Генератор опорной частоты.
Цифровые микросхемы широко используют для генерирования сигналов с различными параметрами. Благодаря большому коэффициенту усиления и хорошим частотным свойствам на базе логических элементов удается реализовать генераторы с частотой от долей герца до десятков и сотен мегагерц. В качестве частотно-задающих элементов генераторов используют RC, LC, RLC-цепи, а также пьезокерамические и кварцевые резонаторы.
В генераторе, выбранном для этой работы, используется RC-цепь и 3 инвертора. Принцип его работы основан на процессе зарядки-разрядки конденсатора С через резистор R. Через этот резистор осуществляется отрицательная обратная связь по постоянному току, а через конденсатор – положительная обратная связь по переменному току. Предположим, что в начальный момент конденсатор разряжен, на выходе элемента DD1.2 действует напряжение низкого уровня – начнется заряд конденсатора (рис.2, участок а). По мере его зарядки напряжение на DD1.2 увеличивается, а на выходе элемента DD1.1 – уменьшается (рис.2, участок б). Когда напряжение на выходе элемента DD1.1 станет соответствовать низкому уровню, выходное напряжение элемента DD1.2 начнет увеличиваться. Этот прирост напряжения через конденсатор поступает на вход элемента DD1.1. Это приводит к резкому уменьшению его выходного напряжения, а, значит, и к резкому увеличению выходного напряжения элемента DD1.2, что, в свою очередь, приводит к резкому уменьшению напряжения на выходе элемента DD1.1 и т.д. Таким образом, устройство скачком переключается в другое состояние – с напряжением высокого уровня на выходе элемента DD1.2 (рис.2, участок в).
С этого момента начнется перезаряд конденсатора, в результате чего напряжение на входе элемента DD1.1 уменьшается; а на его выходе – увеличивается (рис.2, участок г). Когда напряжение на выходе элемента DD1.1 достигает напряжения высокого уровня, устройство скачком переключается в исходное состояние и процесс повторяется. Элемент DD1.3 применяется здесь, чтобы уменьшить влияние нагрузки на частоту автогенератора. Данное устройство генерирует прямоугольные импульсы.
Рис.2 Временные диаграммы, поясняющие работу генератора
Рис.3 Функциональная схема генератора опорной частоты
В качестве элемента DD1 выбрана схема К155ЛН1. Для нормальной работы DD1.1 величину сопротивления R1 следует выбирать из диапазона 180 Ом – 470 Ом.
Значение генерируемой данной схемой частоты можно рассчитать по следующей формуле:
Допустим величина
R1
выбрана равной 280 Ом(последовательное
соединение резисторов номиналом 270 Ом
и 10 Ом). Используя формулу для заданной
частоты
вычислим величину С1.
.
Значение емкости должно соответствовать одному из стандартного набора (шкалы емкостей). Выберем ближайшее по величине к рассчитанному С1=496,019 пф(реализуем из последовательно соединенных емкостей номиналом 120пф и 910пф и подключенной параллельно к ним емкости номиналом 390пф).
Рассчитаем частоту генератора для выбранных R1=280 Ом и С1=496,019 пф.
.
Относительная погрешность формирования опорной частоты составит
.
Если в дальнейшем требуемый временной интервал будет получен путем деления опорной частоты в целое число раз, то точность задания временного интервала будет соответствовать точности установки частоты опорного колебания.