Еще одной распространённой схемой генераторов на логических элементах является схема мультивибратора. Она широко используется для внутренней синхронизации узлов микропроцессоров, систем цифровой обработки сигналов или ПЛИС. В этой схеме для реализации положительной обратной связи используется два КМОП инвертора. Каждый из усилителей осуществляет поворот фазы генерируемого сигнала на 180°. В результате реализуется баланс фаз, баланс амплитуд реализуется за счет усилительных свойств инвертора. Схема мультивибратора приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема мультивибратора, выполненная на двух логических инверторах
Коэффициент усиления каждого из усилителей определяется соотношением номиналов резисторов R2/R1 и R4/R3. В этой схеме возможна независимая регулировка частоты и скважности генерируемых колебаний. Длительность импульсов и длительность паузы между импульсами регулируется независимо при помощи RC цепочек R1 C2 и R3 C1. Период следования импульсов Т определяется как сумма двух времен заряда конденсаторов:
Т = tзар1 + tзар2,где tзар1 = R2C2 ln(U1/Uпор);
tзар2 = R4C1 ln(U1/Uпор).
Если скважность генерируемых колебаний не важна, то можно упростить схему мультивибратора, использовав второй инвертор по прямому назначению. Так как при реализации схемы генератора нас интересует максимальный петлевой коэффициент усиления, то последовательный резистор мы тоже можем исключить. Для обеспечения автоматического запуска генератора в схеме остается резистор, включенный с выхода на вход первого инвертора. В этом случае схема мультивибратора примет вид, показанный на рисунке 2.
Рисунок 2. Упрощённая схема мультивибратора
В этой схеме возможно задавать только частоту генерируемых импульсов. Она будет определяться произведением R1 и C1. Скважность генерируемых импульсов будет зависеть от соотношения токов нуля и единицы выбранного логического элемента.
Период Т импульсов, вырабатываемых мультивибратором, определяется в первом приближении постоянной времени
Достаточно часто требуется получить генератор, выходная частота которого могла бы изменяться в достаточно широких пределах.
В этом случае в качестве частотозадающего элемента в генераторе может быть использован элемент с изменяемыми параметрами,
например варикап или полевой транзистор. Учитывая, что сопротивление полевого транзистора может изменяться в пределах от
Схема RC генератора, управляемого напряжением (ГУН), приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема генератора, управляемого напряжением
Генератор получился простым и малогабаритным. Для его реализации достаточно пяти полевых транзисторов. Для доказательства раскроем схему цифровых инверторов. Получившаяся принципиальная схема приведена на следующем рисунке:
Рисунок 4. Схема RC генератора на пяти полевых транзисторах
Однако следует учесть, что такой генератор может быть использован только в цифровых схемах, так как его спектральные характеристики оставляют желать лучшего. Обычно такая схема используется в цепях умножения частоты внутри цифровых микросхем повышенной производительности. Она же позволяет регулировать ток потребления КМОП микросхем. Примером специализированных микросхем — генераторов могут служить микросхемы 531ГГ1 и 564ГГ1.
В схеме на мультивибраторе можно использовать и кварцевую стабилизацию частоты. Для этого нужно кварцевый резонатор включить в цепь обратной связи. Схема мультивибратора с кварцевой стабилизацией частоты приведена на рисунке 5.
Рисунок 5. Схема мультивибратора с кварцевой стабилизацией частоты
При применении такой схемы кварцевого генератора следует учитывать, что кварцевый резонатор в ней работает на частоте последовательного резонанса, которая отличается от частоты параллельного резонанса, используемого в осцилляторной схеме генератора (схеме Пирса).
Дата последнего обновления файла 08.12.2020
