Генераторы тактовой частоты

Помимо одновибраторов в схемотехнике ЭВМ находят применение генераторы тактовых импульсов (автоколебательные генераторы). В любой ЭВМ имеется минимум один генератор тактовой частоты, генератор синхросигналов, управляющий работой процессора, запоминающих устройств и др. Наиболее простыми и малогабаритными генераторами являются мультивибраторы, выпускаемые в виде микросхем, имеющих выводы для подключения элементов, определяющих частоту генератора. Микросхемы генераторов можно построить на любых инвертирующих элементах. В релаксационных генераторах медленные изменения потенциалов и токов чередуются со скачкообразными. В таких схемах энергия источника питания преобразуется в энергию колебаний. В релаксационном генераторе в течение одной части периода энергия запасается в реактивном элементе, обычно в конденсаторе, а в другую часть периода выделяется в виде теплоты в резисторах схемы. Одна из схем таких генераторов приведена на рис. 12.12.

Для возникновения автоколебательного процесса рабочая точка усилительного элемента должна быть выведена на наклонный участок проходной характеристики. Для этого параллельно входу логического элемента можно подключить резистор R_д (на схеме показан пунктиром). Регенеративный процесс начинается после снижения потенциала на входе элемента DD1 (в точке 1) до порогового потенциала U_пор в интервале от t₁ до t₂. Величина порогового напряжения на рис. 12.12, б показана штриховой линией. Заканчивается процесс переключением элементов DD1 и DD2 в противоположные состояния, возникновением импульса U₂ и передачей фронта напряжения с выхода элемента DD2 через конденсатор C на вход элемента DD1. С этого момента потенциал в точке 1 снова будет стремиться к пороговому уровню с постоянной времени R_дC, и процесс повторяется.

а б

Рис. 12.12. Схема мультивибратора (а) и временные диаграммы (б)

Величина резистора R_д, подключаемого параллельно входу, зависит от параметров элементов входного каскада инвертора. Значение R_д для ТТЛ-схем 155 серии имеет величину около 2,9 кОм и достаточно критично – незначительное отклонение от оптимального значения приводит к срыву генерации. Более эффективно включение резистора R с выхода на вход, как показано на рис. 12.12, а. В этом случае режим автоколебаний обеспечивается при изменении резистора R в диапазоне приблизительно от 1,0 до 0,1 кОм. Для ТТЛ-схем процесс асимметричен: выше порогового уровня входной ток элемента DD1 не превышает десятков мкА, а ниже порога может быть более 1 мА, т. е. дает заметную добавку к зарядному току резистора, поэтому полупериод Т₂ обычно короче полупериода Т₁. Буферный элемент DD3 (рис. 12.12, а) вместо точки 3 может быть подключен к точке 2.

Нестабильность частоты подобных генераторов достаточно велика. Если нужна высокая стабильность частоты, применяют кварцевые генераторы. Один из вариантов такого генератора представлен на рис. 12.13.

Рис. 12.13. Схема мультивибратора с кварцевой стабилизацией

Рассмотренные выше ждущие мультивибраторы можно также использовать для построения генераторов прямоугольных импульсов [11]. При этом два одновибратора замыкаются в кольцо так, что каждый из них запускает другой после окончания своего выходного импульса (рис. 12.14). Один ждущий мультивибратор формирует длительность импульса, а другой определяет паузу между импульсами. Изменяя номиналы резисторов и конденсаторов, можно получить нужные соотношения длительностей импульса и паузы.

Рис. 12.14. Генератор импульсов на двух одновибраторах 155АГ3

Иногда требуется получить генератор, выходная частота которого могла бы изменяться в достаточно широких пределах. В этом случае в качестве частотозадающего элемента в генераторе может быть использован элемент с изменяемыми параметрами, например варикап или полевой транзистор. Схема такого генератора, управляемого напряжением, приведена на рис. 12.15. Учитывая, что сопротивление полевого транзистора может изменяться в пределах от 10 Ом до 10 МОм, генерируемая частота тоже может изменяться в десятки и сотни раз.

Рис. 12.15. Схема генератора, управляемого напряжением

Примером специализированных микросхем-генераторов могут служить микросхемы 531ГГ1 и 564ГГ1 [11, 17]. Эти микросхемы допускают изменение частоты выходных импульсов с помощью уровней двух входных управляющих напряжений. Одно из входных напряжений позволяет управлять частотой генерируемых импульсов, а другое – регулировать диапазон изменения частоты. Поэтому они называются также “генераторы, управляемые напряжением”, или ГУН.

Поиск по сайту: