" adı verilen bir devre üretir. Salınım sıklığı, yukarıdaki iki kapı osilatörü ile aynı olan ve R1C değerinin 10 katı olan bir değere sahip olduğunda 1 / 2.2R1C olarak verilen R1C zaman sabiti tarafından tekrar belirlenir.

Kararlı NAND Gate Dalga Jeneratörü

kararlı nand kapısı dalga biçimi üreteci

Ek NAND geçit garantilerinin eklenmesiosilatörün, çok düşük kapasitör değerleriyle bile başlayacağını. Ayrıca, dalga biçimi üretecinin dengesi, eşik tetikleme seviyesinin, besleme geriliminin neredeyse yarısı olması nedeniyle güç kaynağı değişikliklerine daha az duyarlı olduğundan büyük ölçüde geliştirilmiştir.

Stabilite miktarı esas olarak salınımın frekansı tarafından belirlenir ve genel olarak konuşulursa, osilatörün ne kadar kararlı hale geldiği sıklığı düşürür.

Bu tür dalga form jeneratörü olarak çalışırBesleme voltajının neredeyse yarısı veya% 50'si, ortaya çıkan çıkış dalga biçiminin, neredeyse% 50 bir görev döngüsüne, 1: 1 işaret alanı oranına sahiptir. Üç kapı dalga biçimi üreteci, yukarıdaki önceki iki kapı osilatörüne göre birçok avantaja sahiptir, ancak bunun bir büyük dezavantajı, ek bir mantık geçidi kullanmasıdır.

Halka Tipi Dalga Jeneratörü

Yukarıda gördük Dalga Biçimi Jeneratörleri hem TTL hem de daha iyi CMOS kullanılarak yapılabilirbasit bir RC Gevşeme Osilatörü oluşturmak için bir, iki veya üç mantık geçidine bağlandığında devre içinde bir zaman gecikmesi üreten bir RC ağına sahip mantık teknolojisi. Ancak, sadece Logic NOT Gates veya başka bir deyişle kendilerine bağlı hiçbir ek pasif bileşen içermeyen İnvertörler kullanarak dalga şekli jeneratörleri yapabiliriz.

Herhangi birini birbirine bağlayarak ODD NOT oluşturmak için NOT geçitlerinin sayısı (3, 5, 7, 9 vb.)“Halka” devresi, böylece halkanın çıktısı doğrudan halkanın girişine bağlanır, böylece devre, yayılma tarafından belirlenen bir çıkış frekansı üreten sürekli bir ağ etrafında dönerek mantıksal bir seviye “1” olarak salınır kullanılan inverterlerin gecikmeleri.

Halka Dalga Formu Jeneratör

halka dalga şekli üreteci devresi

Salınımın frekansıhalka içerisinde kullanılan ve kendisi invertörün yapıldığı geçit teknolojisi türü, TTL, CMOS, BiCMOS tarafından belirlenen İnverterlerin toplam yayılma gecikmesi. Yayılma gecikmesi veya yayılma süresi, bir sinyalin girişinde kendisine gelen bir "0" mantığından çıkışta bir "1" mantığı oluşturan bir invertörden doğrudan geçmesi için gereken toplam süredir (genellikle Nanosaniye cinsinden).

Ayrıca bu tip halka dalga biçimi üreteci içinbesleme gerilimi, sıcaklık ve yük kapasitansındaki devre değişikliklerinin tümü, mantık kapılarının yayılma gecikmesini etkiler. Genel olarak, üreticilerin veri sayfalarında, aşağıdaki gibi verilen salınım sıklığı ile kullanılan dijital mantık geçitlerinin tipine ilişkin ortalama bir yayılma gecikme süresi verilecektir:

halka osilatör frekans denklemi

Burada: ƒ Salınım frekansı, n kullanılan kapı sayısı ve Tp her geçit için yayılma gecikmesidir.

Örneğin, basit bir dalga biçimi üreteci devresinin bir seri oluşturmak üzere seri bağlanmış 5 ayrı İnvertöre sahip olduğunu varsayalım Halka OsilatörüHer Inverter için yayılma gecikmesi 8ns olarak verilmiştir. Ardından salınımın sıklığı şöyle verilecektir:

halka osilatör frekansı

Tabii ki, bu gerçekten pratik değilesas olarak kararsızlığı ve çok yüksek salınım frekansı nedeniyle kullanılan osilatör, kullanılan mantık kapısı teknolojisinin türüne bağlı olarak 10'luk Megahertz ve basit örneğimizde 12.5MHz !! olarak hesaplandı. Halka osilatör çıkış frekansı, halka içinde kullanılan İnvertörlerin sayısını değiştirerek biraz “ayarlanabilir” ancak yukarıda tartıştığımız gibi daha kararlı bir RC dalga formu üreteci kullanmak daha iyidir.

Bununla birlikte, mantık kapılarının açabileceğini gösteriyormantık tabanlı dalga şekli jeneratörleri üretmek için birbirine bağlanmış ve çok sayıda kapı, sinyal yolları ve geri besleme döngüleri ile kötü tasarlanmış dijital devreler istemeden salındığı bilinmektedir.

İnvertör üzerinde bir RC ağı kullanarakDevre, salınım sıklığı, birçok genel elektronik uygulamada kullanım için daha pratik bir kararsız gevşeme osilatör devresi üreterek doğru bir şekilde kontrol edilebilir.

Waveforms ve Waveform hakkında bir sonraki dersteÜretimi, monostable'den astabitatörlere kadar çok çeşitli dalga biçimleri ve zamanlama sinyalleri üretebilen şimdiye kadar üretilen en popüler ve çok yönlü entegre devrelerden biri olan 555 Timer'ı inceleyeceğiz.

Yorumlar (0)
Yorum ekle