Zwei CMOS-Oszillatoren. Schema, Beschreibung

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Zwei CMOS-Oszillatoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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In Experimenten mit dem weit verbreiteten CMOS-Chip K176LA7 konnte der Autor zwei einfache Generatoren implementieren, die wir den Lesern anbieten.

In der Amateurfunkpraxis besteht häufig Bedarf an einem hochstabilen Generator, ein Quarzresonator mit der erforderlichen Betriebsfrequenz ist jedoch nicht zu finden. Wenn ein Resonator mit einer höheren Frequenz vorhanden ist, können Sie beispielsweise einen Generator mit Quarzfrequenzstabilisierung herstellen und ihn dann mit einem Teiler auf den gewünschten Wert reduzieren. Ein solches Gerät erfordert normalerweise mindestens zwei Mikroschaltungen. Wenn einem Funkamateur inzwischen ein Resonator mit einer Betriebsfrequenz zur Verfügung steht, die dreimal höher ist als die erforderliche, kann das Problem viel einfacher gelöst werden. Im Generator, dessen Schaltung in Abb. 1 verwendete der Autor einen Quarzresonator mit einer Frequenz von 500 kHz, und die Rechteckschwingungen am Generatorausgang hatten eine Frequenz von 166,(6) kHz. Sie können Resonatoren für andere Frequenzen (von mehreren zehn kHz bis zu mehreren MHz) verwenden, müssen jedoch den Kondensator C1 und den Widerstand R1 experimentell auswählen. (Je höher die Frequenz, desto niedriger sollten die Bewertungen sein und umgekehrt).

Doch wie funktioniert ein solcher Generator, wenn Quarz bei Frequenzen unterhalb der Grundfrequenz keine Resonanzen aufweist? Tatsache ist jedoch, dass in der Abbildung in Abb. 1 RC-Generator verfügt über alle Voraussetzungen für eine Selbsterregung. Tatsächlich bildet die Parallelkapazität des Quarzes und des Quarzhalters einen positiven Rückkopplungskreis, und der Widerstand R1 schließt den DC-OOS-Kreis, der den linearen Betrieb der ersten beiden Elemente des DD1-Mikroschaltkreises gewährleistet. Durch die Wahl des Widerstands R1 und des Kondensators C1 wird die Generatorfrequenz etwas niedriger als die durch drei geteilte Betriebsfrequenz des Quarzresonators eingestellt. Steile Flanken von Rechteckimpulsen regen den Resonator mit der ersten Grundfrequenz an. Die an seinen Anschlüssen auftretende Spannung mit einer Frequenz von 500 kHz synchronisiert den RC-Oszillator sehr eng und phasengenau.

Zwei CMOS-Oszillatoren

All dies kann mit einem Oszilloskop beobachtet werden, indem eine Sonde mit einer kleinen Eingangskapazität (um den Betrieb des Generators nicht zu stören) gemäß dem Diagramm an den rechten Ausgang des Quarzresonators angeschlossen wird. Der Bildschirm zeigt, wie Rechteckwellen mit einer Frequenz von 166 kHz mit Sinuswellen kleinerer Amplitude und einer Frequenz von 6 kHz überlagert werden. Das Synchronisationsband des beschriebenen Generators ist ziemlich groß, sodass destabilisierende Faktoren wie Änderungen bestimmter Grenzen der Versorgungsspannung, Temperatur und Elementnennwerte praktisch keinen Einfluss auf seinen Betrieb haben. Die Stabilität seiner Frequenz wird vollständig durch den verwendeten Quarzresonator bestimmt.

Ein anderer Generator verfügt im Gegensatz zu dem gerade beschriebenen über einen sehr großen Abstimmbereich, und hier muss nicht über die Frequenzstabilität gesprochen werden – sie wird vollständig (die Temperaturabhängigkeit wurde nicht untersucht) durch die Stabilität der Steuerspannung bestimmt. Die Generatorschaltung ist in Abb. dargestellt. 2. Es enthält nur einen Blockkondensator, der verhindert, dass Generatorschwingungen in den Frequenzregelkreis eindringen und ihn vor externen Störungen schützt. Es ist nicht am Betrieb des Generators selbst beteiligt. Alle Elemente der Mikroschaltung sind in Reihe geschaltet, die ersten drei enthalten einen Generator und das vierte enthält eine Ausgangspufferstufe.

Zwei CMOS-Oszillatoren

Der Rückkopplungskreis wird durch den Widerstand R1 gebildet; er ist für Gleichstrom negativ und sorgt somit für eine lineare Funktionsweise der Generatorelemente. In jedem von ihnen wird das Signal um eine bestimmte Zeit verzögert, und die Dauer dieser Verzögerung hängt stark von der Versorgungsspannung ab – je höher sie ist, desto kürzer ist die Verzögerung. Die Phasenverschiebung der Schwingungen ist proportional zum Produkt aus Verzögerungszeit und Frequenz. Bei einer ausreichend hohen Frequenz erreicht die Phasenverschiebung in jedem Element der Mikroschaltung 60 und in allen drei 180°. Dadurch wird der OOS positiv und der Generator wird mit dieser Frequenz erregt. Bei einer Erhöhung der Versorgungsspannung von 3 auf 12 V ändert sich die Frequenz des Generators von ca. 300 kHz auf 6 MHz, also um das 20-fache. Der Stromverbrauch steigt von Bruchteilen eines Milliampere auf 2 mA. Damit der Generator beispielsweise den Mittelwellenbereich (500...1600 kHz) abdecken kann, muss sich die Versorgungsspannung nur von 3,5 auf 5 V ändern. Der Frequenzbereich kann durch Auswahl des Widerstands R1 geändert werden.

Der Vorteil des beschriebenen Generators ist seine außergewöhnliche Einfachheit, der Hauptnachteil ist die starke Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Frequenz.

Autor: V.Polyakov, Moskau

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