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 увазі читачів.
У пропонованій статті коротко описано кілька схемних рішень генератора прямокутних імпульсів, побудованого на різноманітних мікросхемах серії К561. За своїй структурі 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.
Генератор за схемою на рис. Нижня межа опору резистора R1,кОм Найбільша частота генерації,МГц Мінімальна напруга живлення,В Зміна частоти при нагріванні до 85°З, % 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 >2Крім цього, для кожного генератора зазначена формула, що дозволяє обчислювати значення генерованої частоти залежно від номіналів елементів частотозадающей ланцюга (частота - в герцах, опір в омах, ємність - фарадах, індуктивність - генрі; більш зручно, до речі, для RC-генераторів: частота - в кілогерцах, опір в килоомах, ємність - у микрофарадах; для LC-генераторів: частота в мегагерцах, ємність - у нанофарадах, індуктивність - в миллигенри). Розрахункові формули для ряду генераторів отримані дослідним шляхом.
Всі представлені 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. Навантажувальна здатність генераторів така ж, як у елементів мікросхем серії К561. Верхня межа напруги живлення генераторів також визначена застосовуваної серією мікросхем і дорівнює 15, а нижня вказана 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 вхідну ланцюг доводиться встановлювати резистор опором 1...150 кОм, як це зазначено в [1] і використано в [2].
Усі розглянуті в цій статті генератори мають м'яке збудження. Інакше говорячи, як би повільно не збільшувалася напруга живлення, генератор все одно запрацює.
Генератор на елементах 2І-НЕ (рис.1,а) став вже класичним і відомий по великому числу публікацій. Він зберігає працездатність припонижении напруги живлення Uжив до 2 В, при цьому, щоправда, значно зменшується частота генерації.
Шпаруватість імпульсів близька до двох при будь-якій напрузі живлення. В результаті розігрівання корпусу мікросхеми частота дещо зменшується (на 4 % при 85°С).
Подібний генератор може бути виконаний і на двох логічних елементах 2АБО-НЕ (рис.2,а), на двох інверторах (рис. 3,а), а також на трьох інверторах (рис.4,а). Подробиці про роботу і відмінності генераторів на двох і трьох інверторах можна дізнатися із [3]. Зазначимо, що у генератора на елементах 2АБО-НЕ частота генерації практично не залежить від температури корпусу мікросхеми, а у генераторів на інверторах частота дуже стабільна на ділянці Uжив=9...15 Ст.
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 внаслідок цього відбувається самозбудження генератора. Такі генератори добре працюють на підвищених значеннях частоти, м'яко збуджуються і відрізняються високою температурною стабільністю [3].
При збільшенні частоти понад 1,3 МГц амплітуда вихідних імпульсів починає падати.
У генераторі можуть також працювати елементи 2АБО-НЕ, причому в цьому випадку він виробляє не прямокутні імпульси, а коливання, за формою близькі до синусоїдальним.
Для стійкої роботи генератора хвильовий опір LC-контуру не повинно бути менше 2 кОм. Частота генерації практично збігається з резонансною частотою LC-контуру. 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 харчування менше 6 В споживають струм всього в кілька десятків мікроампер.
Література
Автор: C. Елимов, р. Чебоксари