Как работают генераторы импульсов на КМОП-микросхемах. Какие преимущества имеют такие генераторы. Как рассчитать параметры генератора импульсов на КМОП. Какие схемы генераторов наиболее распространены. Где применяются генераторы импульсов на КМОП-микросхемах.
Принцип работы генераторов импульсов на КМОП-микросхемах
Генераторы импульсов на КМОП-микросхемах представляют собой электронные устройства, формирующие последовательность прямоугольных импульсов с заданными параметрами. Их работа основана на использовании логических элементов КМОП-структуры, таких как инверторы, триггеры Шмитта, элементы И-НЕ или ИЛИ-НЕ.
Ключевые особенности работы генераторов на КМОП:
- Формирование импульсов за счет периодического заряда и разряда конденсатора через резисторы
- Использование гистерезиса триггера Шмитта для формирования крутых фронтов импульсов
- Возможность регулировки частоты и скважности импульсов с помощью RC-цепей
- Низкое энергопотребление благодаря КМОП-структуре микросхем
Преимущества генераторов импульсов на КМОП-микросхемах
Генераторы импульсов на основе КМОП-микросхем имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с другими типами генераторов:
- Низкое энергопотребление и малый ток потребления в статическом режиме
- Широкий диапазон напряжений питания (как правило, от 3 до 15 В)
- Высокая нагрузочная способность выхода
- Простота схемотехнических решений
- Низкая стоимость компонентов
- Хорошая температурная стабильность параметров
- Возможность работы на высоких частотах (до десятков МГц)
Расчет параметров генератора импульсов на КМОП
При проектировании генератора импульсов на КМОП-микросхемах необходимо рассчитать следующие основные параметры:
- Частота генерации импульсов
- Скважность импульсов
- Длительность импульса и паузы
- Номиналы времязадающих резисторов и конденсатора
F = 1 / (1.4 * (R1 + R2) * C)
Где R1 и R2 — сопротивления резисторов, C — емкость конденсатора.
Скважность импульсов рассчитывается как:
Q = (R1 + R2) / R1
Длительность импульса и паузы:
tи = 0.7 * R1 * C tп = 0.7 * R2 * C
Наиболее распространенные схемы генераторов на КМОП
Среди схем генераторов импульсов на КМОП-микросхемах наиболее часто применяются:
- Генератор на одном инверторе или триггере Шмитта
- Генератор на двух инверторах
- Генератор на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ
- Генератор с раздельной регулировкой длительности импульса и паузы
- Генератор с плавной регулировкой частоты
Рассмотрим подробнее схему простейшего генератора на одном инверторе:
«` «`В этой схеме генерация импульсов происходит за счет периодического заряда и разряда конденсатора C через резисторы R1 и R2. Инвертор обеспечивает быстрое переключение и формирование крутых фронтов импульсов.
