Генераторы периодических сигналов

При работе цифровых схем часто возникает задача синхронизации моментов изменения или записи сигналов. Для этого можно воспользоваться любым известным генератором периодических сигналов.

Генератор, в принципе, может быть построен на любом усилительном элементе, охваченном положительной обратной связью. Обобщённая схема генератора незатухающих колебаний приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Схема генератора.

Для самовозбуждения колебаний в такой схеме необходимо выполнить два условия:

1. Баланс фаз
2. Баланс амплитуд

Баланс амплитуд выполняется в случае, когда произведение коэффициента усиления усилителя K и коэффициента передачи цепи обратной связи b будет больше единицы:

Баланс фаз выполняется, если сумма фазового сдвига усилителя a и фазового сдвига цепи обратной связи j будет равным нулю или 360°:

В качестве усилительного элемента можно использовать любое устройство, обладающее усилением, в том числе транзистор или операционный усилитель. Однако в этом случае потребуется специальное устройство преобразования выходного сигнала генератора к цифровым логическим уровням, используемым в разрабатываемой схеме.

Намного проще было бы использовать для построения тактовых генераторов логические элементы. Так как любые логические элементы обладают усилением, то для построения генераторов можно использовать как инверторы, так и схемы логического "И-НЕ" и "ИЛИ-НЕ". В некоторых случаях для построения генераторов используют даже триггеры. Так как от параметров усилительного элемента в значительной степени зависят параметры генератора, то рассмотрим логический инвертор с точки зрения усилительных параметров.

 

Мультивибраторы

Еще одной распространённой схемой генераторов на логических элементах является схема мультивибратора. В этой схеме для реализации положительной обратной связи используется два инвертора. Каждый из усилителей осуществляет поворот фазы генерируемого сигнала на 180°. В результате реализуется баланс фаз. Схема мультивибратора приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. Схема мультивибратора, выполненная на двух логических инверторах.

Коэффициент усиления каждого из усилителей определяется соотношением резисторов R2/R1 и R4/R3. В этой схеме возможна независимая регулировка частоты и скважности генерируемых колебаний. Длительность импульсов и длительность паузы между импульсами регулируется независимо при помощи RC цепочек R1 C2 и R3 C1. Период следования импульсов Т определяется как сумма двух времен заряда конденсаторов:

Т = t_зар1 + t_зар2,

где t_зар1 = R2C2 ln(U¹/U_пор);
t_зар2 = R4C1 ln(U¹/U_пор).