Generatori di Segnali con Porte Logiche

ELETTRONICA II
Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino
Parte E: Circuiti misti analogici e digitali
Lezione n. 23 - E - 5:
Oscillatori a quarzo
Astabili e multivibratori
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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
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Monostabili derivativi
C
VI
VO
R
VT
t
τ = RC
VT = VH e
-T/τ
T = τ loge (VH/VT)
VO
T
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Risposta a onda quadra
C
R
VH
VI
0
t
VO
τ
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Comando breve
C
VI
R
VO
VT
Se il segnale di comando
ha durata T’ inferiore a T, VO
l’impulso di uscita ha
durata T’
t
T’ < T
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Monostabile rigenerativo
C
t
V’I
VI
R
VO
L’impulso di ingresso
viene “allungato” dalla
reazione attraverso la
porta OR
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Monostabili commerciali
• La famiglia 54/74 comprende alcuni
monostabili integrati
• Ingressi diretti e invertenti, a trigger
• Durata dell’impulso determinata da
un gruppo RC esterno
• Uscita diritta e negata
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Generatori astabili
• Bistabili:
Flip-Flop
• Monostabili:
integrativi, derivativi,
rigenerativi, ....
• Astabili:
generatori di segnale
Monostabili in cascata
Generatori con porta a trigger
Altri circuiti
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Monostabili in cascata
B
A
T2
T1
A
T1
B
T2
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Altri tipi di multivibratori astabili
• Qualunque tipo di generatore visto in
precedenza
• Oscillatori ad anello di inverter
• Generatore con porte in linearità
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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
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Generatori con porte logiche
• Il generatore di onde quadre già visto con
A.O. puó essere realizzato mediante porte
invertenti con ingresso a Schmitt trigger
(con isteresi)
R
_
C
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Generatore con porta a trigger
• La resistenza R e’ percorsa da IIH e IIL, piu’ la
corrente di carica e scarica del condensatore
• La resistenza va scelta in modo tale che la
caduta ai suoi capi sia inferiore ai margini di
rumore
• Per porte CMOS, con soglie a circa 1/3 e 2/3
della tensione di alimentazione, il periodo
vale approssimativamente ~ 1,4 τ = 1,4 R C
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Varianti al circuito base
• E’ possibile ottenere variazione di frequenza
e duty cycle con le stesse tecniche viste per
il circuito con comparatore
• Una porta con uscita OC permette di
realizzare semplici generatori di impulsi
controllati in corrente
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Generatore controllato in corrente
IC
L’uscita OC puó solo
scaricare il condensatore
VO
C
VO
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Onda quadra a duty cycle 50%
• La simmetria dei parametri e dei componenti
non garantisce una perfetta simmetria
dell’onda quadra.
• Un’onda quadra perfettamente simmetrica si
può ricavare da un segnale impulsivo con un
divisore modulo 2.
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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
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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 funzione
Sintesi di forma d’onda (conv. D/A)
(Prossime lezioni)
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Formatori di funzione
• Dal segnale triangolare è possibile ottenere un
segnale sinusoidale, tramite un amplificatore
con funzione di trasferimento non-lineare
O
I
I
O
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Funzione di trasferimento
VO
VI
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Circuiti formatori di sinusoide
• Amplificatori con elementi non-lineari
(diodi) nella rete di reazione
approssimazione continua
(legge esponenziale, legge
quadratica,...)
approssimazione a tratti
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Esempio: caratteristica I/V di diodo
I
V
V
I
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Circuito logaritmico con AO
R
VI
-
VU
+
VI
VU
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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
Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo E - 7 n. 24 - 14/11/97
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, ...)
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Caratteristiche dei quarzi piezoelettrici
• Materiale che si deforma in presenza di un
campo elettrico, e genera tensione elettrica se
sottoposto a sollecitazioni meccaniche
• Il rapporto tra energia consumata e restituita è
molto buono alla frequenza di risonanza
• L’impedenza elettrica varia bruscamente in
funzione della frequenza
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Struttura di un quarzo
cristallo di quarzo
elettrodi metallici
Z
ω
Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo E - 7 n. 27 - 14/11/97
Oscillatori e generatori a quarzo
• Se inserito nell’anello di reazione di un
oscillatore ne determina la frequenza di
oscillazione con elevata precisione e stabilitá
• Oscillatori sinusoidali:
con AO
con transistori
• Generatori onda quadra
oscillatori con quarzo e porte logiche
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Oscillatori a quarzo con porte
Figura non disponibile:
riferirsi al libro di testo Millman.
Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo E - 7 n. 29 - 14/11/97
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
Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo E - 7 n. 30 - 14/11/97
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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