Мультивибратор

 

Изобретение относится к импульсным генераторам и может быть использовано в устройствах автоматики и импульсной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источника входных сигналов. Мультивибратор содержит операционный усилитель 1, резисторы 2,5, 9, 10 и 13, оптронные пары 3 и 4 и 11и12, конденсатор 6, ЩЩ-транзисторы 7 и 8 с каналами rf ИР соответственно. В мультивибратор введены первая и вторая оптронные пары с открытым оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно. 1 ил. Вмх.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А (19) (11) (sg g Н 03 К 3/28 3/023

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 8 1 ц, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3768976/24-21 (22) 23.07,84 (46) 23.02.86. Бюл. У 7 (72) О.И.Хлыстов (53) 631.373 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1035783 ° кл. Н 03 К 3/284, 1982.

Авторское свидетельство СССР :91132342, кл. Н 03 К 3/28, 1983. (54) ИУЛЬТИВИБРАТОР (57) Изобретение относится к импульсным генераторам и может быть использовано в устройствах автоматики и импульсной техники. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей — достигается путем запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источника входных сигналов. Иультивибратор содержит операционный усилитель 1 резисторы 2,5 ° 9, 10 и 13, оптронные пары 3 и 4 и 11 и 12 конденсатор 6, ИДП-транзисторы 7 и 8 с каналами и и р соответственно. В мультивибратор введены первая и вторая оптронные пары с открытым оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно.

1 HJI °

Ф

12

Изобретение относится к импульсным генераторам и может быть использовано.в устройствах автоматики и импульсной талинки.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей мультивибратора путем обеспечения запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источников входных сигналов.

На чертеже приведена схема мультивибратора, Он содержит операционный усилитель 1, у которого инвертирующий вход через первый резистор 2 соединен с.общей шиной и через соединенные встречно-последовательно фо-, тодиоды оптронных пар 3 и 4 — с

его выходом, а неинвертирующий вход соединен с его выходом через соединенные последовательно второй резистор 5 и конденсатор б, первый и второй ИДП-транзисторы 7 и 8 с каналами и- и р-типа соответственно, истоки которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя 1, затворы — с выходом операционного усилителя 1, а сто. ки через третий и четвертый резисторы 9 и 10 — с первой и второй входными шинами соответственно, и светодиоды оптронных пар 11 и 12, соединенные встречно-параллельно и включенные через пятый резистор 13 между выходом операционного усилителя 1 и общей шиной.

Принцип работы мультивибратора заключается в следующем.

Автоколебательный режим.

Пусть в исходном состоянии на первую и вторую входные шины мультивибратора подается напряжение одной полярности, например положительHoHi иа его выходе присутствует HaIIряженке положительной полярности.

При этом первый 1ЩП-транзистор 7 . открыт, второй ИДП-транзистор 8 закрыт, первый светодиод 11 смещен в прямом направлении выходным напряжением операционного усилителя и излучает оптическое излучение, второй светодиод 12 закрыт, а на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействует оптическое излучение от внешнего источника.

Предположим, что интенсивность излучения внешнего источника возрастает от некоторого близкого к нулю значения.

13519

5 f0

f5

2

Увеличение интенсивности излучения внешнего источника. вызывает уменьшение сопротивления смещенного в обратном направлении фотодиода 3, в результате чего через него начина. ет протекать ток, создающий падение напряжения на резисторе 2, Когда падение напряжения на резисторе 2 увеличится настолько, что станет больше напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 1, равного напряжению на первой входной шине мультивибратора, усилитель переключается в состояние отрицательного ограничения. Конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 5 и 10 и открывшийся транзистор 8,при этом возникает положительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии отрицательного ограничения, светодиод 11 закрывается, светодиод 12 открывается и начинает генерировать оптическое излучение. Одновременно эа счет кода, протекающего через смещенный в прямом направлении фотодиод 3 и открытый излучением внешнего источника фотодиод 4, на резисторе 2 соэдается падение напряжения отрицательной полярности.

Это напряжение сравнивается со спадающим напряжением неинвертирующего входа усилителя 1 отрицательной полярности, Когда напряжение положительной обратной связи уменьшается настопько, что потенциал неинвертирующего входа усилителя 1 становится меньше по абсолютной величине потенциала его инвертчрующего входа, усилитель переключается в состояние положительного ограничения, светодиод 11 открывается и начинает генерировать оптическое излучение, светодиод 12 закрывается, транзистор 7 открывается, транзистор 8 закрывается. Начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 5 и 9 и открытый транзистор 7, что приводит к возникновению положительной обратной связи, удерживающей усилитель 1 в состоянии положительного ограничения. На инвертирующем входе операционного усилителя устанавливается напряжение положительной полярности, величина которого определяется интенсивностью излучения внешнего источника, воздействующего на смещенный в обратном направлении фото13519 4 та или имеет оптическую связь с первым светодиодом 11.

Пусть в некоторый момент времени на фотодиод 4 поступает импульс оптического излучения от внешнего источника или от светодиода 12 и вызьгвает его отпирание. На инверти— рующий вход операционного усилителя поступает напряжение отрицательной полярности, превышающее напря3 12 диод 3 и смещенный в прямом направлении фотодиод 4. В процессе перезарядки конденсатора 6 потенциал иеинвертирующего входэ усилителя 1 уменьшается и в некоторый момент становится меньше потенциала его инвертирующего входа. В этот мо-" мент операционный усилитель 1 переключается в состояние отрицательного ограничения. Начинается формирование следующего выходного импульса.

