Mạch phát xung điều khiển

Mạch phát xung điều khiển và tinh chỉnh là những mạch điện tử hoàn toàn có thể tạo ra những dạng sóng hình sin, vuông, tam giác và răng cưa bằng cách sử dụng bộ xê dịch và mạch xung
Trong những hướng dẫn trước, tất cả chúng ta đã xem xét chi tiết cụ thể ba loại mạch tạo xung đa hài cơ bản khác nhau hoàn toàn có thể được sử dụng làm bộ giao động đa hài để tạo ra sóng hình vuông vắn hoặc hình chữ nhật ở trên đầu ra của chúng để sử dụng làm tín hiệu xung clock và thời hạn .
Nhưng cũng hoàn toàn có thể kiến thiết xây dựng những mạch Mạch phát xung cơ bản từ những mạch tích hợp đơn thuần hoặc bộ khuếch đại thuật toán được liên kết với mạch điện trở – tụ điện ( RC ) hoặc với tinh thể thạch anh để tạo ra dạng sóng đầu ra nhị phân hoặc sóng vuông thiết yếu ở tần số mong ước .

Hướng dẫn tạo dạng sóng này sẽ không đầy đủ nếu không có một số ví dụ về các mạch chuyển mạch tái tạo kỹ thuật số, vì nó minh họa cả hoạt động chuyển đổi và hoạt động của Mạch phát xung được sử dụng để tạo ra sóng vuông để sử dụng làm định thời hoặc dạng sóng tuần tự.

Chúng ta biết rằng những mạch chuyển mạch tái sinh như Mạch tạo xung đa hài linh động là bộ giao động đa hài được sử dụng thông dụng nhất vì chúng tạo ra đầu ra sóng vuông không đổi, khiến chúng trở nên lý tưởng như một Mạch phát xung kỹ thuật số .
Mạch tạo xung đa hài tạo ra những bộ giao động tuyệt vời vì chúng quy đổi liên tục giữa hai trạng thái không không thay đổi của chúng với vận tốc lặp lại không đổi, do đó tạo ra đầu ra sóng vuông liên tục với tỷ suất Mark-Space 1 : 1 từ đầu ra của nó và trong hướng dẫn này, tất cả chúng ta sẽ xem xét một số ít cách khác nhau mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng Mạch phát xung chỉ bằng cách sử dụng những mạch logic TTL và CMOS tiêu chuẩn cùng với 1 số ít thành phần định thời rời rạc bổ trợ .

Mạch phát xung điều khiển Schmitt

Mạch phát xung đơn thuần hoàn toàn có thể được kiến thiết xây dựng bằng cách sử dụng bộ khởi động Schmitt cơ bản như TTL 74LS14. Phương pháp này cho đến nay là cách dễ nhất để tạo ra một Mạch phát xung tinh chỉnh và điều khiển cơ bản không thay đổi. Khi được sử dụng để tạo ra tín hiệu xung clock hoặc tín hiệu thời hạn, bộ tạo xung đa hài phải tạo ra một dạng sóng không thay đổi quy đổi nhanh gọn giữa trạng thái “ CAO ” và “ THẤP ” mà không có bất kể sự biến dạng hoặc nhiễu nào và bộ khởi động Schmitt làm được điều đó .
Chúng ta biết rằng trạng thái đầu ra của bộ khởi động Schmitt là ngược lại hoặc nghịch đảo với trạng thái nguồn vào của nó, và nó hoàn toàn có thể đổi khác trạng thái ở những mức điện áp khác nhau khiến nó có “ độ trễ ” .
Bộ khởi động hay kích hoạt Schmitt sử dụng hành vi kích hoạt Schmitt để biến hóa trạng thái giữa mức ngưỡng trên và ngưỡng dưới khi tín hiệu điện áp đầu vào tăng và giảm ở đầu vào. Mức ngưỡng trên này “ Set ” đầu ra và mức ngưỡng dưới “ Reset ” đầu ra tương ứng với mức logic “ 0 ” và mức logic “ 1 ” tương ứng. Hãy xem xét mạch dưới đây .

