Appunti di ELETTRONICA Classe 3
AREA di PROGETTO
GENERATORE di onda QUADRA a CMOS
Per capire il funzionamento bisogna premettere una importante particolarità del funzionamento di un condensatore: dato che esso NON si può caricare o scaricare in un tempo nullo, ogni variazione ISTANTANEA di tensione subita da una armatura si trasferisce all'altra. E' per questo che si usa dire che un C è un corto circuito per i segnali rapidamente variabili. Se l'armatura destra di un C carico a + 5 V in un dato istante subisce una variazione a gradino da 0 a 10 V, l'armatura sinistra passa da + 5 V a + 15 V nello stesso istante; infatti se non succedesse ciò il C avrebbe variato il suo stato di carica in un tempo nullo; chiaramente passato l'istante dello scatto il C subisce il normale transitorio.
Nel nostro MV astabile a CMOS il condensatore subisce cariche e scariche attraverso la resistenza R a seconda del circuito costituito dagli interruttori interni degli inverter CMOS come è rappresentato negli schemi sotto riportati.
La resistenza R' serve solo a limitare la corrente nei DIODI di protezione interni all'ingresso del primo inverter CMOS quando la tensione V2 tende ad aumentare a 3/2 Vdd o a scendere ad 1/2 Vdd; in ogni altro istante NON circola corrente in R' e quindi la tensione ai suoi capi è nulla, la V1 è perciò uguale alla V2.
In altre parole: i due diodi di protezione conducono soltanto se la tensione V2 è maggiore di Vdd + 0,7V oppure minore di - 0,7V: solo in questo caso circola corrente in R' e la V2 è diversa dalla V1. Per tutto il resto del tempo si ha che V2 = V1.
Il circuito in esame, uno dei tanti per formare un'onda quadra o rettangolare con porte CMOS.
Il primo transitorio di V1 ha come valore iniziale Vin la tensione 3/2Vdd a cui scatta il C per i discorsi fatti in precedenza, mentre il valore finale a cui tenderebbe è Vfin = 0; il valore a cui arriva in realtà è la tensione di soglia del CMOS, ipotizzata 1/2 Vdd. In quel momento c'è lo scatto ed il nuovo transitorio parte da Vin = -1/2 Vdd e tende a Vfin = Vdd, ma come al solito, raggiunta la soglia c'è di nuovo lo scatto e così via.
Il D.F. è del 50% perché i tempi di carica e scarica gli stessi (T1 = T2).
Attenzione:
In laboratorio rileveremo una forma d'onda con un D.F. diverso, minore, considerando come uscita la V4, perché in realtà le CMOS hanno una soglia del 60% di Vdd ( con Vdd =10 V la soglia è quindi 6 V). I transitori hanno perciò Vin e tensioni allo scatto diverse, per cui i tempi di carica e scarica non sono più gli stessi.
Infatti la V1 va da + 16V a + 6V nel primo transitorio e da - 4V a + 6V nel secondo
Per esercizio si possono calcolare i nuovi tempi T1 e T2.
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