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.

а) б)

Рис.3.1. а) схема генератора с конденсатором в цепи обратной связи

б) временные диаграммы его переключений

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]. УГО приведено на рисунке 3.2, основные предельно-допустимые и электрические параметры – таблица 3.1.

Рис.3.2. УГО К561ЛН2 [2].

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 К561ЛН2

Uи.п., В	U0вых, В	U1вых, В	I0вых, мA	I1вых, мA	Iпот, мкА	t0,1зд.р, мс	t1,0зд.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 : К10-17-2-0.1нФ 5%,

R=15 кОм: МЛТ-0.125Вт-16 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.

Рис.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	U0вых, В	U1вых, В	I0вых, мA	I1вых, мA	Iпот, мкА	t0,1зд.р, нс	t1,0зд.р, нс
10	1	9	0.9	0.5	50	150	200

Рис.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:

Рис.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

(4.1)

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

С2: К73-17–1 мкФ 5%;

R2: МЛТ- 0.125 Вт - 1 МОм 5%.