Области применения генераторов импульсов на КМОП-микросхемах
Генераторы импульсов на КМОП-микросхемах нашли широкое применение в различных областях электроники и приборостроения:
- Тактовые генераторы для цифровых устройств
- Формирователи сигналов в измерительной технике
- Генераторы развертки в осциллографах
- Источники тестовых сигналов
- Генераторы ШИМ-сигналов для управления двигателями
- Задающие генераторы в системах связи
- Формирователи временных интервалов в таймерах
Особенности настройки генераторов импульсов на КМОП
При настройке генераторов импульсов на КМОП-микросхемах следует учитывать некоторые особенности:
- Влияние температуры на частоту генерации
- Зависимость параметров от напряжения питания
- Необходимость развязки по питанию для уменьшения помех
- Ограничение минимальной емкости конденсатора (не менее 100 пФ)
- Желательность использования малоиндуктивных резисторов
Как правильно настроить генератор импульсов на КМОП для стабильной работы? Вот несколько рекомендаций:
- Используйте качественные компоненты с малым разбросом параметров
- Обеспечьте хорошую развязку по цепям питания
- Минимизируйте длину проводников в высокочастотной части
- При необходимости применяйте температурную компенсацию
- Для точной настройки частоты используйте подстроечные конденсаторы
Сравнение генераторов на КМОП с другими типами генераторов
Генераторы импульсов на КМОП-микросхемах имеют свои особенности по сравнению с другими типами генераторов. Рассмотрим их основные отличия:
| Параметр | Генераторы на КМОП | LC-генераторы | Кварцевые генераторы |
|---|---|---|---|
| Диапазон частот | От единиц Гц до десятков МГц | От сотен кГц до сотен МГц | От кГц до сотен МГц |
| Стабильность частоты | Средняя | Низкая | Очень высокая |
| Энергопотребление | Низкое | Среднее | Низкое |
| Простота реализации | Высокая | Средняя | Низкая |
| Стоимость | Низкая | Средняя | Высокая |
Как видно из сравнения, генераторы на КМОП-микросхемах обладают оптимальным сочетанием характеристик для многих применений, особенно там, где важны низкое энергопотребление и простота реализации.
Перспективы развития генераторов импульсов на КМОП-микросхемах
Несмотря на появление новых технологий, генераторы импульсов на КМОП-микросхемах продолжают активно развиваться. Основные направления их совершенствования включают:
- Повышение рабочих частот за счет уменьшения технологических норм производства микросхем
- Улучшение температурной стабильности параметров
- Снижение энергопотребления для применения в портативных устройствах
- Разработка специализированных КМОП-микросхем для генерации импульсов с заданными характеристиками
Какие инновации ожидают генераторы импульсов на КМОП в ближайшем будущем? Вероятно, мы увидим:
- Появление КМОП-генераторов с цифровым синтезом частоты
- Интеграцию генераторов в системы на кристалле (SoC)
- Расширение частотного диапазона до сотен МГц
- Улучшение джиттера и фазового шума выходного сигнала
- Развитие программно-конфигурируемых КМОП-генераторов
Таким образом, генераторы импульсов на КМОП-микросхемах остаются востребованными и перспективными устройствами, находя новые области применения в современной электронике.
Генераторы импульсов на цифровых КМОП микросхемах
Так, товарищи! Заканчиваем банкет, убираем рыбные закуски.Не забываем, что на сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара России, мы обсуждаем наболевшее: «Исследование разнообразных схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП».
Развиваем сюжетную линию, плавно переходим к генераторам прямоугольных импульсов с несимметричной формой сигнала, а также генераторам с изменяемой скважностью выходных импульсов.
Для начала определимся — для чего, собственно, когда и с чем потреблять само понятие «скважность импульсного сигнала»?
Тут как нельзя всё просто: Скважность = Т/tи, где
Т-полный период колебаний,
tи — длительность импульса,
tп — длительность паузы.
При величине скважности, равной 2, импульсный сигнал имеет симметричную форму (меандр), во всех остальных случаях —
несимметричную (не меандр).
Рис.1
Теперь также плавно, без рывков и резких падений, переходим с схемотехническим изыскам.
Отличие несимметричных генераторов от устройств, описанных на предыдущей странице, как правило, сводится к утяжелению схемы дополнительным резистором и парой диодов для разделения цепей заряда конденсатора разнополярными токами.
|
Рис.2 |
F = 0,77/((R1+R2)×C1)) Схема обладает весомым параметром потребления тока. 
|
|
Рис.3 |
F = 0,86/((R1+R2)×C1)) |
|
Рис.4 |
В случае необходимости получить плавную регулировку скважности при неизменной частоте имеет смысл обратить внимание на схему, приведённую
на Рис.4. |
|
Рис.5 |
F = 0,86/((2*R1+R2)×C1)) |
Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С.
Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах И—НЕ, ИЛИ—НЕ, триггерах Шмитта, или инверторах.