Mạch phát xung Schmitt

Mạch phát xung đơn thuần này gồm có một đơn TTL 74LS14 với một tụ điện, C liên kết giữa đầu nguồn vào và đất, ( 0 v ) và những phản hồi dương thiết yếu cho mạch xê dịch được cung ứng bởi những điện trở phản hồi, R .
Vì vậy, làm thế nào nó hoạt động giải trí ?. Giả sử rằng điện tích trên những bản tụ điện dưới mức ngưỡng thấp hơn của Schmitt là 0,8 volt. Điều này làm cho nguồn vào của mạch ở mức logic “ 0 ” dẫn đến mức đầu ra logic “ 1 ”
Điện trở R giờ đây được liên kết với đầu ra mức logic “ 1 ” ( + 5V ) trong khi mặt kia của điện trở được liên kết với tụ điện, C ở mức logic “ 0 ” ( 0,8 v hoặc thấp hơn ). Tụ điện giờ đây khởi đầu tích điện theo chiều dương qua điện trở với vận tốc được xác lập bởi hằng số thời hạn RC .
Khi điện tích qua tụ điện đạt đến mức ngưỡng trên 1,6 vôn của bộ kích hoạt Schmitt, đầu ra từ bộ Schmitt sẽ nhanh gọn biến hóa từ mức logic “ 1 ” sang trạng thái mức logic “ 0 ” và dòng điện chạy qua điện trở đổi chiều .
Sự biến hóa này giờ đây làm cho tụ điện bắt đầu được sạc qua điện trở, R khởi đầu tự phóng điện trở lại qua cùng một điện trở cho đến khi điện tích trên những tấm tụ điện đạt đến mức ngưỡng thấp hơn là 0,8 vôn và đầu ra của mạch chuyển trạng thái trở lại với chu kỳ luân hồi lặp đi lặp lại lặp đi lặp lại miễn là có điện áp phân phối .
Vì vậy, tụ điện, C liên tục tự sạc và xả trong mỗi chu kỳ luân hồi giữa những mức ngưỡng trên và dưới của nguồn vào của bộ khởi động Schmitt tạo ra mức logic “ 1 ” hoặc mức logic “ 0 ” ở đầu ra của mạch. Tuy nhiên, dạng sóng đầu ra không đối xứng tạo ra chu kỳ luân hồi thao tác khoảng chừng 33 % hoặc 1/3 vì tỷ suất Mark-space giữa “ CAO ” và “ THẤP ” tương ứng là 1 : 2 do đặc tính cổng nguồn vào của TTL .

Giá trị của điện trở phản hồi, ( R ) cũng PHẢI được giữ ở mức thấp dưới 1kΩ để mạch dao động chính xác, 220R đến 470R là tốt, và bằng cách thay đổi giá trị của tụ điện, C để thay đổi tần số. Cũng ở mức tần số cao, dạng sóng đầu ra thay đổi hình dạng từ dạng sóng hình vuông sang dạng sóng hình thang do các đặc tính đầu vào của cổng TTL bị ảnh hưởng bởi quá trình sạc và phóng điện nhanh chóng của tụ điện. Do đó, tần số dao động của Mạch phát xung điều khiển Schmitt được cho là:

Tần số dạng sóng Schmitt

Với giá trị điện trở trong khoảng chừng : 100R đến 1 kΩ và giá trị tụ điện trong khoảng chừng : 1 nF đến 1000 uF. Điều này sẽ phân phối dải tần từ 1H z đến 1MH z, ( tần số cao tạo ra sự biến dạng dạng sóng ) .
Nói chung, những cổng logic TTL tiêu chuẩn không hoạt động giải trí quá tốt như những Mạch phát xung do đặc tính nguồn vào và đầu ra trung bình của chúng, sự biến dạng của dạng sóng đầu ra và giá trị thấp của điện trở phản hồi nhu yếu, dẫn đến một tụ điện giá trị to lớn cho hoạt động giải trí tần số thấp .
Ngoài ra bộ giao động TTL hoàn toàn có thể không xê dịch nếu giá trị của tụ phản hồi quá nhỏ. Tuy nhiên, chúng tôi cũng hoàn toàn có thể sử dụng công nghệ tiên tiến logic CMOS tốt hơn hoạt động giải trí từ nguồn điện 3V đến 15V ví dụ điển hình như CMOS 40106B Schmitt .
CMOS 40106 có một đầu vào duy nhất có cùng hành vi kích hoạt Schmitt như TTL 74LS14 nhưng có năng lực chống nhiễu rất tốt, băng thông cao, độ lợi cao và những đặc tính nguồn vào / đầu ra tuyệt vời để tạo ra dạng sóng đầu ra “ vuông hơn ” như hình dưới đây .

