Схема RC генератора импульсов на логическом инвенторе 74HCU04
RC генератор прямоугольных импульсов 2 МГц на 74HCU04, она же логический элемент НЕ (NOT), на одном резисторе R1 и одном конденсаторе 100 pF. Довольно стабильный для RC генератора, онлайн калькулятор. Симуляция в LTSpice.
Номиналы
R1 - 2 кОм
C1 - 100 pF (для большей стабильности желательно NP0/C0G)
U1, U2 - микросхема 74HCU04, нужна именно версия с буквой U
Описание работы
Первый инвертор U1 переведен в линейный режим работы резистором R1 и работает как аналоговый усилитель. RC цепь создает временную задержку, а два инвертора обеспечивают необходимое усиление и инвертирование сигнала для поддержания генерации.
Частота генерации рассчитывается по формуле:
f = 0.455 / (R1 * C1)
где:
f — частота в килогерцах
R — сопротивление в кОм
C — емкость в микрофарадах
Проверим расчеты:
f = 0.455 / (2 * 0.0001)
Получаем 2275 кГц или примерно 2.3 МГц.
Интерактивный калькулятор
Используйте точку как разделитель дробной части
Симуляция в LTSpice и графики
Точка измерения указана красной стрелкой.
Генерация начинается сразу после старта симуляции. Проверим полученные расчетные значения. Для этого добавим в LTSpice пару директив и присвоим выходу U2 имя сети out.
.meas tran Tperiod TRIG V(out) VAL=1.65 RISE=1 TARG V(out) VAL=1.65 RISE=2
.meas tran Freq_kHz PARAM 1/Tperiod/1000
После открытия Error Log получаем:
tperiod=4.70457e-07 FROM 1.75069e-07 TO 6.45526e-07
freq_khz: 1/tperiod/1000=2125.59
То есть период составляет 0.470457 мкс, а частота примерно 2.126 МГц. Это довольно близко к расчетным 2.3 МГц.
Таблица распространенных номиналов и получаемых частот
| R1 | C1 | Частота |
|---|---|---|
| 1 кОм | 100 pF | 4.55 МГц |
| 2 кОм | 100 pF | 2.28 МГц |
| 4.7 кОм | 100 pF | 968 кГц |
| 10 кОм | 220 pF | 207 кГц |
| 22 кОм | 470 pF | 44 кГц |
| 47 кОм | 1 nF | 9.68 кГц |
| 100 кОм | 1 nF | 4.55 кГц |
| 10 кОм | 10 nF | 4.55 кГц |
| 22 кОм | 10 nF | 2.07 кГц |
| 47 кОм | 22 nF | 440 Гц |
| 100 кОм | 47 nF | 96.8 Гц |
| 220 кОм | 100 nF | 20.7 Гц |
| 470 кОм | 220 nF | 4.4 Гц |
| 1 МОм | 1 мкФ | 0.455 Гц |
| 2.2 МОм | 4.7 мкФ | 0.044 Гц |
Заключение
Как видно, генератор стабильно запускается в симуляторе LTSpice. Похожие схемы можно встретить на К561ЛН2, 4009, 7404, 74F00 и других логических элементах. Однако параметры генерации могут отличаться в зависимости от используемой микросхемы, а так же ее питания.
Такая схема позволяет использовать довольно дешевые сенсоры для аналоговых измерений в мире микроконтроллеров. Поскольку частота генерации зависит от резистора и конденсатора, можно создавать простые емкостные и конденсаторные датчики без использования АЦП. Для лучшей стабильности желательно использовать термостабильные конденсаторы NP0/C0G.
Еще интересна замена в схеме постоянного резистора на потенциометр, что может дать перестройку частоты в некоторых пределах.
Для того чтобы задать вопрос автору, заходи и напиши комментарий в нашу группу Телеграмм https://t.me/esp32stm32attiny13