3. Разработка схемы генератора импульсов

Генераторы импульсов на логических элементах основаны на том, что логические элементы используются как усилители с коэффициентами усиления от 20 до 100. Так как разброс аналоговых параметров очень большой, то расчёт импульсных устройств на логических элементах. По условию необходимо разработать схему генератора импульсов с частотой повторения f=160 кГц и относительной нестабильностью частоты на микросхемах КМОП - серии. Данному условию нестабильности частоты соответствуют генераторы, выполненные на логических элементах. Выберем схему генератора на трех инверторах с конденсатором в цепи обратной связи. Схема генератора и временные диаграммы его переключений приведены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - схема генератора с конденсатором в цепи обратной связи

Для КМОП микросхем R1 выбирают R1 = 10 кОм … 10 МОм. Резистор R1 выполняет две функции: смещает рабочую точку логического элемента ЛЭ1 на крутой участок передаточной характеристики, обеспечивая этим мягкое самовозбуждение, и вместе с конденсатором C служит времязадающим элементом. Длительность каждого полупериода колебаний Т1 и Т2 примерно равна 2∙ R∙C.

В качестве инверторов возьмём микросхему КМОП – серии К561ЛН2 – шесть инверторов в одной микросхеме [2].

Рисунок 3.2 - УГО К561ЛН2

Для схемы генератора мы используем только три первых инвертора

(входы: 1,3,5 ; выходы: 2,4,6)

Таблица 3.1- Предельно-допустимые и электрические параметры

Uи.п., В	U^0вых, В	U^1вых, В	I^0вых, мA	I^1вых, мA	Iпот, мкА	t^0,1зд.р, мс	t^1,0зд.р, нс
5	0.95	3.6	2.6	1.25	2	120	110

Период выходных колебаний кратен 4-м RC:

(2.1)

Частота прямо пропорциональна периоду Т:

, тогда

(2.2)

Зададимся С=0.1 нФ, тогда резистор R равен:

(2.3)

Выберем номиналы резистора R2 и конденсатора С2 из ряда Е24 [3],[4]:

С=0.1 нФ

К10-17-2-0.1нФ5%,

R=14.9 кОм

МЛТ-0.125Вт-15 кОм 5%.

Необходимость использования серии 561 в генераторе обусловлена необходимостью подключения к выходу генератора большого числа входов микросхем, а микросхемы 561-й серии обладают достаточной для использования в данной работе нагрузочной способностью.

4. Разработка схемы счётчика импульсов

В качестве многоразрядного счётчика будем использовать микросхему К561Е19 [2].

Микросхема К561ИЕ19 – пятиразрядный синхронный счётчик по схеме Джонсона. От каждого триггера счётчика сделан инверсный выход через буферные инверторы. Счётчик имеет пять входов предварительной записи J0 – J4, тактовый вход С, вход последовательных данных D, вход сброса R.

Рисунок 4.1 - Условное графическое обозначение К561ИЕ19

Назначение выводов:

1) – Вход информационный D;

2) – вход предварительной установки 1 разряда J1;

3) – вход предварительной установки 2 разряда J2;

4) – инверсный выход 2 разряда;

5) – инверсный выход 1 разряда;

6) – инверсный выход 3 разряда;

7) – вход предварительной установки 3 разряда J3;

8) – общий;

9) – вход предварительной установки 4 разряда J4;

10) – вход предварительной установки V;

11) – инверсный выход 4 разрда;

12) – вход предварительной установки 5 разряда J5;

13) – инверсный выход 5 разряда;

14) – вход тактовый С;

15) – вход установки нуля;

16) – напряжение питания.

Таблица 4.1 - Предельно-допустимые и электрические параметры К561ИЕ19

Uи.п., В	U^0вых, В	U^1вых, В	I^0вых, мA	I^1вых, мA	Iпот, мкА	t^0,1зд.р, нс	t^1,0зд.р, нс
10	1	9	0.9	0.5	50	150	200

Рисунок 4.2 - Структурная схема микросхемы К561ИЕ19

Таблица 4.2 - Таблица рабочих состояний

Входы				Состояние
V	C	R
X	X	1	Установка инверсных выходов схемы в состояние высокого уровня
1	X	0	Предварительная установка по входам J
0		0	Счёт
0		0	Без изменений

Таблица 4.3 - Таблица истинности

Входы					Выходы
J1	V	J2	C	Qn-1		Qn
0	1	X	X	X		0
1	1	X	X	X		1
X	0	0		X		0
X	0	1		X		1
X	0	X		0		0
X	0	X		1		1

Для того чтобы после выключения и повторного включения наша схема сбрасывала свои старые значения нужно рассчитать схему сброса по питанию:

Рисунок 4.3 - Схема сброса по питанию для счетчика

Для КМОП импульс сброса по питанию лежит в пределах от 0.1 до 1 сек, R в пределах от 10 кОм до 10 МОм

Задаемся резистором R2=1 МОм и импульсом сброса t_имп=1 сек, тогда

Выберем номиналы резистора R2 и конденсатора С2 из ряда Е24 [3],[4]:

К50-61 –25 В –1 мкФ ₊80÷20%;

R2: МЛТ- 0.125 Вт - 1 МОм 5%.