Mạch phát xung điều khiển CMOS Schmitt

Mạch tạo dạng sóng Schmitt cho CMOS 40106 về cơ bản giống với mạch của TTL 74LS14 trước đó, ngoại trừ việc bổ trợ điện trở 10 kΩ được sử dụng để ngăn tụ điện làm hỏng những transistor nguồn vào MOSFET nhạy cảm vì nó phóng điện nhanh ở mức cao hơn tần số .
Tỷ lệ Mark-Space được đồng đều hơn khớp ở mức khoảng chừng 1 : 1 với giá trị điện trở phản hồi tăng xuống dưới 100 kΩ tác dụng trong một tụ điện nhỏ hơn và rẻ hơn. Tần số xê dịch hoàn toàn có thể không giống : ( 1 / 1.2 RC ) vì đặc tính nguồn vào CMOS khác với TTL. Với giá trị điện trở trong khoảng chừng : 1 kΩ đến 100 kΩ và giá trị tụ điện trong khoảng chừng : 1 pF đến 100 uF. Điều này sẽ phân phối dải tần từ 0,1 Hz đến 100 kHz .

Mạch phát xung điều khiển clock

Trong mạch tiên phong ở trên, một Schmitt bổ trợ đã được thêm vào đầu ra của Mạch phát xung Schmitt để tạo ra dạng sóng thứ hai là dạng nghịch đảo hoặc phản chiếu của đầu ra tạo ra hai dạng sóng đầu ra bổ trợ, thế cho nên khi một đầu ra là “ CAO ” cái còn lại là “ THẤP ”. Schmitt thứ hai này cũng cải tổ hình dạng của dạng sóng đầu ra nghịch đảo nhưng thêm một “ độ trễ ” nhỏ vào nó để nó không đồng điệu đúng mực với dạng tiên phong .

Ngoài ra, tần số đầu ra của mạch dao động có thể thay đổi bằng cách thay đổi điện trở cố định, R thành một chiết áp nhưng vẫn cần một điện trở phản hồi nhỏ hơn để ngăn chiết áp làm ngắn mạch khi nó ở giá trị nhỏ nhất, 0Ω .

Chúng ta cũng hoàn toàn có thể sử dụng hai đầu ra bổ trợ, Q. và Q phủ của mạch tiên phong để nhấp nháy đèn LED bằng cách liên kết đầu ra của chúng trực tiếp với cực B của hai transistor quy đổi như được hiển thị .

Bằng cách này, một hoặc một số ít đèn LED được liên kết tiếp nối đuôi nhau với nhau với cực của những transistor chuyển mạch dẫn đến nhấp nháy luân phiên của từng bộ đèn LED khi mỗi transistor lần lượt được chuyển sang trạng thái “ BẬT ” .
Ngoài ra khi sử dụng loại mạch này, hãy nhớ đo lường và thống kê một điện trở tiếp nối đuôi nhau tương thích, R để số lượng giới hạn dòng LED dưới 20 mA ( của LED đỏ ) so với điện áp bạn đang sử dụng .
Để tạo ra một đầu ra tần số rất thấp khoảng chừng vài Hertz để làm nháy đèn LED, Mạch phát xung Schmitt sử dụng những tụ điện định thời giá trị cao .
Một giải pháp sửa chữa thay thế là sử dụng tụ điện có giá trị nhỏ hơn để tạo ra tần số cao hơn nhiều, ví dụ điển hình như 1 kHz hoặc 10 kHz, sau đó chia tần số xung nhịp chính này thành những tần số nhỏ hơn cho đến khi đạt được giá trị tần số thấp thiết yếu và mạch thứ hai ở trên thực thi điều đó .
Mạch dưới ở trên cho thấy bộ xê dịch được sử dụng để tinh chỉnh và điều khiển đầu vào xung clock của bộ đếm gợn sóng điện. Bộ đếm Ripple về cơ bản là 1 số ít bộ đếm chia cho 2, kiểu D xếp chồng lên nhau để tạo thành một bộ đếm chia cho N duy nhất, trong đó N bằng số bit của bộ đếm ví dụ điển hình như CMOS 4024 7 – bit Bộ đếm Ripple hoặc Bộ đếm Ripple 12 – bit CMOS 4040 .
Tần số xung clock cố định và thắt chặt được tạo ra bởi mạch xung xung clock Schmitt được chia thành một số ít tần số phụ khác nhau như, ƒ ÷ 2, ƒ ÷ 4, ƒ ÷ 8, ƒ ÷ 256, v.v., lên đến mức tối đa “ Chia cho n ” của bộ đếm gợn sóng đang được sử dụng. Quá trình sử dụng “ Flip-flops ”, “ Binary Counters ” hoặc “ Ripple Counters ” để chia tần số xung clock cố định và thắt chặt chính thành những tần số phụ khác nhau được gọi là Phân chia tần số và tất cả chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng nó để thu được một số ít giá trị tần số từ một máy phát sóng đơn .