Идём дальше к таблице для расчёта номиналов элементов генераторов, исходя из заданной частоты генерации и скважности
выходных импульсов.
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ БЕЗ ПЛАВНОЙ РЕГУЛИРОВКИ СКВАЖНОСТИ.
Бросив беглый взгляд на Рис.1, легко заметить, что значение скважности импульсов должно быть больше 1.
Теоретически величины сопротивлений резисторов R1 и R2 должны быть не менее 1кОм, однако на практике,
для минимизации влияния выходного сопротивления микросхемы на частоту сигнала, рекомендуется выбирать значения сопротивления
этих резисторов — не менее 10кОм. Поэтому послеживайте за рассчитанным значением R2, если оно не вписывается в нужный диапазон —
повышайте номинал R1.
| Выбор схемы генератора |   Рис.2 Рис.3 | |
| Сопротивление резистора R1 (кОм) | ||
| Частота генератора F | ГцкГц | |
| Скважность импульсов | ||
| Ёмкость конденсатора С1 | ||
| Сопротивление резистора R2 (кОм) | ||
| Период повторения импульсов T | ||
| Длительность импульсов tи |
И под занавес —
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ C ПЛАВНОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ СКВАЖНОСТИ.
R1 — не менее 1кОм, желательно — не менее 10кОм.
Пределы изменения длительности импульса — больше 1.
| Выбор схемы генератора |   Рис.4 Рис.5 | |
| Сопротивление резистора R1 (кОм) | ||
| Частота генератора F | ГцкГц | |
| Пределы изменения длительности tи (разы) | ||
| Ёмкость конденсатора С1 | ||
| Сопротивление резистора R2 (кОм) | ||
| Период повторения импульсов T | ||
| Минимальная длительность импульсов tи | ||
| Максимальная длительность импульсов tи | ||
| Минимальная скважность импульсов | ||
| Максимальная скважность импульсов |
Генератор импульсов с независимым регулированием частоты и скважности
Не так давно мне потребовалось собрать генератор прямоугольных импульсов со сравнительно мощным выходом и плавным ручным регулированием частоты и скважности.
Имея некоторый опыт, я сразу решил, что основой генератора должна стать микросхема-таймер NE555 (КР1006ВИ1). Её выпускают не один десяток лет, она дёшева, надежна, имеет отличные характеристики и легко согласуется с логическими микросхемами структуры КМОП и ТТЛ. Напряжение питания таймера может лежать в пределах от 5 до 15 В, а выход выдерживает ток нагрузки до 200 мА.
К сожалению, поиск в Интернете подходящей схемы генератора не дал результата. Все найденные страдали одним и тем же недостатком — при изменении частоты менялась и скважность выходных импульсов. Или же регулировка скважности плавная, а частота — ступенчатая, с помощью переключателя. В результате нужный генератор был разработан самостоятельно.
Как известно, в таймере NE555 имеются два компаратора напряжения. Порог срабатывания одного из них (условно верхнего) без подключения дополнительных резисторов равен 2/3 напряжения питания, а второго (нижнего) — в два раза меньше. Напряжение на времязадающем конденсаторе при работе генератора колеблется между этими порогами.
Для изменения скважности известен классический приём — подать напряжение с выхода микросхемы через разнонаправленные диоды на крайние выводы переменного резистора, регулирующего скважность, а его движок соединить с времязадающим конденсатором. При такой регулировке частота импульсов не изменяется, так как сумма сопротивлений резисторов, через которые заряжается и разряжается конденсатор, остаётся постоянной.
Но как плавно регулировать частоту, не изменяя скважность? Я решил делать это, управляя разностью порогов срабатывания компараторов. Чем она меньше, тем меньше при прочих равных условиях уходит времени на перезарядку конденсатора от одного порога до другого и обратно, тем выше становится частота импульсов.
