Мультивибраторы на потенциальных логических элементах

Переходные процессы, определяющие частоту и период колебаний в мультивибраторах на транзисторах, операционных усилителях, логических элементах, аналогичны. Структурно они также строятся по схемам: 2 транзистора по схеме ОЭ или 2ЛЭ с отрицанием типов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, включенных последовательно. Мультивибратор имеет два временно устойчивых состояния: один ЛЭ (микросхема) закрыт, другой – открыт и наоборот. Параметры времязадающих RC-цепей определяют частоту мультивибратора.

Мультивибраторы могут работать в следующих режимах:

– автогенераторный;

– ждущий;

– режим синхронизации (работа мультивибратора синхронизирована внешним задающим генератором).

Для построения мультивибраторов на потенциально логических элементах могут использоваться элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Для многовходовых элементов неиспользуемые входы объединяют, однако при этом возрастает входная емкость и уменьшается входное сопротивление, либо подключают их для элемента И-НЕ на +Е_п, для элемента ИЛИ-НЕ на –Е_п (общую шину).

Принципиальная схема мультивибратора на элементах И-НЕ приведена на рис. 7.1. Время формирования импульса и паузы определяется постоянными времени заряда конденсаторов τ_зар1 = C1·R1 (τ_зар2 = C2·R2), разряд происходит через ускоряющие диоды τ_раз1 = С1·rVD1 (τ_раз2 = С2·r_VD2).

Рассмотрим цепь заряда конденсатора Cl: C1 заряжается, когда элемент DD2 находится в состоянии логической «1», при этом элемент DD1 – в состоянии логического «0». Между выходным зажимом DD2 и его общей шиной элемент можно представить электрической моделью в виде источника э.д.с. (рис. 7.2.)

Здесь R"_ВЫХ – выходное сопротивление элемента в состоянии логической «1», Е" – э.д.с. источника. Для серии К155 Е" = 3,5 В, R"_BЫX=100÷600 Ом.

Цепь заряда конденсатора С1: от +Е_п" источника э.д.с. через выходное сопротивление элемента DD2 R"_ВЫХ, конденсатор С1 и резистор R1 на «минус» питания э.д.с. Е".

Рис. 7.1. Принципиальная схема мультивибратора на ПЛЭ «И-НЕ»

Рис.7.2. Модель элемента DD2 в состоянии логической «1»

В момент переключения элемента DD2 в состояние «1», его выходное напряжение U_выхDD2 = 3,5B (для серии К155) будет приложено к входу DD1, т.к. в момент коммутации U_с1- = 0, при этом выходное напряжение элемента DD2 U_выхDD2 падает до 0 В. В мультивибраторе имеет место первое временно устойчивое состояние (DD2 в состоянии логической «1», DD1 – в «0»). По мере заряда конденсатора С1 напряжение на входе DD1 уменьшается и в определенный момент времени достигает порогового уровня U_nop (U_nop ≈ l,5B для серии К155), при котором DD1 переключается в состояние логической «1», что соответственно переводит элемент DD2 в состояние логического «0». При этом происходит переход схемы во второе временно устойчивое состояние. В этом состоянии конденсатор С1 разряжается, а конденсатор С2 заряжается. Для цепи разряда С1 (элемент DD2 находится в состоянии логического нуля).

Между выходным зажимом DD2 и его общей шиной его можно представить следующей электрической моделью (рис. 7.3.)

Рис. 7.3. Модель элемента DD2 в состоянии логического «0»

Здесь R'_вых – выходное сопротивление элемента в состоянии логического «0», Е' – э.д.с. источника. Для серии К155 Е' = 0,2÷0,3 В, R'_вых = 100 Ом.

При разряде конденсатора С1 источником э.д.с. в цепи является U_C1 (U_C1 = 3,5B). Цепь разряда конденсатора от +U_C1 через R'_вых. Разряд конденсатора происходит быстро, ввиду малой постоянной времени разряда С1 - r_VD1. Схема вновь переходит в первое временно устойчивое состояние.

Расчет длительности импульса и паузы мультивибратора. Длительность импульса мультивибратора на ПЛЭ рассчитывается по формуле:

Длительность паузы мультивибратора на ПЛЭ рассчитывается по формуле:

Для симметричной схемы R1 = R2, C1 = C2 и R»R¹_BbIX, получим:

Для обеспечения нормальной работы мультивибратора необходимо выполнить условие U _R < U _пор, что накладывает ограничения на верхний уровень величины резистора R. При этом I_вх≈ 1мА(для серии К155) значение R не должно превышать величины 1÷1,3 кОм.