CMOS芯片上的矩形脉冲发生器。方案、说明

CMOS 芯片上的矩形脉冲发生器。无线电电子电气工程百科全书

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本文作者进行了实验工作，研究了基于CMOS微电路的各种振荡器的特性。因此，他选择了一些他认为最有趣的执行选项，我们将其呈现给读者。

本文简要介绍了基于各种 K561 系列微电路构建的矩形脉冲发生器的几种电路设计。从结构上看，这篇文章是一个比较参考文献。对于每种方案，都给出了参数和特性列表（见表），以及消耗电流和生成频率对电源电压的图形依赖性。
根据图 XNUMX 中的方案生成器。 电阻R1的阻值下限，kOhm 最高生成频率，MHz 最小电源电压，V 加热到 85°С 时的频率变化，% 输出脉冲的占空比
1年XNUMX月XNUMX日，以及 1 2 2 -4 2
2年XNUMX月XNUMX日，以及 1 2 4 - 2
3年XNUMX月XNUMX日，以及 0,56 2 2,5 -5 >2
4年XNUMX月XNUMX日，以及 0,56 2 2 +2,5 <2
5年XNUMX月XNUMX日，以及 - 1,3 3 - <2
6年XNUMX月XNUMX日，以及 1 1 1,4 -11 >2

此外，对于每个发生器，还标明了一个公式，可让您根据频率设置电路元件的值计算生成的频率值（频率 - 以赫兹为单位，电阻以欧姆为单位，电容 - 以法拉为单位，电感 - 以亨利为单位；顺便说一句，对于 RC 发电机来说更方便：频率 - 以千赫为单位，电阻以千欧为单位，电容 - 以微法为单位；对于 LC 发电机：频率以兆赫为单位，电容 - 以纳法为单位，电感 -以毫亨为单位）。许多发电机的计算公式是根据经验获得的。

本文中介绍的所考虑的发生器的所有特性都是通过对特定微电路样本进行实验而获得的。对于微电路的其他实例，特性可能有所不同。频率计算公式对应于电源电压 5 V 和环境温度 25°C。发电机的负载能力与K561系列微电路元件的负载能力相同。发生器电源电压的上限也由所应用的微电路系列决定，等于15V，下限在表中给出。出于实际原因，我将电阻器的阻值上限设置为 40 MΩ。

在具有电容正反馈的发生器中，元件输入端的脉冲幅度可能超过电源电压。在这些情况下，输入保护二极管打开，电流开始流过它们。为了限制该电流，需要在输入电路中安装一个阻值为 1 ... 150 kOhm 的电阻器，如 [1] 中所示并在 [2] 中使用。

本文考虑的所有发电机都具有软励磁。换句话说，无论电源电压增加得多么缓慢，发电机仍然会工作。

基于 2I-NOT 元素的生成器（图 1，a）已经成为经典，并从大量出版物中为人所知。当电源电压 Upit 降低至 2 V 时，它仍然可以工作，但生成频率会显着降低。

CMOS芯片上的矩形脉冲发生器

在任何电源电压下，脉冲的占空比都接近二。由于加热微电路外壳，频率有所降低（4°C 时降低 85%）。

这种发生器还可以在两个 2OR-NOT 逻辑元件（图 2，a）、两个反相器（图 3，a）以及三个反相器（图 4，a）上制作。有关两个和三个逆变器上发电机的操作和差异的详细信息可以在[3]中找到。请注意，对于基于 2OR-NOT 元件的发电机，生成频率实际上不取决于微电路外壳的温度，而对于基于逆变器的发电机，频率在 Upit = 9 ... 15 V 部分非常稳定。

CMOS芯片上的矩形脉冲发生器

图 5a 显示了带有 2I-NOT 逻辑元件的简单 LC 发生器的图。 LC 电路将元件输出信号的相位移动 180 度，从而使发电机自励磁。这种振荡器在高频下工作良好，被温和地激励，并且具有高温稳定性的特点[3]。

CMOS芯片上的矩形脉冲发生器

当频率增加到 1,3 MHz 以上时，输出脉冲的幅度开始下降。

2OR-NOT 元件也可以在发生器中工作，在这种情况下，它产生的不是矩形脉冲，而是形状接近正弦波的振荡。

为了发电机的稳定运行，LC电路的阻抗不应小于2 kOhm。产生频率实际上与 LC 电路的谐振频率一致。该发生器的优点是频率的高温稳定性。

结构类似的发生器可以在单个施密特触发器元件上实现（图6a）。当电源电压接近最大值时，它们的频率非常稳定。此外，它们还非常经济——在电源电压低于 6 V 的情况下，它们消耗的电流仅为几十微安。

CMOS芯片上的矩形脉冲发生器

文学

Biryukov S.A. 基于 MOS 集成电路的数字器件，卷。 1132，p。 60-65；问题1220，p。 105-111。 - M.：无线电和通信，1990 年； 1996（马里兰大学）。
Nechaev I. 不带电源的逻辑探头。 - 广播，1990 年，第 10 期，第 83,84 页。
Biryukov S. CMOS 微电路上的发生器和脉冲整形器。广播，1995 年，第 7 期，第 36,37 页。
Kiverin N. 基于逻辑元件的 LC 发生器。 - 广播，1990 年，第 7 期，第 55 页。

作者：S. Elimov, Cheboksary

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