Импульсные устройства на микросхемах (944139), страница 28
Текст из файла (страница 28)
6.5. Такой генератор состоит нз уснлнтеля — ннвертора, который сдвигает фазу входных сигналов на 180', н контура — фазовращателя, создающего дополнительный фазовый сдвиг на 180' для обеспечения самовозбуждення. Здесь кварцевый резонатор работает как индуктивность, образуя с конденсаторами С! н С2 (см, рпс, 6.6,а) нлп с катушкой нндуктнвностн 11 н конденсатором С! (см. рнс. 6.6,б) колебательный контур с резонансной частотой !ь (см. рнс 6.4, в). Резонатор корректирует любую нестабяльность фазы, восстанавливая устойчивую генерацяю прн мнннмальном нзмененнн частоты, а) б) Рнс. 6.5. Обшне случаи построеаня кварцевого генератора с нспользоваялем параллельного резонанса резонатора б) Рнс.
6.6. Схемы кварцевого генератора с нспользованнем параллельного резонанса: а — с дополнятельными чонденсатарамч; б — с катушкой зндучтиздостч д чозденсатором 150 Фглз ад)гллглвй адяза ~ д'(гдр;) лу Рис. 6.7. Общий случай построения генератора с использованием последовательного резонанса Рис. 6.8. Включение конденсатора после- довательно с резонатором: а — рвспреаеленэе реактивных сопративлеиааг б — практическая Эеалаэакаэ Такие генераторы еше называют генераторами с положительным реактивным сопротивлением, так как индуктивное сопротивление имеет положительный знаи. На практике вариант на рис. 6.6.а употребляют чаще, поскольку примевение конденсаторов удобнее, чем катушек.
Для точной подстройки частоты конденсаторы могут быть выбраны переменными. Принцип действия генератора на частоте последовательного резонанса поясняет рас. 6.7. Здесь усилитель служит фазовым повторителем, а цепь обратной связи с резонатором имеет иа резонансной частоте нулевой сдвиг по фазе. Обратную связь в генераторах этого типа часто обеспечивают путем включения резонатора между выходом и входом усилителя. Усилители таких генераторов нередко состоят из двух последовательно включенных инверторов. Конденсатор С1, включенный последовательно с резонатором (рис.
6.8), повышает частоту генерации (точка 1ь на рис. 6.4, б). В таком генераторе резонатор действует как индуктивность, компенсируя фазовый сдвиг, вносимый емкостью. Этот случай можно рассматривать как генератор с положительным сопротивлением, работавший с нагрузочной емкостью. Меняя ем.
кость конденсатора, можно в небольших пределах управлять частотой генерации. Качество кварцевого генератора зависит от схемного решения и режима его работы. При проектировании учитывают ие только частоту генерации и параметры резонатора, но и реальные характеристики усилителей — входное и выходное сопротивления, фазовый сдвиг на рабочей частоте, паразитные емкости и т. д. В литературе опубликовано множество схем кварцевых генераторов. Ге.
нератары с повышенной стабильностью частоты колебаний (1О"г...10-э) обычно выполняют на высокочастотных транзисторах с использованием на. весных деталей. Для них характерно мягкое возбуждение резонатора и синусоидальный выходной сигнал. Резонатор или генератор целиком термостатируют, а в тех случаях, когда это связано с техническими трудностями, используют термоизоляцию (пассивный термостат) или меры термоком. пенсацин.
Генераторы на микросхемах — цифровых и авалоговых — несколько уступают транзисторным в стабильности по причине простоты схемы н им. пульсного режима работы, но тем не менее для многих практических случаев обладают достаточно хорошими параметрами и находят широкое прн- 6.4. Практические схемы кварцевых генераторов Схема простейшего генератора на микросхемах КМОП показана на рис.
6.9. В собственно генераторе использован один инвертор, который работает в линейном (усилительном) режиме, обеспечиваемом резистором 91. Конденсатор С! облегчает запуск генератора. Подборкой конденсатора можно подстраивать частоту генератора в пределах четвертого-пятого знака.
Предельная частота — 1 МГц — ограничена быстродействием микросхемы. Вторая ступень служит буфером, одновременно улучшая форму выходных сигналов путем их усиления и ограничения. На рис. 6.10 показана схема кварцевого генератора на ннверторе КМОП с параллельной нагрузочной емкостью (С! и С2, соединенные по. следовательно). Резистор й! (5...10 МОм) переводит инвертор в линейный режим. Резистор 92 служит для согласования цепи обратной связи с выходом инвертора, а также ограничивает уровень возбуждения резонатора. Инвертор обеспечивает необходимое усиление и создает фазовый сдвиг в !80'. Резонатор работает в резонансном промежутке, где его сопротивление имеет индуктивный характер. Значит, ток В отстает от напряжения пз на 90'.
В свою очередь, напряжение на конденсаторе С! отстает на 90' РР1. 2 761 1ООхги ЭР1 ГКК561ПН2 Рис. 6.!О. Схема кварцевого генератора с параллельной нагрузочной емкостью (инвертор КМОП) Рис. 6.9. Схема кварцевого генера. тора на микросхеме К176ЛП1 132 мененне. В случае употребления логических элементов хотя бы один из иих, кан и в описанных ранее генераторах, переводят в линейный режим для обеспечения условий самовоэбуждения. Между собственно генератором и нагрузкой, как правило, включают буферную ступень, которая способствует повышению стабильности частоты колебаний и одновременно служит формирователем крутых фронтов выходных импульсов.
