CMOSチップ上の信号発生器。スキーム、説明

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CMOSチップ上の信号発生器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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CMOS 発振器はアマチュア無線家に人気があります。これらは、測定器、可聴周波発生器、無線要素の状態をチェックするためのプローブ、無線機器のカスケードの設計に使用されます。この記事では、さまざまな機器の低周波および高周波コンポーネントをチェックおよび調整するためのプローブの形で作成できる、そのような発生器の XNUMX つの変形について説明します。

通常、プローブやキャリブレーターを設計するときは、広範囲で均一なスペクトルの信号を生成する短パルス発生器が使用されます。このような信号を使用すると、低周波 (LF) と高周波 (HF) の両方の無線機器のカスケードをすばやく確認できます。さらに、パルス持続時間は短いほど良く、スペクトルはより広く、より均一になります。

一般に、このような発生器は、方形パルス発生器自体と短パルス整形器という XNUMX つの主要コンポーネントで構成されます。一方、特別なシェイパーはCMOSマイクロ回路の論理要素ですでに利用可能であるため、特別なシェイパーなしで行うことができます。

たとえば、図に示すプローブ回路を考えてみましょう。 1. これはよく知られた RC 発電機で、この場合は約 1000 Hz の周波数で動作します (部品 R1、C1 の定格に依存します)。低周波数の矩形信号は、DD1.2 素子 (ピン 4) の出力から R2C3 回路を介して可変抵抗器 R4 に供給され、テスト対象ノードに供給される信号の振幅を滑らかに調整します。

CMOS信号発生器

高周波信号（短パルス）の出力はやや特殊です - 信号は超小型回路の電源回路に含まれる可変抵抗器 R3 から取得されます。この抵抗のスライダーを動かすことで、高周波出力信号のレベルを滑らかに調整します。

このようなシェーパの動作原理を、CMOS構造の論理素子の簡略化した回路に従って考えてみましょう（図2）。その基礎は、絶縁ゲートと異なるタイプのチャネル導電性を備えた XNUMX つの直列接続された電界効果トランジスタです。

CMOS信号発生器

抵抗器 R1 がトランジスタと直列に接続され、方形パルス U1 が素子の入力に印加されると、次のことが起こります (図 3)。

CMOS信号発生器

パルスの前部の持続時間は無限に小さくすることができないという事実と、トランジスタの慣性により、前部の動作時に両方のトランジスタがオープンになる瞬間が来ます。州。いわゆる貫通電流が流れます。その値は、超小型回路の種類と電源の電圧に応じて、単位から数十ミリアンペアの範囲になります。抵抗器は短い電圧パルス U2 を生成します。さらに、前線の行動時と後退時の両方。言い換えれば、最初のパルスの周波数が XNUMX 倍になります。

マイクロ回路素子の動作の中断を避けるために、抵抗器の抵抗値は大きくすべきではありません。これは、50 ～ 75 オームの抵抗を持つ低抵抗負荷を高周波出力に接続できることを意味します。

検討中の発電機では、高周波出力のパルスの最大振幅は 100 ～ 150 mV で、電源から消費される電流は 1,6 mA を超えません。この発生器は、DV および MW 帯域の 3H アンプ、4 プログラムスピーカー、ラジオ受信機のテストに使用するために設計されています。 XNUMX.

CMOS信号発生器

上記の原理に従って構築されていますが、発電機は 1 MHz の周波数で動作します。高周波電圧の短いパルスが抵抗器 R3 で形成され、コンデンサ C3 を介してテスト対象のカスケードに供給されます。高調波の振幅の周波数依存性を図に示します。 5 - 周波数 20 MHz での 1 mV から周波数 12 MHz での 80 μb まで減少します。ほとんどの場合、プローブに直面しているタスクを完了するにはこれで十分です。生成周波数はコンデンサ C1 と C2 を選択することによって正確に設定されます。発電機は電源から約 5 mA の電流を消費します。

CMOS信号発生器

6 つの CMOS チップ上で、説明した 1 つの設計を組み合わせた複合発電機を組み立てるのは難しくありません (図 XNUMX)。また、XNUMX つの出力も備えており、動作モードは SAXNUMX スイッチによって設定されます。

CMOS信号発生器

図に従ってスイッチの可動接点が低い位置では、LF 発生器のみが動作するため、LF 出力には矩形パルスが発生し、HF 出力には最大 1,5 MHz のスペクトル幅の短いパルスが発生します。。中央の位置では、水晶発振器のみが動作し、RF 出力には最大 80 MHz のスペクトル幅の信号が含まれます。同時に、LF 出力には信号がまったくありません。スイッチの可動接点が上の位置に移動すると、両方の発電機がオンになり、水晶発電機が低周波発電機の信号によって変調されます。

水晶共振器の品質係数が高いと、HF 発生器は LF 発生器信号によって適切に変調されない可能性があります。この場合、DD5 エレメントのピン 1.3 をスイッチから外してピン 6 に接続し、ワイヤをピン 8 からスイッチに接続する必要があります (ピン 4 と 9 および抵抗 R5 からは切り離されています)。

すべてのプローブジェネレーターの設計は任意ですが、安定した動作のために、部品間の接続は可能な限り短くする必要があります。

著者: I. Nechaev、クルスク

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