1.7. Анализ выбора конденсатора с14 на генераторе
Генераторы – специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для формирования последовательности электрических сигналов различных форм. Последовательность может быть постоянной или с прерываниями, в том числе с изменением параметров и формы электрических сигналов. Генераторы обеспечивают работу цифрового устройства во времени по закону, определяемому внутренней структурой устройства, и характеризуется частотой сигнала, стабильностью частоты, возможностью управления частотой, формой сигнала, скважностью, видом последовательности сигнала и т.п. Таким образом, генераторы могут изменяться от простейшего колебательного мультивибратора до сложного цифрового устройства.
Рис.7.1 Участок рабочей схемы «генератор 425 Гц»
На рис.7.1. представлена схема генератора, в которой конденсатор С14 обеспечивает время задержки, необходимое для образования положительной обратной связи, и от его емкости зависит частота генерации. Обычно разработчики определяют необходимую емкость методом проб и ошибок.
Генератор выполнен на двух вентилях DD5.3 и DD5.4. При работе генератора на выходы 1 2 необходимо подавать уровень «1» (при подаче на любой из этих входов уровень «0» генерация срывается на выходе, фиксируется постоянный логический уровень).
Произведем анализ выбора С14 при С14=0,01 мкФ
Из схемы показанной на рис.7.1. , видно, что разрядный ток Ic1 обеспечивается выходной цепью вентиля DD5.3 и воспринимается выходной цепью вентиля DD5.4. В процессе разряда конденсатора С14 устанавливается своеобразный режим, при котором выходной закрытого вентиля ток DD5.3 равен выходному току открытого вентиля DD5.4, причем UвыхУ!1= UвхУ2 = Uв . Этот режим работы выполняется, при Uв= 8,9 В, IвыхУ1=0,06 мА. За время ∆t1=1370 мкс напряжение на конденсаторе С14 меняется на величину ∆Uс=8,18 В т.е. разряд осуществляется постоянным током
Ic=∆Uс *C/∆t1=0,059 мА (1)
Совпадение значений Ic и IвыхУ1 с учетом разброса параметров элементов TTЛ-типа и допуска на номинал конденсатора (в мкФ) говорит о правильности проведенного анализа работы схемы. И так длительность ∆t1 (мкс) составляющей периода колебаний генератора можно оценить по формуле
∆t1=∆Uс *C/Ic=1340 мкс (2)
Соотношение (2) получено из (1), поскольку при изменении величины С уровни токов и напряжений не меняются, а меняется только длительность ∆t1.
Из рис.1 следует, что зарядный ток Ic2 обеспечивается выходной цепью вентиля DD5.4, а воспринимается этот ток выходной цепью вентиля DD5.3. оценим значение этого тока. Сразу после заряда конденсатора С14 потенциал Uс = 8,1 В, а ток Iс2 =0,09 мА, отсюда ∆t2 буде равно примерно
∆t2=∆Uс *C/Ic2=990 мкс (3)
Итак, для генератора, собранного по схеме, показанной на рис.1. на элементах серии К561, частоту (Гц) можно определить по формуле
f = 1 / T = 1 / (∆t1 + ∆t2) = 425,53 Гц (4)
Поскольку при изменении величины С уровни токов и напряжений не меняются, а меняется только длительность ∆t1.
Примем С14 равным 0,02 мкФ.
Получим, что ∆t1=2700 мкс, а ∆t2=1800 мкс. При таких значениях частота, вырабатываемая генератором, будет примерно равна 222,22 Гц.
Примем С14 = 0,015 мкФ
Получим, что ∆t1= 45400 мкс, а ∆t2 = 4500 мкс. При таких значениях частота, вырабатываемая генератором, будет примерно равна 1106,19 Гц.
Делаем отсюда вывод, что для генерации частоты равной примерно 425 Гц нам необходим конденсатор емкостью 0,01 мкФ.
Что и было доказано анализом схемы.
Резистор R13 принимаем равным 100 кОм, т.к. его присутствие обеспечивает нормальную работу генератора.