Mạch phát xung điều khiển cổng NAND

Mạch phát xung điều khiển Schmitt cũng có thể được chế tạo bằng cách sử dụng Cổng NAND CMOS Logic tiêu chuẩn được kết nối để tạo ra một mạch biến tần số. Ở đây, hai cổng NAND được kết nối với nhau để tạo ra một loại mạch dao động đa hài RC khác sẽ tạo ra một dạng sóng đầu ra hình sóng vuông như hình dưới đây.

Mạch phát xung cổng NAND

Trong loại mạch tạo dạng sóng này, mạng RC được hình thành từ điện trở, R1 và tụ điện, C với mạng RC này được tinh chỉnh và điều khiển bởi đầu ra của cổng NAND tiên phong. Đầu ra từ R1-C được đưa trở lại vào nguồn vào của cổng NAND cổng qua điện trở R2 và khi điện áp sạc trên tụ điện đạt đến mức ngưỡng trên của NAND tiên phong, Nó đổi khác trạng thái gây ra cổng NAND thứ 2 biến hóa theo, do đó đổi khác trạng thái và tạo ra sự đổi khác mức đầu ra .
Điện áp trên mạng R1-C giờ đây được đảo ngược và tụ điện mở màn phóng điện qua điện trở cho đến khi nó đạt đến mức ngưỡng thấp hơn của cổng NAND tiên phong khiến hai cổng đổi khác trạng thái một lần nữa. Giống như mạch tạo dạng sóng Schmitt trước đó ở trên, tần số giao động được xác lập bởi hằng số thời hạn R1-C, được cho là : 1 / 2.2 R1C. Nói chung R2 được cho một giá trị gấp 10 lần giá trị của điện trở R1 .

Khi yêu cầu độ ổn định cao hoặc khả năng tự khởi động được đảm bảo, Mạch phát xung điều khiển CMOS có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ba cổng NAND đảo ngược hoặc ba bộ nghịch lưu logic bất kỳ cho vấn đề đó, được kết nối với nhau như hình dưới đây tạo ra một mạch dưới đây. Tần số của dao động lại được xác định bằng hằng số thời gian R1C, giống như đối với hai dao động cổng ở trên, và được cho là: 1 / 2.2R1C khi R2 có giá trị gấp 10 lần giá trị của điện trở, R1 .

Mạch phát xung cổng NAND ổn định

Việc bổ trợ thêm cổng NAND bảo vệ rằng bộ xê dịch sẽ khởi đầu ngay cả với những giá trị tụ điện rất thấp. Ngoài ra, độ không thay đổi của Mạch phát xung cũng được cải tổ đáng kể vì nó ít bị đổi khác nguồn điện hơn do mức kích hoạt ngưỡng của nó là gần 50% điện áp cung ứng .
Mức độ không thay đổi hầu hết được xác lập bởi tần số xê dịch và nói chung, tần số càng thấp thì bộ giao động càng không thay đổi .
Vì loại Mạch phát xung điều khiển và tinh chỉnh này hoạt động giải trí ở gần 50% hoặc 50 % điện áp phân phối nên dạng sóng đầu ra tác dụng có rất gần 50 % chu kỳ luân hồi thao tác, tỷ suất mark – space 1 : 1. Mạch phát xung ba cổng có nhiều ưu điểm hơn bộ tạo xê dịch hai cổng trước ở trên nhưng một điểm yếu kém lớn của nó là nó sử dụng thêm một cổng logic .

