Проектирование мультивибратора на трёх логических элементах серии КМОП

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 U_ПО = U_П1 = 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<<R_1, 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.