RC генераторы

RC генераторы — это генераторы в которых в качестве частотно задающего элемента используются сопротивления и конденсаторы. RC генераторы позволяют получить самые дешевые и малогабаритные генераторы. Кроме того они могут перестраиваться по частоте в широких пределах. Это обусловило широкое распространение RC генераторов в цифровой технике.

В настоящее время большинство микроконтроллеров, вычислительных и сигнальных процессоров используют RC генераторы для своего тактирования. При этом они реализуются как в виде калиброванных генераторов на фиксированную частоту, так и как составляющая часть цепей фазовой автоподстройки частоты (PLL).

Следует отметить, что для тактирования цифровых устройств нужны генераторы прямоугольных импульсов. Кроме того, генератор желательно выполнить на логических элементах. В качестве подобной схемы RC генератора можно привести мультивибратор, принципиальная схема которого приведена на рисунке 1.

Схема RC генератора на инверторах
Рисунок 1. Схема мультивибратора на логических элементах

В этой схеме частота выходных импульсов зависит от значений элементов R1, C1 и R2, C2. Соотношение между RC цепочками позволяет регулировать скважность выходных импульсов, однако в большинстве случаев соотношение между длительностью нулевого и единичного потенциала в выходном колебании не интересует разработчиков цифровой аппаратуры. Поэтому схему RC генератора можно упростить, как это показано на рисунке 2.

Схема упрощенного мультивибратора
Рисунок 2. Схема RC генератора тактовых импульсов для цифрового устройства

При применении в RC генераторе КМОП микросхемы выходные токи нуля и единицы будут равны и форма напряжения на выходе мультивибратора будет близка к меандру (длительность нулевого и единичного сигнала равны). Пороговое напряжение переключения напряжения инвертора составляет половину напряжения питания.

Временные диаграммы на входе и выходах логических инверторов RC генератора приведены на рисунке 3.

Временные диаграммы RC генератора
Рисунок 3. Временные диаграммы сигналов на выводах инверторов мультивибратора

Переключение первого инвертора из единичного состояния в нулевое и наоборот будет происходить при достижении напряжения на входе значения половины питания. Это произойдет за время, описываемое следующим выражением:

0,5Uп = Uп·et1/RC

Отсюда можно выразить время половины периода колебания RC генератора:

t1 = −R·C·ln(0,5) = 0,69·RC.

Полный период, соответственно будет равен:

T = t1+t2 = 1,4·RC,

что соответствует частоте выходных колебаний генератора:

f = 0,72/R·C

Из данного выражения видно, что частота генератора определяется значением сопротивления R1 и конденсатора C1. Большую емкость трудно сделать в интегральном исполнении, поэтому обычно ее задают в пределах 30 ... 50 пФ. Конкретное значение частоты RC генератора будет определяться сопротивлением резистора R1. В интегральном исполнении в качестве этого резистора используют полевой транзистор.

В ряде случаев нужно регулировать частоту RC генератора. Полевой транзистор позволяет изменять сопротивление от сотен Ом до единиц мегаом, что приводит к изменению частоты в десятки тысяч раз. Это очень удобно для изменения энергопотребления цифровых устройств. Принципиальная схема тактового генератора, управляемого напряжением, приведена на рисунке 4.

Схема ГУН
Рисунок 4. Схема RC генератора, управляемого напряжением

В этой схеме на транзисторах VT2, VT3 и VT4, VT5 собраны логические инверторы, а транзистор VT1 служит управляемым сопротивлением, при помощи которого изменяется частота на выходе RC генератора. Как видно из рисунка 4, схема ГУН получилась очень простой и занимающей на кристалле очень маленькую площадь. Это позволяет применять ее в составе систем тактовой синхронизации большинства современных цифровых микросхем, построенных по схеме фазовой автоподстройки частоты.

Дата последнего обновления файла 19.04.2019

Литература:

  1. Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — 12-е издание. М.: Додэка XXI, 2015. - 1784
  2. П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники: Пер. с англ. - 7-е издание. - М.: БИНОМ. - 2016. - 704 с.

Вместе со статьёй "RC генераторы" читают:

LC генераторы
http://digteh.ru/Sxemoteh/gen/lc/

Генераторы управляемые напряжением (ГУН)
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/vco/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2019

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 70 научных и научно-методических работ, в том числе 16 книг.

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100