Цифровые устройства. Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем
 Скачать 2.25 Mb.
|
Глава 4Особенности кварцевой стабилизации частоты цифровых генераторовПри разработке кварцевого генератора следует обращать внимание, что кварцевый генератор на основе мультивибратора работает несколько по другим принципам по сравнению с осцилляторной схемой. Если в осцилляторной схеме кварцевый резонатор используется в качестве индуктивности, входящей в колебательный контур резонатора, то в схеме мультивибратора кварцевый резонатор используется в качестве узкополосного фильтра в цепи обратной связи. Это приводит к тому, что один и тот же резонатор, включённый в схему мультивибратора и осцилляторную схему, будет генерировать различные частоты! Для того, чтобы разобраться с этим явлением, вспомним эквивалентную схему кварцевого резонатора и характеристику зависимости сопротивления кварцевого резонатора от частоты. Эквивалентная схема кварцевого резонатора приведена на рисунке 4.9 а, а характеристика зависимости сопротивления от частоты - на рисунке 4.9 б.  Рисунок 4.9. а - эквивалентная схема кварцевого резонатора; б - зависимость сопротивления кварцевого резонатора от частоты. В схеме мультивибратора используется последовательный резонанс кварцевого резонатора (собственные колебания кристалла), а в осцилляторной схеме генерация производится на частоте, близкой к параллельному резонансу контура, образуемого индуктивностью резонатора и ёмкостью кварцедержателя. Эти частоты близки, но не могут совпадать по определению. В результате частоты генерируемых колебаний будут отличаться между собой. Обычно разность частот последовательного и параллельного резонансов составляет около 1 килогерца. Настолько же будут отличаться и частоты кварцевых генераторов, построенных по схеме мультивибратора и схеме ёмкостной трёхточки. Так как генератор, собранный по схеме мультивибратора возбуждается на собственной частоте кварцевого кристалла, то стабильность кварцевого мультивибратора будет выше по сравнению с осцилляторной схемой, так как на частоту последовательного резонанса кварцевого резонатора не влияют внешние паразитные ёмкости. Однако в этой схеме возможно самовозбуждение генератора на частоте, далеко отстоящей от резонансной частоты кварцевого резонатора. Это обуславливается ёмкостью кварцедержателя, поэтому в схеме мультивибратора необходимо предусматривать специальные меры для борьбы с этим явлением. При построении схем генераторов следует отметить, что они являются мощными источниками помех, поэтому эти генераторы обычно экранируют. Цепи питания микросхем, на которых реализуются генераторы обязательно содержат фильтрующие высокочастотные конденсаторы. Часто для лучшей фильтрации по цепи питания кроме конденсаторов используются фильтрующие дроссели. Для уменьшения помех используются и конструктивные меры. Например, рядом с цепью генерируемого сигнала прокладывают корпусные проводники. Таким образом фактически образуется полосковая (или волноводная) линия передачи. Глава 5Одновибраторы (ждущие мультивибраторы)При работе с цифровыми устройствами достаточно часто требуется формировать импульсы определённой длительности. Эту задачу выполняют специальные устройства — формирователи импульсов. Простейшие формирователи импульсов могут быть реализованы на логических элементах. Укорачивающие одновибраторыРассмотрим схему, приведённую на рисунке 5.1. Рисунок 5.1. Схема укорачивающего одновибратора (ждущего мультивибратора). Если бы логические элементы не обладали задержкой, то на выходе такой схемы постоянно присутствовал единичный логический уровень. Однако это не так. Сигнал на выходе инвертора задержан по отношению к его входу. Временные диаграммы сигналов на входе и выходе инвертора, а также на выходе схемы логического элемента "И" приведены на рисунке 5.2.  Рисунок 5.2. Временные диаграммы укорачивающего одновибратора. Как видно из этих временных диаграмм, одновибратор, схема которого приведена на рисунке 5.1, вырабатывает одиночный импульс по переднему фронту входного сигнала. Длительность импульса на выходе такой схемы будет равна времени задержки инвертора. Если требуется длительность выходного импульса, большая времени задержки одиночного инвертора, то можно применить дополнительные элементы задержки на пассивных RC элементах. Пример подобной схемы одновибратора приведён на рисунке 5.3, а временные диаграммы этой схемы — на рисунке 5.4. Рисунок 5.3. Схема укорачивающего одновибратора с использованием RC элементов задержки. Длительность выработанного формирователем импульса можно вычислить исходя из условия разряда конденсатора С. Действительно, пока конденсатор С разряжается до уровня порогового напряжения U, напряжение U2 воспринимается логическим элементом "2И-НЕ" как уровень логической единицы и на его выходе поддерживается уровень логического нуля. С течением времени напряжение на конденсаторе C становится равным Uпор и на выходе логического элемента "2И-НЕ" появится уровень логической единицы. Если считать, что напряжение до начала разряда на конденсаторе было равно напряжению уровня уровень логической единицы U1, то изменение напряжения UC с течением времени можно представить как: , следовательно . Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до порогового значения Uпор   Рисунок 5.4. Временные диаграммы укорачивающего одновибратора с использованием RC элементов задержки. |