Generatori di Segnali con Porte Logiche - Corsi di Laurea...

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo E - 7 n. 1 - 14/11/97

ELETTRONICA II

Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino

Parte E: Circuiti misti analogici e digitali

Lezione n. 23 - E - 5:

Oscillatori a quarzoAstabili e multivibratori


Circuiti misti analogici e digitali 5

• Monostabili rigenerativi

• Multivibratori

• Generatore di onda quadra con porte logiche

• Formatori di funzione

• Oscillatori a quarzo

• Segnale di clock sincronizzato


Monostabili derivativi

t

VT

VO

VOVI

τ = R C

VT = VH e

T = τ loge (VH/VT)

-T/τ

T

R

C


Risposta a onda quadra

τ

R

C

VO

t

VIVH

0


Comando breve

t

VT

VO

VOVI

Se il segnale di comandoha durata T’ inferiore a T,l’impulso di uscita hadurata T’

T’ < T

R

C


Monostabile rigenerativo

R

Ct

VOVIV’I

L’impulso di ingresso viene “allungato” dallareazione attraverso laporta OR


Monostabili commerciali

• La famiglia 54/74 comprende alcunimonostabili integrati

• Ingressi diretti e invertenti, a trigger

• Durata dell’impulso determinata daun gruppo RC esterno

• Uscita diritta e negata


Generatori astabili

• Bistabili: Flip-Flop

• Monostabili: integrativi, derivativi, rigenerativi, ....

• Astabili: generatori di segnaleMonostabili in cascataGeneratori con porta a triggerAltri circuiti


Monostabili in cascata

A

B

T1

T2

T1 T2

A B


Altri tipi di multivibratori astabili

• Qualunque tipo di generatore visto inprecedenza

• Oscillatori ad anello di inverter

• Generatore con porte in linearità




• Multivibratori






Generatori con porte logiche

• Il generatore di onde quadre già visto conA.O. puó essere realizzato mediante porteinvertenti con ingresso a Schmitt trigger(con isteresi)

_

C

R


Generatore con porta a trigger

• La resistenza R e’ percorsa da IIH e IIL, piu’ lacorrente di carica e scarica del condensatore

• La resistenza va scelta in modo tale che lacaduta ai suoi capi sia inferiore ai margini dirumore

• Per porte CMOS, con soglie a circa 1/3 e 2/3della tensione di alimentazione, il periodovale approssimativamente ~ 1,4 τ = 1,4 R C


Varianti al circuito base

• E’ possibile ottenere variazione di frequenzae duty cycle con le stesse tecniche viste peril circuito con comparatore

• Una porta con uscita OC permette direalizzare semplici generatori di impulsicontrollati in corrente


Generatore controllato in corrente

C

IC

VO

VO

L’uscita OC puó soloscaricare il condensatore


Onda quadra a duty cycle 50%

• La simmetria dei parametri e dei componentinon garantisce una perfetta simmetriadell’onda quadra.

• Un’onda quadra perfettamente simmetrica sipuò ricavare da un segnale impulsivo con undivisore modulo 2.




• Multivibratori






Oscillatori sinusoidali

• Ad anello chiuso: Con Amplificatori Operazionali

(Corso di Elettronica I, lez. 35)Con transistori (LC, a quarzo)

(Millmann, Cap. 15.4 e 15.5)

• Ad anello aperto:Formatori di funzioneSintesi di forma d’onda (conv. D/A)

(Prossime lezioni)


Formatori di funzione

• Dal segnale triangolare è possibile ottenere unsegnale sinusoidale, tramite un amplificatorecon funzione di trasferimento non-lineare

I

O

OI


Funzione di trasferimento

VI

VO


Circuiti formatori di sinusoide

• Amplificatori con elementi non-lineari(diodi) nella rete di reazione

approssimazione continua (legge esponenziale, legge quadratica,...)

approssimazione a tratti


Esempio: caratteristica I/V di diodo

I

VV

I


Circuito logaritmico con AO

-

+

VI VU

R

VI VU




• Multivibratori






Oscillatori sinusoidali

• Principio generale:

anello con reazione positiva;

elemento con caratteristiche (fase, modulo)fortementi dipendenti dalla frequenza:

Ponte RC Circuito risonante LC

Risuonatore elettromeccanico(Cristallo piezoelettrico, ...)


Caratteristiche dei quarzi piezoelettrici

• Materiale che si deforma in presenza di uncampo elettrico, e genera tensione elettrica sesottoposto a sollecitazioni meccaniche

• Il rapporto tra energia consumata e restituita èmolto buono alla frequenza di risonanza

• L’impedenza elettrica varia bruscamente infunzione della frequenza


Struttura di un quarzo

Z

ω

cristallo di quarzo

elettrodi metallici


Oscillatori e generatori a quarzo

• Se inserito nell’anello di reazione di unoscillatore ne determina la frequenza dioscillazione con elevata precisione e stabilitá

• Oscillatori sinusoidali:con AOcon transistori

• Generatori onda quadraoscillatori con quarzo e porte logiche


Oscillatori a quarzo con porte

Figura non disponibile:

riferirsi al libro di testo Millman.




• Multivibratori






Sincronizzazione di un oscillatore

• Segnali sincroni o sincronizzati:riferimento temporale comune

• Non sono ottenibili con oscillatori separati(precisione, stabilitá)

• Richiedono circuiti appositi:Anelli ad aggancio di fase (VCO, CCO)Divisori sincronizzati

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