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 +Еп, для элемента ИЛИ-НЕ на –Еп (общую шину).

Принципиальная схема мультивибратора на элементах И-НЕ приведена на рис. 5.1. Время формирования импульса и паузы определяется постоянными времени заряда конденсаторов ( ), разряд происходит через ускоряющие диоды ( ).

Рассмотрим цепь заряда конденсатора С1: С1 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. (см. рис. 5.2.)

Рисунок 5.1 — Принципиальная схема мультивибратора на ПЛЭ «И-НЕ»

Рисунок 5.2 — Модель элемента DD2 в состоянии логической «1»

Здесь R²_вых — выходное сопротивление элемента в состоянии логической «1», Е² — э.д.с. источника. Для серии К155 Е²@3,5 В, R²_вых@100¸600 Ом.

Цепь заряда конденсатора С1: от +Е_п² источника э.д.с. через выходное сопротивление элемента DD2 R²_вых, конденсатор C1 и резистор R1 на — питания э.д.с. Е².

В момент переключения элемента DD2 в состояние «1», его выходное напряжение U_выхDD2=3,5В (для серии К155) будет приложено ко входу DD1, т.к. в момент коммутации U_C1-=0, при этом выходное напряжение элемента DD2 U_выхDD1 падает до 0 В. В мультивибраторе имеет место 1-ое 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_пор (U_пор»1,5В 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 2-ое 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 (см. рис. 5.3.)

Рисунок 5.3 — 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_С1 (U_С1@Е²=3,5В). Цепь разряда конденсатора от +U_С1 через R¢_вых, противо э.д.с. E¢ и прямое сопротивление диода (R1>>r_VD1 и они включены параллельно). Разряд конденсатора происходит быстро, ввиду малой постоянной времени разряда С1 — r_VD1, поэтому момент следующего переключения определяется достижением U_вхDD2=U_пор. Схема вновь переходит в 1-ое временно устойчивое состояние.

Осциллограммы работы мультивибратора приведены на рис. 5.4.

Рисунок 5.4 — Осциллограммы работы мультивибратора на ПЛЭ

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_вых, получим:

, при

Для обеспечения нормальной работы мультивибратора необходимо выполнить условие , что накладывает ограничения на верхний уровень величины резистора R. При этом (для серии К155) значение R не должно превышать величины 1¸1,3 кОм.

Существуют мультивибраторы в интегральном исполнении: 218ГФ1(2) — требует согласования уровня, К218ГФ1 — элемент нелинейной ОС, который обеспечивает мягкое возбуждение.