В микросхеме NE555 верхнее пороговое напряжение выведено на вывод 5, а для нижнего внешний вывод, к сожалению, не предусмотрен. Если подключить между выводом 5 и общим проводом переменный резистор, он будет одновременно регулировать оба порособрать генератор прямоугольных импульсов со сравнительно мощным выходом и плавным ручным регулированием частоты и скважности.
Имея некоторый опыт, я сразу решил, что основой генератора должна стать микросхема-таймер NE555 (КР1006ВИ1). Её выпускают не один десяток лет, она дё-
га. Однако нижний останется равным половине верхнего, «отдаляясь» от плюса напряжения питания генератора медленнее, чем верхний порог «приближается» к его минусу. Это сказывается на относительной скорости нарастания и спада напряжения на конденсаторе и приводит к изменению скважности импульсов при регулировке частоты.
Рис. 1
Проблему удаётся решить, собрав генератор по схеме, изображённой на рисунке. Здесь внутренний нижний компаратор таймера DA2 заменён внешним, собранным на отдельной микросхеме DA1. Его неинвертирую-щий вход соединён с времязадающим конденсатором С1, а к инвертирующему входу подключён делитель напряжения из резисторов R2, R3, R6-R8, задающий порог срабатывания. При разомкнутой цепи переменного резистора R7 или при его очень большом сопротивлении порог срабатывания компаратора DA1 точно такой же, как у отключённого внутреннего компаратора таймера DA2 — 1/3 напряжения питания.
Этого равенства добиваются подстроенным резистором R3. Уменьшая сопротивление переменного резистора R7, симметрично относительно половины напряжения питания сближают пороги верхнего компаратора таймера DA2 и внешнего компаратора DA1. В результате частота импульсов растёт, а их скважность, установленная переменным резистором R4, остаётся неизменной.
Нужно сказать, что в первом варианте генератора, схему которого я опубликовал на форуме интернет-портала KAZUS.RU http://kazus.ru/forums/ showthread.php?t=94852, резистор R6 отсутствует. Но, как выяснилось, без него не удаётся добиться полной симметрии порогов, мешает имеющийся внутри таймера соединённый с его выводом 5 делитель напряжения, формирующий из верхнего порога нижний. Резистор R6, сопротивление которого равно сумме сопротивлений резисторов этого делителя, компенсирует его влияние, делая симметричной полную схему формирования порогов.
Субъективно качество балансировки можно оценить, подключив между выводом 3 таймера и общим проводом вольтметр постоянного напряжения.
Его показания должны зависеть только от положения переменного резистора R4. При регулировке частоты переменным резистором R7 они изменяться не должны. Этого добиваются с помощью подстроенного резистора R3. Если частота импульсов настолько низка, что стрелка вольтметра колеблется им в такт, следует подключить вольтметр к таймеру через интегрирующую RC-цепь с достаточно большой постоянной времени или временно повысить частоту импульсов, установив конденсатор С1 меньшей ёмкости.
При указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания 15 В переменный резистор R7 регулирует частоту импульсов приблизительно от 50 до 830 Гц. Однако снижение напряжения питания до 5 В ведёт к уменьшению частоты почти в два раза. В связи с этим желательно питать генератор стабилизированным напряжением.
Нагрузочная способность выхода таймера NE555 позволяет напрямую управлять довольно мощными исполнительными устройствами и ключевыми элементами. Это обстоятельство, а также возможность независимого регулирования частоты и скважности может обусловить широкий спектр применения генератора.
Автор: П. Галашевский, г. Херсон, Украина
операционный усилитель — генератор прямоугольных импульсов с переменной частотой и рабочим циклом
Задавать вопрос
спросил
Изменено 1 год, 5 месяцев назад
Просмотрено 715 раз
\$\начало группы\$
Я переоборудую свой сварочный аппарат TIG постоянного тока на переменный ток для сварки алюминия. У меня есть H-мост на выходе сварочного аппарата, и для его управления я использую 2 полумостовых драйвера IR2104. Для тестирования я использовал простой таймер NE555 для управления H-мостом, но когда я меняю частоту, он также меняет рабочий цикл, поэтому я постоянно подключал его к осциллографу, чтобы контролировать выходной сигнал.
