Проектирование и расчет генератора прямоугольных импульсов на ИМС серии К533

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРА ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

НА ИМС СЕРИИ К533

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Частота прямоугольных импульсов – F = 10 МГц;

Скважность импульсов – S = 2;

Использовать ИМС серии К533;

Выходные импульсы генератора должны быть ориентированы на подключение логических схем серии К533.

Содержание:

• Выбор или составление принципиальной схемы генератора.
• Расчет пассивных и активных элементов схемы.
• Расчет основных показателей генератора.

1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА

В качестве генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) выбираем распространенную схему мультивибратора на логических элементах – инверторах [1, рис.264]:

Это обычная схема мультивибратора на инвертирующих логических элементах, в которую включены разрядные диоды VD₁ и VD₂ для ускорения разряда конденсаторов и получении готовности схемы к выработке следующего импульса. Длительность импульса в такой схеме [1, стр.264]:

                                                            (1)

Где U¹,U⁰ – напряжение логической единицы и логического нуля для используемых ИМС, U_пор – соответствующий порог переключения.

Длительность пауз между импульсами равна [1, стр.264]:

                                                            (2)

Для формирования прямоугольных импульсов со скважностью S = 2 необходимо выполнения условия:

                                                   (2)

В нашем случае выбираем схему симметричного мультивибратора, для которого выполняются условия:

                                               (3)

Такой мультивибратор будет всегда давать на выходе симметричные импульсы – со скважностью S = 2, а период следования импульсов будет равен:

                           (4)

То есть, для получения генерации прямоугольных импульсов заданной частоты F = 1/T можно выбрать некоторый номинал емкости конденсаторов С, а затем подобрать номиналы сопротивлений R исходя из условия:

                                      (5)

Выбранная схема генератора рис.1 обладает существенным недостатком для практических применений – при подсоединении нагрузки в такой схеме из-за обратной связи может меняться частота генерации, амплитуда и нарушаться устойчивость генерации. Для устранения этих эффектов обычно используют дополнительный – буферный каскад усиления, в качестве которого в данном случае удобно использовать еще один инвертор. С учетом выбранной серии ИМС К533, корпусов ЛН1, содержащих 6 инверторов, получаем следующую практическую схему разрабатываемого генератора:

Питание ИМС ЛН1 выбранной серии осуществляется на вывод 14, вывод 7 – общий.

2. РАСЧЕТ ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

Напряжение питания микросхем выбранной серии U_П = 5 В, напряжение логической единицы на выходе схем U¹ = 3,5 В, логического нуля U⁰ = 0,3 В, пороговое напряжение переключения U_пор = 1,0 В [2]. Выбираем емкость конденсаторов:

                                                           (6)

Находим соответствующую величину сопротивлений резисторов:

                 (7)

Далее выбираем импульсные германиевые диоды VD1, VD2 типа Д311 [3], они обладают относительно малой емкостью, высоким быстродействием и малым прямым напряжением открывания перехода.

3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГЕНЕРАТОРА

Напряжение питания генератора определяется напряжением питания микросхемы микросхем выбранной серии U_П = 5 В, ток питания – не более I_П = 6 мА, коэффициент разветвления составляет K_р = 10, то есть, допускается подключение до 10 входов схем выбранной серии. Максимальное выходное напряжение генератора равно напряжению логической единицы на выходе схем U_max = U¹ = 3,5 В, минимальное напряжение равно напряжению логического нуля U_min = U⁰ = 0,3 В. Частота генерации прямоугольных импульсов скважности 2 равна F = 10 МГц.

В разработанном генераторе использовано три инвертора из шести имеющихся в одном корпусе, поэтому можно либо собрать на одной микросхеме два подобных генератора, либо использовать оставшиеся инверторы для увеличения коэффициента разветвления генератора по выходу. Если задействовать три оставшиеся инвертора в качестве буферных элементов, то коэффициент разветвления генератора по выходу возрастет с 10 до соответствующей величины 4×10 = 40.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и микросхемотехника. – М.: Высшая школа, 2002.

2.  Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. / М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. дубина и др. 2-е изд., перераб. и доп. – Минск: Полымя, 1996.

3.  Справочник: Диоды высокочастотные. Диоды импульсные. Оптоэлектронные приборы. Под ред. Голомедова А.В. М.: Радио и связь, 1994.