С. Єлім, м Чебоксари
Автор цієї статті провів експериментальну роботу по дослідженню характеристик різних генераторів на мікросхемах структури КМОП. В результаті він відібрав кілька найбільш цікавих, на його погляд, варіантів їх виконання, які ми і пропонуємо до уваги читачів.
У пропонованій статті коротко описані кілька схемних рішень генератора прямокутних імпульсів, по строєного на різних мікросхемах серії К561. За своєю структурою стаття - порівняльно-довідкова. До кожної схемою дано перелік параметрів і особливостей (див. Таблицю), а також графічні залежності споживаного струму і генерується частоти від напруги живлення.
Крім цього, для кожного генератора вказана формула, що дозволяє обчислювати значення генерується частоти в залежності від номіналів елементів частотозадающей ланцюга (частота - в герцах, опір - в Омасі, ємність - у Фарада, індуктивність - в генрі; зручніше, до речі, для RC- генераторів: частота - в кілогерц, опір - в кілоомах, ємність - в мікрофарадах; для LC-генераторів: частота - в мегагерцах, ємність - в нанофарадах, індуктивність - в міллігенрі). Розрахункові формули для ряду генераторів отримані дослідним шляхом.
Усі надані в статті характеристики розглянутих генераторів отримані в результаті експериментів з конкретними зразками мікросхем. З іншими екземплярами мікросхем характеристики можуть бути дещо відмінними. Формули для розрахунку частоти відповідають напрузі живлення 5 В і температурі навколишнього середовища 25'С. Здатність навантаження генераторів така ж, як у елементів мікросхем серії К561. Верхня межа напруги живлення генераторів також визначена застосовуваної серією мікросхем і дорівнює 15 В, а нижня вказана в таблиці. Верхня межа опору резисторів я встановив з практичних міркувань на рівні 40 МОм.
У генераторах з ємнісний позитивним зворотним зв'язком амплітуда імпульсів на вході елемента може перевищити напруга живлення. У цих випадках відкриваються вхідні захисні діоди, і через них починає протікати струм. Для обмеження цього струму у вхідні ланцюг доводиться встановлювати резистор опором 1 ... 150 кОм, як це зазначено в [1] і використано в [2].
Всі розглянуті в цій статті генератори мають м'яке збудження. Інакше кажучи, як би повільно ні збільшувалася напруга живлення, генератор все одно запрацює.
Генератор на елементах 2І-НЕ (рис. 1, а) став уже класичним і відомий по великому числу публікацій. Він зберігає працездатність при зниженні напруги живлення Uпит до 2 В, при цьому, правда, значно зменшується частота генерації.
Шпаруватість імпульсів близька до двох при будь-якій напрузі харчування. В результаті розігрівання корпусу мікросхеми частота дещо зменшується (на 4% при 85'С).
Подібний генератор може бути виконаний і на двох логічних елементах 2ИЛИ-НЕ (рис. 2, а), на двох інверторах (рис. 3, а), а також на трьох інвертора (рис. 4, а). Подробиці про роботу і розходження генераторів на двох і трьох інверторах можна дізнатися з [3]. Відзначимо, що у генератора на елементах 2ИЛИ-HЕ частота генерації практично не залежить від температури корпусу мікросхеми, а у генераторів на інвертора частота дуже стабільна на ділянці Uпит = 9 ... 15 В.
Генератор за схемою на рис. Нижня межа опору резистора R1, кому Найбільша частота генерації, МГц Мінімальна напруга живлення, В Зміна частоти при нагріванні до 85'С,% Шпаруватість вихідних імпульсів 1, а 1 2 + 2 -4 2 + 2, а 1 2 4 - 2 3, а 0,56 2 2,5 -5> 2 4, а 0,56 2 2 +2,5 <2 5, а - 1,3 3 <2 6, а 1 1 1,4 -11> 2
На рис. 5, а показана схема найпростішого LC-генератора з логічним елементом 2І-НЕ. LC-ланцюг зрушує фазу вихідного сигналу елемента на 180 град., В результаті цього відбувається самозбудження генератора. Такі генератори добре працюють на підвищених значеннях частоти, м'яко порушуються і відрізняються високою температурною стабільністю [3].
При збільшенні частоти понад 1,3 МГц амплітуда вихідних імпульсів починає падати.
У генераторі можуть також працювати елементи 2ИЛИ-НЕ, причому в цьому випадку він виробляється не прямокутні імпульси, а коливання, за формою близькі до синусоїдальним.
Для стійкої роботи генератора хвильовий опір LC-контура p = VL / C не повинно бути менше 2 кОм. Частота генерації практично збігається з резонансною частотою LC-контура. Гідність генератора - висока температурна стабільність частоти.
Подібні за структурою генератори можна виконати на одному елементі - тригері Шмітта (рис. 6, а). При напрузі живлення, близькому до максимального, вони досить стабільні по частоті. Крім того, вони виключно економічні - при напрузі живлення менше 6 В споживають струм всього в кілька десятків мікроампер.
ЛІТЕРАТУРА
1. Бірюков С. А. Цифрові пристрої на МОП-інтегральних мікросхемах, вип. 1132, с. 60-65; вип. 1220, с. 105-111. - М .: Радио и связь, 1990; 1996 (МРБ).
2. Нечаєв І. Пробник логічний без джерела живлення. - Радіо, 1990, N 10, с. 83,84.
3. Бірюков С. Генератори і формувачі імпульсів на мікросхемах КМОП. - Радіо, 1995, N 7, с.36,37.
4. Ківерін Н. LC-генератор на логічних елементах. - Радіо, 1990, N 7, с. 55.