Mạch phát xung điều khiển kiểu vòng

Chúng ta đã thấy ở trên rằng Mạch phát xung hoàn toàn có thể được tạo ra bằng cách sử dụng cả TTL và công nghệ tiên tiến logic CMOS tốt hơn với mạng RC tạo ra độ trễ thời hạn trong mạch khi được liên kết qua một, hai hoặc thậm chí còn ba cổng logic để tạo thành Bộ xê dịch đa hài RC đơn thuần. Nhưng tất cả chúng ta cũng hoàn toàn có thể tạo ra những Mạch phát xung chỉ bằng cách sử dụng cổng Logic NOT hay nói cách khác là biến hóa mà không cần bất kể thành phần thụ động bổ trợ nào được liên kết với chúng .
Bằng cách liên kết với nhau bất kể ( 3, 5, 7, 9, v.v. ) của cổng NOT để tạo thành mạch “ vòng ”, để đầu ra của vòng được liên kết thẳng trở lại nguồn vào của vòng, mạch sẽ liên tục giao động như mức logic “ 1 ” liên tục quay xung quanh mạng tạo ra một tần số đầu ra được xác lập bởi độ trễ Viral của những bộ biến hóa được sử dụng .

Mạch phát xung điều khiển vòng

Tần số xê dịch được xác lập bởi tổng độ trễ Viral của bộ đổi khác được sử dụng trong vòng và bản thân nó được xác lập bởi loại công nghệ tiên tiến TTL, CMOS, BiCMOS mà bộ đổi khác được tạo ra. Trễ Viral hoặc thời hạn Viral, là tổng thời hạn thiết yếu ( thường tính bằng Nano giây ) để tín hiệu đi thẳng qua bộ biến hóa từ logic “ 0 ” đến nguồn vào để tạo ra logic “ 1 ” ở đầu ra của nó .
Ngoài ra, so với loại mạch tạo dạng sóng vòng này, những biến về điện áp nguồn, nhiệt độ và điện dung tải đều tác động ảnh hưởng đến độ trễ Viral của những cổng logic. Nói chung, thời hạn trễ truyền trung bình sẽ được đưa ra trong bảng tài liệu của đơn vị sản xuất cho loại cổng logic kỹ thuật số đang được sử dụng với tần số giao động được cho là :

Trong đó : ƒ là tần số giao động, n là số cổng được sử dụng và Tp là độ trễ Viral cho mỗi cổng .

Ví dụ, giả sử rằng một mạch tạo dạng sóng đơn giản có 5 bộ biến đổi riêng lẻ được mắc nối tiếp với nhau để tạo thành Bộ dao động vòng, độ trễ lan truyền cho mỗi Biến tần được cho là 8ns. Khi đó tần số của dao động sẽ cho là:

Tất nhiên, đây không thực sự là một bộ xê dịch trong thực tiễn do hầu hết là tính không không thay đổi và tần số xê dịch rất cao Megahertz tùy thuộc vào loại công nghệ tiên tiến cổng logic được sử dụng, và trong ví dụ đơn thuần của chúng tôi, nó được tính là 12,5 MHz ! !. Tần số đầu ra của bộ tạo xê dịch vòng hoàn toàn có thể được “ kiểm soát và điều chỉnh ” một chút ít bằng cách biến hóa số lượng bộ biến hóa được sử dụng trong vòng nhưng tốt hơn nhiều là sử dụng Mạch phát xung phối hợp RC không thay đổi như tất cả chúng ta đã đàm đạo ở trên .
Tuy nhiên, nó cho thấy rằng những cổng logic hoàn toàn có thể được liên kết với nhau để tạo ra những Mạch phát xung dựa trên cổng logic và những mạch kỹ thuật số được với rất nhiều cổng, đường dẫn tín hiệu và vòng phản hồi đã được biết là xê dịch không chủ ý .
Bằng cách sử dụng mạng RC trên mạch, tần số giao động hoàn toàn có thể được trấn áp đúng mực tạo ra một mạch giao động đa hài thực tiễn hơn để sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử nói chung .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử