Тема мого курсового проекту - проектування схеми мультивібратора на двох елементах КМОП.
Мультивибратор - це найпростіший генератор імпульсів. Працює він в так званому режимі "Автоматичне створення" - тобто при подачі живлення починає сам генерувати імпульси без стороннього втручання.
У цифрових пристроях на мікросхемах велику роль відіграють різні формувачі імпульсів - від кнопок і перемикачів, з сигналів з пологими фронтами, що диференціюють ланцюга, а також мультивібратори.
В даний час майже кожне підприємство використовує різні радіотехнічні та електроприлади, до складу яких входять мультивібратори, саме тому моя тема є актуальною.
Основна проблема: визначити за матеріалами на тему мого курсового проекту. як проектувати схему мультивібратора на двох елементах кмоп.
1. Вивчити спеціальну літературу з проектування схеми мультивібратора на двох елементах КМОП.
3. Проектування логічної і електричної схеми мультивібратора.
4. Розрахунок параметрів елементів схеми.
Мета роботи. за допомогою всієї даної і знайденої мною літератури зрозуміти і спроектувати схему мультивібратора на двох елементах КМОП, для цього мені слід розібратися у всьому теоретичному матеріалі: з'ясувати, що таке мультивибратор, які вони бувають, що таке КМОП мікросхеми і так далі.
Об'єктом моєї роботи є мультивибратор на двох елементах КМОП.
Предмет дослідження - різні відомості з даної теми, взяті з книг, з різних сайтів в інтернеті.
Мультивибратор як основний вузол цифрових пристроїв
Основні характеристики мультивибратора
Мультивибратор - релаксаційний генератор електричних прямокутних коливань з короткими фронтами.
В електронній техніці використовуються найрізноманітніші варіанти схем мультивибраторов, які розрізняються між собою за типом використовуваних активних компонентів (лампові, транзисторні, тиристорні, мікроелектронні та інші), що розрізняються режимом роботи (автоколебательний, що чекають, з зовнішньою синхронізацією синхронізації), видам зв'язку між підсилювальними елементами , способам регулювання тривалості і частоти генерованих імпульсів і іншими параметрами.
Мультивибратор відноситься до релаксаційної генераторам. Релаксаційний генератор є джерелом коливань, фор-ма яких відрізняється від синусоїдальної. Релаксаційні колі-банія бувають прямокутні, пилковидні і т. Д. Генератори релаксаційних коливань використовують для формування оди-нічних імпульсів і імпульсних послідовностей, ділення частоти, як запускають елементів, джерел синхро-нізірующего сигналу і т. Д.
Коливальний процес в релаксационном генераторі полягає в почерговому накопиченні енергії від джерела живлення нако-Питель і виділення її в вигляді тепла в резисторах схеми. Нако-Питель перемикається з процесу накопичення на виділення енергії за допомогою комутуючого пристрою при досягненні оп-ределенного рівня енергії. Управління коммутирующим уст-ройством проводиться по ланцюгу зворотного зв'язку. Таким чином, релаксаційний генератор обов'язково містить джерело енер-гии, накопичувач, комутуючі пристрій і ланцюг зворотного зв 'зи. Як комутуючого пристрою зазвичай використовують транзистор, що працює в ключовому режимі.
Релаксаційний генератор може працювати в одному з сле-дмуть режимів: режимі, автоколебательном, синхронізації і розподілу частоти.
У режимі очікування генератор має стан стійкої і квазіустойчівие рівноваги. Квазіустойчівие рівновагою називають такий стан генератора, при якому він, будучи ви-наведеним зі стану рівноваги, через деякий час повер-тається до цього стану завдяки внутрішнім процесам. Пе-реход з стійкої рівноваги в квазістійкий відбувається під дією імпульсів, що запускають, а назад генератор віз-обертається мимовільно через час, залежне від парамет-рів генератора.
У автоколивальних режимі стану стійкої равнове-ся немає, а існує два стану квазіустойчівие равнове-ся. В процесі роботи генератор переходить з одного квазіус-тойчивость стану в інше. Період коливань визначається параметрами генератора.
У режимі синхронізації на релаксаційний генератор дію-яття зовнішня синхронізуюча напруга. Генератор має також два квазіустойчівие стану, однак період коливань визначається синхронизирующим сигналом.
Серед великої кількості різноманітних релаксаційних гені-ратора можна виділити два типи в залежності від способу ор-ганізації зворотного зв'язку: мультивібратори і блокинг-генератори. Подібні генератори широко застосовуються в імпульсної тих-ніку. Мультивибратор є двохкаскадний устрій-ство, зворотний зв'язок в якому утворюється з'єднанням виходу одного каскаду зі входом іншого і, навпаки, за допомогою кон-денсаторов. Блокінг-генератор - це пристрій, зворотний зв'язок з виходу на вхід якого здійснюється через імпульсний трансформатор. Зворотній зв'язок в цих пристроях позитивна.