Большинство опубликованных схем кварцевых генераторов представая. ют собой разновидности нескольких базовых вариантов. Объясняется это тем, что резонаторы даже с одинаковой номинальной частотой могут существенно различаться по параметрам (динамическому сопротивлению, добротности и др.) в зависимости от среза пластины и конструктивного исполне. ния. Каждый из генераторов обеспечивает хорошие результаты с конкретным резонатором, параметры которого обычно не указывают. Поэтому, собирая кварцевый генератор по описанию, надо быть готовым к тому, что при первом включении возбуждение произойдет на нежелательной частоте вли даже вовсе не возникнет и с генератором придется экспериментировать.
Таблица 62 7, пГп Компонента 32,7ЗЗ 1РД72) К1, кОм С1, пФ 3,6...5,1 3,6 ..10 1...2 2,2 ..3,6 27...5! !6 300...500 16...82 Юхй е' 7 =7 1джгпд 1 а Рис. 6.12. Схема кварцевого генератора на трех инверторах КМОП Рис. 6.1!. Схема кварцевого генератора с логическими элементами Исключающее ИЛИ в качестве повторителя и инвертора 133 от тока 1ь что в итоге дает на рабочей частоте фазовый сдвиг в !80' отио. сительно напряжения па на конденсаторе С2. Следовательно, цепь обратной связи, состоящая из резонатора УЯ1 и конденсаторов С! и С2, вместе е иивертором, который сдвигает фазу на 180', обеспечивают общий сдвиг по фазе в 360; что необходимо для возникновения генерации.
Резонатор в конденсаторами С! и С2 на частоте генерации по отношению к инвертору. усилителю представляют резистивную нагрузку. Это объяснение справедливо для сравнительно низкой частоты, где ннвертор сам не вносит фазовый сдвиг и его входное сопротивление намного превышает сопротивление контура резонатора. Поэтому на микросхемах се. рий К176 и К561 такой генератор работает только до 1...3 МГц. Конденсаторы С! и С2 выбирают в зависимости от частоты генерации и типа резонатора в пределах 20...200 пФ. Конденсатор С! — подстроечный для точной установки частоты. Сопротивление резистора Е2 в зависимости от типа резонатора я общего усилении может меняться в больших преде.
лах — от десятка до сотен килоом. Для электронных часов (резонатор РВ72 или РВ720К иа 1-32,768 кГц) С1=С2 20...30 пФ. Нестабильность такого генератора не превышает ~(5...10) 1О-' в интервале температуры 10...40'С. Кроме К561ЛН2 можно использовать микросхемы Кбб!ЛЕ5, К661ЛН! и др. В генераторе, схема которого представлена на рис. 6.11, использованы логические элементы Иключающее ИЛИ. Подбором конденсатора С! можно в небольших пределах понижать рабочую частоту, конденсатором С2 — по. вышать. Оптимальные значения для резистора К1 и конденсатора С1 в аа.
висимости от рабочей частоты, представлены в табл. 6.2. Генератор может Рнс. 6.13. Схема простого каарцево- Рис. 6.!4. Схема кварцевого генераго генератора на микросхеме тора на инверторах ТТЛ в лиией- К155ЛАЗ ном режиме быть выполнен и на инверторах — К561ЛН2 илн элементах И вЂ” НЕ К561ЛА7, ИЛИ вЂ” НЕ К561ЛЕ5 в режиме инвертора. В этом случае элемент (зО! следует заменить двумя инверторами, как это сделано в генераторе по схеме на рнс. 6.12.
Генераторы на микросхемах ТТЛ обычно работают на частоте последовательного резонанса резонатора из-за малого входного сопротивления логических элементов. Простейший из них (рис. 6.13) похож по схеме на мультивибратор по рис. 5.17, с той разницей, что конденсатор заменен резонатором. Генератор легко возбуждается с высокочастотными резонаторами (1...10 МГц), имеюшими большую добротность.
Выбором конденсатора С1 можно немного изменить частоту колебаний. Буферный элемент здесь показан как управляемый ключ: импульсы на выходе появляются, когда на разрешаюшем входе действует напряжение высокого уровня. В генераторе по схеме на рис. 6.14 первые два элемента работают в линейном режиме, что обеспечивает болыпую чувствительность. Генератор устойчиво работает в пределах 0,5...5 МГц. Конденсатор С! разделяет обе ступени по постоянному току, его сопротивление на рабочей частоте долж. но быть пренебрежимо мало по сравнению с входным сопротивлением логического элемента, Конденсатор С2 предохраняет генератор от возбуж.
дения на гармониках резонатора. Емкость его выбирают из условия обеспечения равенства емкостного сопротивления резистора Е2: С2 1/(2п!гй2). (6.5) )(ля частоты ниже 500 кГц резистор Е! заменяют дросселем индуктивностью 10...15 мГн. Прн этом обеспечивается лучшее согласованае резонатора с входным сопротивлением усилителя. На частоте 100 кГц и ниже хорошо работает генератор с тремя логическими элементами ТТЛ (рис. 6.15).
Т(епь В2, ВЗ обеспечивает смешение на входе элемента ОВ!.1. Лля исключения отрицательной обратной связи по переменному току служит конденсатор С2, емкостное сопротивление которого на рабочей частоте должно быть в 10...20 раз меньше, чем у резистора Е2. Основой устройства по схеме на рис. 6.16 служит генератор из трех ннверторов, замннутых в кольцо. Инвертор ОШ.2 и две цепи Е1, С1 и Е2, Рнс. 6.15.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
