Раздел 5 Генераторы

Глава 1

Генераторы периодических сигналов

При работе цифровых схем часто возникает задача синхронизации моментов изменения или записи сигналов. Для этого можно воспользоваться любым известным генератором периодических сигналов.

Генератор, в принципе, может быть построен на любом усилительном элементе, охваченном положительной обратной связью. Обобщённая схема генератора незатухающих колебаний приведена на рисунке 1.1.

  Рисунок 1.1 Схема генератора.

Для самовозбуждения колебаний в такой схеме необходимо выполнить два условия:

1. Баланс фаз

2. Баланс амплитуд

Баланс амплитуд выполняется в случае, когда произведение коэффициента усиления усилителя K и коэффициента передачи цепи обратной связи b будет больше единицы:

Баланс фаз выполняется, если сумма фазового сдвига усилителя a и фазового сдвига цепи обратной связи j будет равным нулю или 360°:

В качестве усилительного элемента можно использовать любое устройство, обладающее усилением, в том числе транзистор или операционный усилитель. Однако в этом случае потребуется специальное устройство преобразования выходного сигнала генератора к цифровым логическим уровням, используемым в разрабатываемой схеме.

Намного проще было бы использовать для построения тактовых генераторов логические элементы. Так как любые логические элементы обладают усилением, то для построения генераторов можно использовать как инверторы, так и схемы логического "И-НЕ" и "ИЛИ-НЕ". В некоторых случаях для построения генераторов используют даже триггеры. Так как от параметров усилительного элемента в значительной степени зависят параметры генератора, то рассмотрим логический инвертор с точки зрения усилительных параметров.

Усилительные параметры кмоп инвертора

Основной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления и зависимость коэффициента усиления от частоты. Для измерения коэффициента усиления инвертора может быть использована схема, подобная приведённой на рисунке 1.2.

  Рисунок 1.2. Схема измерения усилительных свойств логического инвертора.

В качестве примера, на рисунке 1.3 приведена амплитудно-частотная характеристика инвертора 74LVC1GU04. Характеристика взята из материалов, размещённых на сайте фирмы Texas Instruments. Следует отметить, что эта характеристика достаточно точно повторяет данные, полученные мною при измерении усилительных параметров микросхемы К176ЛН2. Измерения велись в диапазоне питающих напряжений от 3 до 12В. Так что приведенную амплитудно-частотную характеристику можно считать типовой для КМОП микросхем.

  Рисунок 1.3. Амплитудно-частотная характеристика инвертора 74LVC1GU04.

Как видно из приведённых характеристик, коэффициент усиления инвертора зависит от напряжения питания. Чем меньше напряжение питания микросхемы, тем меньше результирующий коэффициент усиления инвертора.

Кроме того, на амплитудно-частотной характеристике явно наблюдается спад коэффициента усиления на частотах выше 5 МГц. Тем не менее, схема инвертора вполне пригодна для построения генераторов, работающих на частотах вплоть до сотни мегагерц.