Малюнок 1 Симетричний мультивібратор
Симетричний мультивібратор з базовими времязадающімі ланцюгами має симетричну схему, яка показана на малюнку 1, а його тимчасові діаграми характерні тим, що напруга на колекторі відкритого транзистора, якщо він насичений (суцільна крива), за час імпульсу не змінюється. Величина різких перепадів напруги на колекторі замикати і на базі відмикає транзистора через дуже малого його вхідного опору пренебрежимо мала.
Симетричний мультивібратор являє собою двохкаскадний підсилювач з резисторно-ємнісними зв'язками. Параметри елементів Ra, з і Ср, включених в ланцюгах обох ламп, зазвичай однакові. Симетричні мультивібратори на лампах і транзисторах широко застосовуються в якості простих і надійних задаючих генераторів імпульсів в тих випадках, коли не потрібна висока стабільність частоти.
Симетричний мультивібратор на транзисторах працює за тим же принципом дії, що і ламповий.
Симетричний мультивібратор на лампах складається з двох каскадів на резисторах, в яких вихід одного каскаду ЛС-ланцюжком пов'язаний з входом іншого. Кожен каскад збирається на ідентичних елементах схеми. Кожен каскад схеми перевертає фазу напруги сигналу на 180, тому зворотний зв'язок між каскадами позитивна (баланс фаз дотриманий), внаслідок чого загальний коефіцієнт посилення / Сус1, отже, схема самовозбуждается. Так як кожен каскад пропускає досить велику смугу частот, самозбудження відбувається на багатьох частотах відразу. Це означає, що генерується широкий спектр частот. При цьому форма вихідної напруги являє собою періодичну послідовність імпульсів.
Малюнок 2 Мультивибратор на операційному підсилювачі
Принципово можна побудувати автоколебательний мультивибратор на инвертирующем компараторе з гістерезисом, показаний на малюнку 2, охопленому негативним зворотним зв'язком.
Дільник напруги з пари резисторів R4, включених в ланцюг зворотного позитивного зв'язку переводять ОУ в режим компаратора з гістерезисом по інвертується входу, до якого підключена інтегруюча ланцюжок R2, C1. При перемиканні компаратора з стан в стан відбувається зміна струму в інтегрує ланцюжку і конденсатор починає заряджатися в іншу сторону до досягнення іншого порога компараціі, і перемикання полярності напруги на виході ОУ. У цій схемі ОУ виконує відразу кілька функцій: джерела напруги розряду і заряду конденсатора, компаратора і вихідного ключа.
Рисунок 3 «класичний» двухтранзістроний мультивибратор
Схема, зазначена на малюнку 3, може перебувати в одному з двох нестабільних станів і періодично переходить з одного в інше і назад. Фаза переходу дуже коротка щодо тривалості перебування в станах завдяки глибокій позитивного зворотного зв'язку, що охоплює два каскади посилення.
Нехай в стані 1 Q1 закритий, Q2 відкритий і насичений, при цьому C1 швидко заряджається струмом відкритого базового переходу Q2 через R1 і Q2 майже до напруги харчування, після чого при повністю зарядженому C1 через R1 струм припиняється, напруга на C1 одно (струм бази Q2 ) · R2, а на колекторі Q1 - напрузі харчування.
При цьому напруга на колекторі Q2 невелика (рівне падінню напруги на насиченому транзисторі).
C2, заряджений раніше в попередньому стані 2 (полярність за схемою), повільно розряджається через відкритий Q2 і R3. При цьому напруга на базі Q1 негативно і цим напругою він утримується в закритому стані. Замкнений стан Q1 зберігається до того, поки C2 НЕ перезарядиться через R3 і напруга на базі Q1 не досягне порога його відмикання (близько +0,6 В). При цьому Q1 починає відкриватися, напруга його колектора знижується, що викликає початок замикання Q2, напруга колектора Q2 починає збільшуватися, що через конденсатор C2 ще більше відкриває Q1. В результаті в схемі розвивається лавиноподібний регенеративний процес, що приводить до того, що Q1 переходить у відкрите насичене стан, а Q2 навпаки повністю закривається.
Далі коливальні процеси в схемі періодично повторюються.
Тривалості перебування транзисторів в закритому стані визначаються постійними часу для Q2 - T2 = С1 · R2, для Q1 - T1 = C2 · R3.
Номінали R1 і R4 вибираються набагато менші, ніж R3 і R2, щоб зарядка конденсаторів через R1 і R4 була швидше, ніж розрядка через R3 і R2. Чим більше буде час зарядки конденсаторів, тим положе виявляться фронти імпульсів. Але відносини R3 / R1 і R2 / R4 не повинні бути більше, ніж коефіцієнти посилення відповідних транзисторів, інакше транзистори ми будуть відкриватися повністю.