Я попытался использовать триггер Шмитта для генерации прямоугольной волны с переменной частотой, затем преобразовал ее в треугольную волну и подал ее в компаратор, чтобы получить переменный рабочий цикл. Это работает, но когда частота изменяется, напряжение треугольной волны меняется от почти 0-3 Впик-пик до 0,5Впик-пик или даже меньше. Так что у меня есть 2 варианта:
а) сделать что-нибудь с колебаниями напряжения треугольной волны или
б) построить другую цепь.
ИМО способ генерации треугольной волны и последующего преобразования ее в квадратную ШИМ не так уж и плох. Еще я пробовал использовать 2 NE555, один из которых управлял другим через триггерный вход. И вторая попытка — генерация треугольной волны с помощью операционных усилителей, но оба метода не сработали. Таким образом, мне нужен генератор прямоугольных импульсов с:
— переменный рабочий цикл 50-95%,
— переменная частота 20-400Гц.
Будем признательны за любые подсказки о том, как этого добиться.
- операционный усилитель
- ШИМ
\$\конечная группа\$
9
\$\начало группы\$
Эта схема работает по тому же принципу, что и триггер Шмитта и генератор треугольных импульсов, за исключением того, что в этой схеме две секции заключены в петлю обратной связи.
Контур обратной связи означает, что триггер Шмитта изменяет состояние при одних и тех же пороговых уровнях напряжения независимо от изменения частоты. Поэтому выходной сигнал интегратора в виде треугольной волны остается с постоянной амплитудой при изменении частоты.
Вероятно, потребуются некоторые усилия для настройки значений резисторов и постоянной времени интегратора, чтобы получить правильный диапазон частот, уровни запуска и процент ШИМ.
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
В наши дни существует способов более современных способов создания волны с переменной шириной импульса, чем 555.
Также инвестируйте в некоторые серьезные драйверы затвора, если вы не хотите сжечь свой мост: 555 ограничен примерно 200 мА источник/приемник. Драйверы затворов меньшего размера могут выдавать пиковый ток 1 А, а некоторые с пиковым током не менее 8 А (в зависимости от размера ваших MOSFET/IGBT!)
Я понятия не имею о критериях выбора коэффициента ШИМ для сварочного аппарата… если он выбирается вручную, вы можете использовать крошечный MCU или что-то вроде LTC6992 (на самом деле вся серия timerblox подозрительно похожа на различные приложения 555) . Если необходимо поддерживать постоянный ток или напряжение, рынок почти переполнен ШИМ-контроллерами (некоторые из них со встроенными драйверами затвора)
\$\конечная группа\$
1
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
импульсов%20генератор%20переменный%20рабочий%20цикл техническое описание и примечания по применению
Лучшие результаты (6)
| Часть | ECAD-модель | Производитель | Описание | Техническое описание Скачать | Купить часть |
|---|---|---|---|---|---|
| UC1843TD1 | Инструменты Техаса | ШИМ-контроллер текущего режима 0- | |||
| UC1843TD2 | Инструменты Техаса | ШИМ-контроллер текущего режима 0- | |||
| LM5026SD/НОПБ | Инструменты Техаса | ШИМ-контроллер Active Clamp Current Mode 16-WSON | |||
| LM5041SD | Инструменты Техаса | Каскадный ШИМ-контроллер 16-WSON от -40 до 125 | |||
| UC1846VTD2 | Инструменты Техаса | ШИМ-контроллер токового режима 0– 0–0 | |||
| UCC3810TD2 | Инструменты Техаса | Двухканальный ШИМ-модуль синхронизированного тока 0- |
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
