CMOS 칩의 직사각형 펄스 발생기. 계획, 설명

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CMOS 칩의 직사각형 펄스 발생기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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이 기사의 저자는 CMOS 마이크로 회로를 기반으로 하는 다양한 발진기의 특성을 연구하기 위해 실험 작업을 수행했습니다. 결과적으로 그는 가장 흥미로운 실행 옵션 중 일부를 선택하여 독자의 관심을 끌었습니다.

이 기사에서는 다양한 K561 시리즈 마이크로 회로에 구축된 직사각형 펄스 발생기의 여러 회로 설계에 대해 간략하게 설명합니다. 구조상 기사는 비교 참조입니다. 각 체계에 대해 매개 변수 및 기능 목록이 제공되며(표 참조) 공급 전압에 대한 소비 전류 및 생성 주파수의 그래픽 종속성이 제공됩니다.
그림의 구성표에 따른 발전기. 저항 R1의 저항 하한, kOhm 최고 발생 주파수, MHz 최소 공급 전압, V 85°С로 가열될 때 주파수 변화, % 출력 펄스의 듀티 사이클
1,a 1 2 2 -4 2
2,a 1 2 4 - 2
3,a 0,56 2 2,5 -5 >2
4,a 0,56 2 2 +2,5 <2
5,a - 1,3 3 - <2
6,a 1 1 1,4 -11 >2

또한 각 발전기에 대해 주파수 설정 회로의 요소 값(주파수 - 헤르츠 단위, 옴 단위의 저항, 커패시턴스 - 패럿, 인덕턴스 - 헨리; 그건 그렇고, RC 발전기의 경우 더 편리함 : 주파수 - 킬로 헤르츠, 저항 킬로 옴, 커패시턴스 - 마이크로 패럿, LC 발전기의 경우 : 주파수 메가 헤르츠, 커패시턴스 - 나노 패럿, 인덕턴스 - 밀리헨리 단위). 다수의 발전기에 대한 계산식은 경험적으로 얻어졌다.

기사에 제시된 고려 된 생성기의 모든 특성은 특정 미세 회로 샘플을 사용한 실험 결과 얻은 것입니다. 다른 미세 회로의 경우 특성이 다소 다를 수 있습니다. 주파수 계산 공식은 공급 전압 5V 및 주변 온도 25°C에 해당합니다. 발전기의 부하 용량은 K561 시리즈 마이크로 회로의 요소와 동일합니다. 발전기 공급 전압의 상한도 적용된 일련의 미세 회로에 의해 결정되며 15V와 같으며 하한은 표에 표시되어 있습니다. 실용적인 이유로 저항 저항의 상한을 40MΩ으로 설정했습니다.

용량 성 포지티브 피드백이있는 발전기에서 요소 입력의 펄스 진폭은 공급 전압을 초과 할 수 있습니다. 이 경우 입력 보호 다이오드가 열리고 전류가 흐르기 시작합니다. 이 전류를 제한하려면 [1]에 표시되고 [150]에 사용된 대로 입력 회로에 저항이 1 ... 2 kOhm인 저항을 설치해야 합니다.

이 문서에서 고려하는 모든 생성기는 소프트 여기(soft excitation)를 가집니다. 즉, 공급 전압이 아무리 천천히 증가하더라도 발전기는 계속 작동합니다.

2I-NOT 요소 기반 생성기(그림 1, a)는 이미 고전이 되었으며 많은 출판물에서 알려져 있습니다. 공급 전압 Upit이 2V로 감소하면 작동 상태를 유지하지만 생성 주파수는 크게 감소합니다.

CMOS 칩의 직사각형 펄스 발생기

펄스의 듀티 사이클은 모든 공급 전압에서 4에 가깝습니다. 마이크로 회로 케이스를 가열하면 주파수가 다소 감소합니다(85°C에서 XNUMX%).

이러한 생성기는 두 개의 2OR-NOT 논리 요소(그림 2, a), 두 개의 인버터(그림 3, a) 및 세 개의 인버터(그림 4, a)에서도 만들 수 있습니다. 3개 및 2개의 인버터에서 발전기의 작동 및 차이점에 대한 자세한 내용은 [9]에서 확인할 수 있습니다. 15OR-NOT 요소 기반 발전기의 경우 생성 주파수는 실제로 미세 회로 케이스의 온도에 의존하지 않으며 인버터 기반 발전기의 경우 Upit = XNUMX ... XNUMX V 섹션에서 주파수가 매우 안정적입니다. .

CMOS 칩의 직사각형 펄스 발생기

그림 5a는 2I-NOT 논리 요소가 있는 간단한 LC 생성기의 다이어그램을 보여줍니다. LC 회로는 요소의 출력 신호 위상을 180도 이동시켜 결과적으로 발전기가 자기 여기됩니다. 이러한 발진기는 고주파에서 잘 작동하고 완만하게 여기되며 높은 온도 안정성이 특징입니다[3].

CMOS 칩의 직사각형 펄스 발생기

주파수가 1,3MHz 이상으로 증가하면 출력 펄스의 진폭이 떨어지기 시작합니다.

2OR-NOT 요소는 생성기에서도 작동할 수 있으며, 이 경우 직사각형 펄스가 아니라 정현파 모양에 가까운 진동을 생성합니다.

발전기의 안정적인 작동을 위해 LC 회로의 임피던스는 2 kOhm 이상이어야 합니다. 생성 주파수는 LC 회로의 공진 주파수와 실질적으로 일치합니다. 발전기의 장점은 주파수의 고온 안정성입니다.

구조가 유사한 생성기를 단일 슈미트 트리거 요소에 구현할 수 있습니다(그림 6a). 공급 전압이 최대값에 가까워 주파수가 매우 안정적입니다. 또한 매우 경제적입니다. 6V 미만의 공급 전압에서 수십 마이크로 암페어의 전류 만 소비합니다.

CMOS 칩의 직사각형 펄스 발생기

문학

Biryukov S. A. MOS 집적 회로 기반 디지털 장치, vol. 1132, p. 60-65; 문제 1220, p. 105-111. - M.: 라디오 및 통신, 1990; 1996년(MRB).
Nechaev I. 전원 공급 장치가 없는 로직 프로브. - 라디오, 1990, No. 10, pp. 83,84.
Biryukov S. CMOS 마이크로 회로의 생성기 및 펄스 셰이퍼. 라디오, 1995, No. 7, pp. 36,37.
논리 요소를 기반으로 하는 Kiverin N. LC 생성기. - 라디오, 1990, No. 7, p.55.

저자: S. Elimov, Cheboksary

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