Elektronika za začetnike – CMOS logična vezja serije 4000 III (16)

Ko se začnemo ukvarjati z elektroniko, so nam na začetku vse stvari tuje. Vse je videti tako zapleteno in nedostopno, da marsikdo izgubi pogum in odneha še preden lahko ugotovi, da je vse logično in pravzaprav enostavno. Poznati je treba le nekaj osnov, razumeti delovanje posameznih funkcij in jih poizkusiti združiti v neko delujočo celoto. V digitalni elektroniki je velika prednost to, da sta logična nivoja le dva in da nam za vse tisto »nekje vmes« sploh ni treba skrbeti. Vendar so tudi digitalna vezja narejena s pravimi polprevodniškimi elementi, ki se tudi obnašajo kot polprevodniki. V nekaterih digitalnih integriranih vezjih so zato na razpolago za uporabo v posebnih vezavah, ki si jih lahko izmislimo sami. Včasih se zgodi, da nam kakšna vrata v integriranem vezju ostanejo neizkoriščena, zato poglejmo, kako jih lahko uporabimo!

Oscilatorji z logičnimi vezji

Oscilatorje potrebujemo kot generatorje takta v vezjih z mikrokontrolerji, v radijski tehniki, avdio tehniki, za razna testiranja in podobno. Naredimo jih lahko z analognimi vezji s postopnim obračanjem faze sinusnega signala ali pa v novejšem času s pomočjo različnih vrat digitalne CMOS družine 4000. Videli smo že, da lahko iz vsakih osnovnih vrat naredimo obračalnik faze – inverter. Inverter je tudi osnova oscilatorjev, ki so izdelani z logičnimi vrati in vsako liho število zaporedno vezanih inverterjev s povratno vezavo predstavlja oscilator. Takšno vezje si lahko enostavno predstavljamo kot serijo stikal, ki se vklapljajo z zamudo. Ker logični nivo pride z zamudo fazno obrnjen ponovno na vhod, je jasno, da vezje oscilira z neko frekvenco, ki je odvisna od zakasnitve signala na vseh stopnjah in jo lahko izračunamo z naslednjo enačbo na sliki 1:

f = frekvenca oscilatorja

Tp = zakasnitev signala skozi ena vrata

n = število inverterjev

To frekvenco seveda v praksi zelo težko dosežemo, vendar nam je lahko kazalec na to, s kakšno najvišjo frekvenco bi lahko praktični oscilator nihal. Da bi dobili praktično uporaben oscilator, ga je potrebno upočasniti na želeno frekvenco. To lahko naredimo s kombinacijo uporov in kondenzatorja, kot je prikazano na sliki 2.

Kadar želimo zelo stabilen oscilator, moramo uporabiti kvarčni kristal ustrezne frekvence. Upor Rf poskrbi za prednapetost na vhodu inverterja, Rl pa v kombinaciji s kondenzatorjem Cs zagotavlja dovolj veliko impedanco za obračanje faze signala. S kondenzatorjem Cs istočasno tudi ločimo kristal od ostalega vezja. Kondenzatorja Ca in Cb kompenzirata vpliv spremembe temperature in nihanj v napajanju. Namesto enega lahko uporabimo katerokoli liho število inverterjev, vendar velja pravilo, da se najvišja teoretično mogoča frekvenca takšnega oscilatorja z dodajanjem novih inverterjev zniža.

Celotni članek