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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Geradores de pulsos retangulares em chips CMOS. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador O autor deste artigo realizou um trabalho experimental para estudar as características de vários osciladores baseados em microcircuitos CMOS. Como resultado, ele selecionou algumas das opções mais interessantes, em sua opinião, para sua execução, que apresentamos ao conhecimento dos leitores. Este artigo descreve brevemente vários projetos de circuito de um gerador de pulso retangular construído em vários microcircuitos da série K561. Pela sua estrutura, o artigo é uma referência comparativa. Para cada esquema é fornecida uma lista de parâmetros e características (ver tabela), bem como dependências gráficas da corrente consumida e da frequência gerada em relação à tensão de alimentação.
Além disso, para cada gerador, é indicada uma fórmula que permite calcular o valor da frequência gerada dependendo dos valores dos elementos do circuito de configuração de frequência (frequência - em hertz, resistência em ohms, capacitância - em farads, indutância - em henry; mais conveniente, aliás, para geradores RC : frequência - em kilohertz, resistência em kiloohms, capacitância - em microfarads; para geradores LC: frequência em megahertz, capacitância - em nanofarads, indutância - em milênios). As fórmulas de cálculo para vários geradores foram obtidas empiricamente. Todas as características dos geradores considerados apresentados no artigo foram obtidas como resultado de experimentos com amostras específicas de microcircuitos. Com outras instâncias de microcircuitos, as características podem ser um pouco diferentes. As fórmulas para calcular a frequência correspondem a uma tensão de alimentação de 5 V e uma temperatura ambiente de 25°C. A capacidade de carga dos geradores é a mesma dos elementos dos microcircuitos da série K561. O limite superior da tensão de alimentação do gerador também é determinado pela série aplicada de microcircuitos e é igual a 15 V, e o limite inferior é indicado na tabela. Por razões práticas, defino o limite superior da resistência dos resistores em 40 MΩ. Em geradores com realimentação positiva capacitiva, a amplitude dos pulsos na entrada do elemento pode exceder a tensão de alimentação. Nesses casos, os diodos de proteção de entrada se abrem e a corrente começa a fluir através deles. Para limitar esta corrente, é necessário instalar um resistor com resistência de 1 ... 150 kOhm no circuito de entrada, conforme indicado em [1] e utilizado em [2]. Todos os geradores considerados neste artigo possuem excitação suave. Em outras palavras, não importa quão lentamente a tensão de alimentação aumente, o gerador ainda funcionará. O gerador baseado em elementos 2I-NOT (Fig. 1, a) já se tornou um clássico e é conhecido por um grande número de publicações. Ele permanece operacional quando a tensão de alimentação Upit é reduzida para 2 V, enquanto, no entanto, a frequência de geração é significativamente reduzida.
O ciclo de trabalho dos pulsos é próximo a dois em qualquer tensão de alimentação. Como resultado do aquecimento da caixa do microcircuito, a frequência diminui um pouco (em 4% a 85°C). Tal gerador também pode ser feito em dois elementos lógicos 2OR-NOT (Fig. 2, a), em dois inversores (Fig. 3, a) e também em três inversores (Fig. 4, a). Detalhes sobre o funcionamento e diferenças de geradores em dois e três inversores podem ser encontrados em [3]. Observe que para um gerador baseado em elementos 2OR-NOT, a frequência de geração praticamente não depende da temperatura da caixa do microcircuito, e para geradores baseados em inversores, a frequência é muito estável na seção Upit = 9 ... 15 V .
A Figura 5a mostra um diagrama de um gerador LC simples com um elemento lógico 2I-NOT. O circuito LC muda a fase do sinal de saída do elemento em 180 graus, como resultado da auto-excitação do gerador. Esses osciladores funcionam bem em altas frequências, são suavemente excitados e são caracterizados pela estabilidade em altas temperaturas [3].
À medida que a frequência aumenta acima de 1,3 MHz, a amplitude dos pulsos de saída começa a cair. Os elementos 2OR-NOT também podem funcionar no gerador e, neste caso, não produzem pulsos retangulares, mas oscilações próximas à forma senoidal. Para operação estável do gerador, a impedância do circuito LC não deve ser inferior a 2 kOhm. A frequência de geração praticamente coincide com a frequência de ressonância do circuito LC. A vantagem do gerador é a estabilidade de alta temperatura da frequência. Geradores de estrutura semelhante podem ser implementados em um único elemento de gatilho Schmitt (Fig. 6a). Com uma tensão de alimentação próxima ao máximo, eles são muito estáveis em frequência. Além disso, são extremamente econômicos - com uma tensão de alimentação inferior a 6 V, consomem uma corrente de apenas algumas dezenas de microamperes.
Literatura
Autor: S. Elimov, Cheboksary
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