Générateurs d'impulsions rectangulaires sur puces CMOS. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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L'auteur de cet article a réalisé des travaux expérimentaux pour étudier les caractéristiques de divers oscillateurs basés sur des microcircuits CMOS. En conséquence, il a sélectionné certaines des options les plus intéressantes, à son avis, pour leur exécution, que nous présentons à l'attention des lecteurs.

Cet article décrit brièvement plusieurs conceptions de circuit d'un générateur d'impulsions rectangulaire construit sur divers microcircuits de la série K561. Par sa structure, l'article est une référence comparative. Pour chaque schéma, une liste de paramètres et de caractéristiques est donnée (voir tableau), ainsi que des dépendances graphiques du courant consommé et de la fréquence générée sur la tension d'alimentation.

Le générateur selon le schéma de la fig.	La limite inférieure de la résistance de la résistance R1, kOhm	La fréquence de génération la plus élevée, MHz	Tension d'alimentation minimale, V	Changement de fréquence lorsqu'il est chauffé à 85°С, %	Cycle de service des impulsions de sortie
1, un	1	2	2	-4	2
2, un	1	2	4	-	2
3, un	0,56	2	2,5	-5	>2
4, un	0,56	2	2	+2,5	<2
5, un	-	1,3	3	-	<2
6, un	1	1	1,4	- 11	>2

De plus, pour chaque générateur, une formule est indiquée qui permet de calculer la valeur de la fréquence générée en fonction des valeurs des éléments du circuit de réglage de fréquence (fréquence - en hertz, résistance en ohms, capacité - en farads, inductance - en henry ; plus pratique, d'ailleurs, pour les générateurs RC : fréquence - en kilohertz, résistance en kiloohms, capacité - en microfarads ; pour les générateurs LC : fréquence en mégahertz, capacité - en nanofarads, inductance - en millihenry). Des formules de calcul pour un certain nombre de générateurs ont été obtenues empiriquement.

Toutes les caractéristiques des générateurs considérés présentés dans l'article ont été obtenues à la suite d'expériences avec des échantillons spécifiques de microcircuits. Avec d'autres exemples de microcircuits, les caractéristiques peuvent être quelque peu différentes. Les formules de calcul de la fréquence correspondent à une tension d'alimentation de 5 V et une température ambiante de 25°C. La capacité de charge des générateurs est la même que celle des éléments des microcircuits de la série K561. La limite supérieure de la tension d'alimentation du générateur est également déterminée par la série de microcircuits appliquée et est égale à 15 V, et la limite inférieure est indiquée dans le tableau. Pour des raisons pratiques, j'ai fixé la limite supérieure de la résistance des résistances à 40 MΩ.

Dans les générateurs à rétroaction positive capacitive, l'amplitude des impulsions à l'entrée de l'élément peut dépasser la tension d'alimentation. Dans ces cas, les diodes de protection d'entrée s'ouvrent et le courant commence à les traverser. Pour limiter ce courant, il est nécessaire d'installer une résistance d'une résistance de 1 ... 150 kOhm dans le circuit d'entrée, comme indiqué en [1] et utilisé en [2].

Tous les générateurs considérés dans cet article ont une excitation douce. En d'autres termes, quelle que soit la lenteur avec laquelle la tension d'alimentation augmente, le générateur fonctionnera toujours.

Le générateur à base d'éléments 2I-NOT (Fig. 1a) est déjà devenu un classique et est connu par un grand nombre de publications. Il reste opérationnel lorsque la tension d'alimentation Upit est réduite à 2 V, alors que la fréquence de génération est cependant fortement réduite.

Le rapport cyclique des impulsions est proche de deux à toute tension d'alimentation. Suite au chauffage du boîtier du microcircuit, la fréquence diminue quelque peu (de 4% à 85°C).

Un tel générateur peut également être réalisé sur deux éléments logiques 2OR-NOT (Fig. 2, a), sur deux onduleurs (Fig. 3, a), ainsi que sur trois onduleurs (Fig. 4, a). Des détails sur le fonctionnement et les différences des générateurs sur deux et trois onduleurs peuvent être trouvés dans [3]. Notez que pour un générateur basé sur des éléments 2OR-NOT, la fréquence de génération ne dépend pratiquement pas de la température du boîtier du microcircuit, et pour les générateurs basés sur des onduleurs, la fréquence est très stable dans la section Upit = 9 ... 15 V .

La figure 5a montre un schéma d'un générateur LC simple avec un élément logique 2I-NOT. Le circuit LC décale la phase du signal de sortie de l'élément de 180 degrés, à la suite de quoi le générateur s'auto-excite. De tels oscillateurs fonctionnent bien à des fréquences élevées, sont doucement excités et se caractérisent par une stabilité à haute température [3].

Lorsque la fréquence augmente au-dessus de 1,3 MHz, l'amplitude des impulsions de sortie commence à chuter.

Les éléments 2OR-NOT peuvent également fonctionner dans le générateur et, dans ce cas, ils ne produisent pas d'impulsions rectangulaires, mais des oscillations proches de la forme sinusoïdale.

Pour un fonctionnement stable du générateur, l'impédance du circuit LC ne doit pas être inférieure à 2 kOhm. La fréquence de génération coïncide pratiquement avec la fréquence de résonance du circuit LC. L'avantage du générateur est la stabilité à haute température de la fréquence.

Des générateurs de structure similaire peuvent être implémentés sur un seul élément déclencheur de Schmitt (Fig. 6a). Avec une tension d'alimentation proche du maximum, ils sont très stables en fréquence. De plus, ils sont extrêmement économiques - à une tension d'alimentation inférieure à 6 V, ils ne consomment qu'un courant de quelques dizaines de microampères.

littérature

1. Biryukov S. A. Dispositifs numériques basés sur des circuits intégrés MOS, vol. 1132, p. 60-65 ; problème 1220, p. 105-111. - M. : Radio et communication, 1990 ; 1996 (MRB).
2. Nechaev I. Sonde logique sans alimentation. - Radio, 1990, n° 10, p. 83,84.
3. Biryukov S. Générateurs et formateurs d'impulsions sur microcircuits CMOS. Radio, 1995, n° 7, p. 36,37.
4. Générateur Kiverin N. LC basé sur des éléments logiques. - Radio, 1990, n°7, p.55.

Auteur : S. Elimov, Cheboksary

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