Проектирование мультивибратора на трёх логических элементах серии КМОП
Министерство
образования и науки
Новосибирский
государственный технический университет
Курсовая
работа
по
дисциплине "микроэлектроника"
на
тему:
"Проектирование
мультивибратора на трёх логических элементах серии КМОП"
Факультет: РЭФ
Группа: РМ2-01
Преподаватель:
Орлик В.В.
Студент: Колосов
П.А.
Новосибирск,
2013
Введение
Генераторы - специальные элементы цифровых
устройств, предназначенные для формирования последовательности электрических
сигналов различной формы. Генераторы обеспечивают работу цифрового устройства
во времени по закону, определяемому внутренней структурой устройства, и
характеризуются частотой сигнала, стабильностью частоты, возможностью
управления частотой, формой сигнала, скважностью и т.п.
При построении генераторов на основе цифровых
интегральных схем, для обеспечения используются усилительные свойства
логических инверторов. Поэтому для обеспечения устойчивых колебаний необходимо
вывести ЛЭ на линейный участок передаточной характеристики - участок между
логическим нулем и единицей. После этого остается ввести положительную ОС по
напряжению с помощью конденсаторов. Основу активной базы мультивибраторов
составляют инверторы, охваченные комбинациями отрицательной и положительной
обратной связи. Отрицательная обратная связь вводится с целью вывода инвертора
по постоянному току на линейный участок передаточной характеристики,
положительная обратная связь обеспечивает условия регенеративного процесса.
1. Исходные
данные
п=15В,
f0=40kГц.
Для проектирования мультивибратора выбрана схема
КР1561ЛА9, которая имеет следующие основные параметры:
2. Принципиальная
схема мультивибратора
В качестве генератора прямоугольных импульсов
(ГПИ) выбираем распространенную схему мультивибратора на логических элементах
ИЛИ-НЕ
генератор цифровой интегральный
мультивибратор
R1
осуществляет отрицательную обратную связь. Величина этого резистора для серии
КМОП - десятки и сотни кОм.
R2
играет вспомогательную роль, ограничивая бросок тока на входе ЛЭ D1.
С1 осуществляет положительную
обратную связь.
. Работа схемы
Рассмотрим подробнее работу генератора с
момента, когда на входе D1
напряжение равно "0". В этом случае на выходе элемента D2
напряжение также равно "0", а на выходе D3
- "1". Конденсатор С заряжается через резистор R1
по экспоненте, напряжение на его левой обкладке при этом стремится в пределе к
напряжению питания (рис. 3,а). Когда напряжение на входе D1
подойдёт к порогу переключения, напряжение на выходе D1
начнёт плавно снижаться (рис. 3,б) и когда оно приблизится к порогу
переключения элемента D2,
напряжение на выходе D2
начнёт повышаться (рис. 3,в). Небольшое повышение на выходе элемента D2
передастся через конденсатор С на вход D1,
что вызовет лавинообразный процесс переключения всех ЛЭ генератора. Напряжение
на выходе элемента D3
станет равным "0", на входе D1
несколько превысит напряжение питания, начнётся процесс перезаряда конденсатора
с плавным уменьшением напряжения на входе D1
рис. 3
4. Расчёт
характеристик и элементов схемы
Проведем приближенный расчет длительностей tи1,
tи2, предположив, что выходные сопротивления ЛЭ достаточно малы, уровень
логического нуля близок к нулю, а уровень логической единицы обозначим через
U1.
=1/f0
Постоянная времени:
τ = С1(R1+R2)
Длительность импульса в схеме:
Длительность пауз между импульсами
равна:
Сумма длительностей определит период
колебаний:
Для случая R2<<R1
и UПО = UП1 = 1/2U1 получим приближенное
значение для периода T:
Исходя, из и начальных данных
определим период колебаний и постоянную времени:
=25мкс; τ=T/1,4 ≈
18мкс
Исходя из условия: R2<<R1,
примем сопротивление R2=50кОм и R1=0,5кОм
Определим ёмкость конденсатора C1:
Найдём длительности импульса и паузы:
Таким образом, скважность S:
Заключение
В заключении можно подвести итог проделанной
работы и оценить характеристики рассчитанной схемы. Итогом работы является
мультивибратор на трёх ЛЭ. Также были выбраны и рассчитаны активные и пассивные
элементы схемы и показатели схемы.
Список литературы
1. Подъяков Е.А., Орлик В.В.
Электронные цепи и микросхемотехника. Ч.4. Импульсные и цифровые устройства:
Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. - 116с.
2. Бирюков С.А. Применения
цифровых схем серий ТТЛ и КМОП. - 2-е изд., стер. - М.: ДМК, 2000. - 240с.