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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Generadores de pulsos rectangulares en chips CMOS. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado El autor de este artículo realizó un trabajo experimental para estudiar las características de varios osciladores en microcircuitos CMOS. Como resultado, seleccionó varias de las opciones más interesantes, en su opinión, para su ejecución, que presentamos a la atención de los lectores. Este artículo describe brevemente varios diseños de circuitos de un generador de impulsos rectangular construido sobre varios microcircuitos de la serie K561. La estructura del artículo es comparativa y referencial. Cada circuito va acompañado de una lista de parámetros y características (ver tabla), así como dependencias gráficas de la corriente consumida y la frecuencia generada con respecto al voltaje de suministro.
Además, para cada generador existe una fórmula que permite calcular el valor de la frecuencia generada en función de las clasificaciones de los elementos del circuito de ajuste de frecuencia (frecuencia - en hercios, resistencia en ohmios, capacitancia - en faradios, inductancia - en henry; más conveniente, por cierto, para generadores RC: frecuencia - en kilohercios, resistencia en kiloohmios, capacitancia - en microfaradios; para generadores LC: frecuencia en megahercios, capacitancia - en nanofaradios, inductancia - en milihenrios). Se obtuvieron experimentalmente fórmulas de cálculo para varios generadores. Todas las características de los generadores considerados presentados en el artículo se obtuvieron como resultado de experimentos con muestras específicas de microcircuitos. Con otras instancias de microcircuitos, las características pueden ser ligeramente diferentes. Las fórmulas para calcular la frecuencia corresponden a una tensión de alimentación de 5 V y una temperatura ambiente de 25 ° C. La capacidad de carga de los generadores es la misma que la de los elementos del microcircuito de la serie K561. El límite superior de la tensión de alimentación del generador también está determinado por la serie de microcircuitos utilizados y es igual a 15 V, y el límite inferior se indica en la tabla. Por razones prácticas, establecí el límite superior de resistencia en 40 MOhm. En generadores con retroalimentación positiva capacitiva, la amplitud de los pulsos en la entrada del elemento puede exceder la tensión de alimentación. En estos casos, los diodos protectores de entrada se abren y la corriente comienza a fluir a través de ellos. Para limitar esta corriente, se debe instalar en el circuito de entrada una resistencia con una resistencia de 1...150 kOhm, como se indica en [1] y se utiliza en [2]. Todos los generadores analizados en este artículo tienen excitación suave. En otras palabras, no importa qué tan lentamente aumente el voltaje de suministro, el generador seguirá funcionando. El generador basado en elementos 2I-NOT (Fig. 1,a) ya se ha convertido en un clásico y se conoce en un gran número de publicaciones. Permanece operativo cuando la tensión de alimentación Up se reduce a 2 V, sin embargo, la frecuencia de generación se reduce significativamente.
El ciclo de trabajo de los pulsos es cercano a dos en cualquier voltaje de suministro. Como resultado del calentamiento del cuerpo del microcircuito, la frecuencia disminuye ligeramente (un 4% a 85°C). Se puede fabricar un generador similar en dos elementos lógicos 2O-NO (Fig. 2, a), en dos inversores (Fig. 3, a) y también en tres inversores (Fig. 4, a). Los detalles sobre el funcionamiento y las diferencias de los generadores en dos y tres inversores se pueden encontrar en [3]. Tenga en cuenta que para un generador basado en elementos 2OR-NO, la frecuencia de generación es prácticamente independiente de la temperatura de la caja del microcircuito, y para generadores basados en inversores, la frecuencia es muy estable en el área Upit = 9...15 V.
La Figura 5a muestra el circuito del generador LC más simple con un elemento lógico 2I-NOT. El circuito LC cambia la fase de la señal de salida del elemento 180 grados, lo que provoca la autoexcitación del generador. Estos generadores funcionan bien a frecuencias elevadas, se excitan suavemente y se caracterizan por una estabilidad a altas temperaturas [3].
A medida que la frecuencia aumenta por encima de 1,3 MHz, la amplitud de los pulsos de salida comienza a disminuir. El generador también puede operar elementos 2O-NO, y en este caso no produce pulsos rectangulares, sino oscilaciones de forma cercana a la sinusoidal. Para un funcionamiento estable del generador, la impedancia de onda del circuito LC no debe ser inferior a 2 kOhm. La frecuencia de generación prácticamente coincide con la frecuencia de resonancia del circuito LC. La ventaja del generador es su estabilidad de frecuencia a altas temperaturas. Se pueden fabricar generadores de estructura similar con un solo elemento, un disparador Schmitt (Fig. 6a). A una tensión de alimentación cercana al máximo, su frecuencia es muy estable. Además, son extremadamente económicos: con una tensión de alimentación inferior a 6 V, consumen una corriente de sólo unas pocas decenas de microamperios.
Literatura
Autor: S. Elimov, Cheboksary
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