Un generatore di forme d’onda rettangolari con duty cycle del 25% e del 75%

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In molti test è necessario disporre di forme d’onda rettangolari che, pur avendo duty cycle ben diversi dal valore standard classico del 50%, sappiano comunque garantire adeguata precisione e una buona stabilità nel tempo. Il circuito nella figura 1 utilizza due integrati per generare forme d’onda rettangolari con duty cycle prefissato al 25 oppure al 75 %.

Fig. 1 – Questo circuito usa due flip-flop e tre porte logiche NAND per generare due forme d’onda con duty cycle del 25% e del 75%

In pratica, questo circuito cerca di garantire l’accuratezza del duty cycle fornito all’uscita indipendentemente dall’accuratezza del duty cycle del segnale d’ingresso che, in questo caso, è costituito da un oscillatore composto da un trigger di Schmitt e da una porta NAND allacciata all’integrato IC_1A. Dopo lo stadio d’ingresso il primo flip-flop IC_2A si occupa di dividere la frequenza di oscillazione esattamente in due e fornirla dimezzata alle sue uscite e Q1.

La stessa operazione viene fatta anche nel successivo flip-flop IC_2B che dimezza nuovamente la frequenza d’oscillazione fino a fornire alle sue uscite e Q2 una frequenza che è esattamente un quarto di quella d’ingresso. I segnali uscenti   e Q2 vanno alle porte logiche NAND IC_1B e IC_1C che generano la forma d’onda rettangolare nelle due versioni con rispettivi duty cycle del 25% e del 75%. Nella figura 2 è riportata quella uscente da IC_1B, ma l’altra è semplicemente invertita, giacché per ottenerla basta scambiare i livelli logici alto e basso per tenere conto dell’ulteriore porta NAND.

Fig. 2 – I precisi segnali d’uscita alla porta logica IC_1B

La frequenza di ripetizione 1/T_REP dell’oscillatore impiegato all’ingresso IC_1A è pressoché indipendente dalla tensione di alimentazione nell’intervallo fra 3 e 5 V e questo succede perché entrambe le soglie positiva e negativa dell’ingresso del trigger di Schmitt rimangono sempre e comunque all’incirca proporzionali alla tensione di alimentazione. Un’analisi approssimativa del circuito consente di ricavare una frequenza di ripetizione di circa 2,7/τ dove τ=RC è la costante di tempo rivelabile alla porta logica IC_1A. Infine, si può calcolare il duty cycle della forma d’onda dell’oscillatore nello stadio d’ingresso che risulta approssimativamente del 46,3%.
 

Marian Stofka, Slovak University of Technology

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