Дальнейшее увеличеьие интенсивности излучения внешнего источника приводит к увеличению напряже- 15 ния на инвертирующем входе операционного усилителя и, как следствие, к увеличению частоты следования выходных импульсов. Рост частоты следования выходных импульсов про- 20 должается до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 не превысит сумму напряжений, действующих на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 напря25 жения положительной обратной связи и входного напряжения ° После этого мультивибратор устанавливается в устойчивое состояние положительного ограничения, в котором находится до тех пор, пока не умень30 шится.интенсивность оптического излучения внешнего источника.

Если на каждый из фотодиодов воздействует излучение от различных источников, то при фиксированном значении входных напряжений их независимое изменение интенсивности . вызывает независимое изменение длительности полуволн генерируемых импульсов, Это позволяет сравнивать

40 интенсивность входного оптического излучения.

При отрицательной полярности входных напряжений устройство ра- 45 ботает аналогично.

Ждущий режим.

Пусть на первом и втором вхо— д ных шинах мультивибратора присутствует напряжение отрицательной полярности, усилитель 1 находится в сос- ". тоянии отрицательного ограничения, транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 11 закрыт, светодиод 12 открыт и генерирует оптичес- 55 кое излучение. Предположим, что первый фотодиод 3 открыт непрерывным излучением внешнего источника свежение на его неинвертирующем входе, Усилитель 1 переключается в состояние положительного ограничения транэистор 7 открывается, транзистор 8 закрывается,. конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 5 и 9 и транзистор 7. Возникает положительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии положительного ограничения до тех пор, пока напряжение на неинвертирующем входе не станет меньше напряжения на его инвертирующем входе. Напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 после его переключения в состояние положительного ограничения имеет положительную полярность и величину зависящую от интенсивности излучения, воздействующего на фотодиод 3 °

Когда потенциал неинвертирующего входа становится меньше потенциала инвертирующего входа операционного усилителя 1, он переключается в состояние отрицательного ограничения.

При этом транзистор 7,закрывается

Ф транзистор 8 открывается, начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 5 и 10, а инвертирующий вход операционного усилителя окаэываетсч заземленным через резистор 2 у поскольку фотодиод 4 смещается в об ратном направлении выходным напряжением усилителя 1 и его сопротивление становится велико. После окончания перезаряда конденсатора 6 мультивибратор возвращается в исходное устойчивое состояние.

Если фотодиод 3 не подвергается воздействию оптического излучения ,от внешнего источника и не имеет оптической связи со светодиодом 11

1 то после запуска мультивибратора импульсом излучения на фотодиод 4 инвертирующий вход усилителя 1 имеет нулевой потенциал, с которым и сравнивается напряжение на неинве— р тирующем входе. В результате на выходе мультивибратора формируется им-. пульс напряжения положительной по1213519

25 лярности, а также импульс оптического излучения светодиода 11.

Бистабильный режим.

Пусть в исходном состоянии на первую входную шину мультивибратора подается напряжение попожительной полярности, на вторую — отрицательной, на выходе присутствует напряжение отрицательной полярности, транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 4 заперт, светодиод 12 открыт и генерирует оптическое излучение.

Предположим, что на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействуют импульсы оптического излучения от внешнего источника. Первый импульс излучения .вызывает отпирание фотодиода 4 и напряжение с выхода усилителя 1 поступает на его инвертирующий ьход, где сравнивается с напряжением на неинвертирующем входе.

Если напряжение.инвертирующего входа оказывается больше напряжения на неинвертирующем входе, то усилитель 1 переключается из устойчивого состояния отрицательного ограничения в состояние положительного ограничения. Транзистор 8 закрывается, транзистор 7 открывается и на неинвертирующий вход операционного усилителя поступает напряжение положительной полярности с первой входной шины мультивибратора.

Одновременно запирается светодиод 12 и открывается светодиод 11.

Состояние положительного ограничения также является устойчивым, так как инвертирующий вход операцион-4 ного усилителя 1 после окончания импульса оптического излучения оказывается заземленным через резистор 2, а на неинвертирующем входе присутствует напряжение положительной полярности с первой входной шины устройства. Второй импульс оптического излучения отпирает фотодиод 3 и выходное напряжение усилителя 1 через смещенный в прямом направлении фотодиод 4 и открытый фотодиод 3 поступает иа его инвертирующий вход, где сравнивается с напряжением на

I иеинвертирующем входе. Если напряжение на инвертирующем входе опе55 рациоиного усилителя 1 оказывается больше напряжения на неинвертирующем входе, то он переключается в состояние отрицательного ограничения, транзистор 7 запирается, .транзистор 8 открывается, на неинвертирующий вход усилителя 1 поступает напряжение отрицательной полярности с второй входной шины, светодиод 11 запирается, светодиод 12 открывается и начинает генерировать оптическое излучение. Это состояние мультивибратора является устойчивым, так как после окончания импульса оптического излучения инвертирующий вход операционного усилителя 1 оказывается заземленным через первый резистор 2, а на неинвертирующий вход подается напряжение отрицательной полярности с второй входной шины.

В рассмотренном случае мультивибратор работает как счетный триггер, причем излучение светодиода 11 можно рассматривать как логическую единицу на прямом выходе, а излучение светодиода 12 — как логическую единицу на его инверсном выходе, Если импульсы оптического излучения поочередно воздействуют на первый и второй фотодиоды, то мультивибратор работает как асинхронный

RS-триггер. При этом в качестве внешнего источника импульсов оптического излучения могут быть использованы светодиоды аналогичного устройства, что позволяет использовать мультивибратор для построения гальванически развязанных узлов вычислительной техники, например счетчиков и регистров„ Возможность регулировки порогов переключения мультивибратора из одного устойчивого состояния в другое обеспечивает его повышенную помехозащищенность.

Таким образом, схемное решение предлагаемого устройства позволяет работать как в ждущем и автоколебательном режимах, так и в бистабильном режиме, причем выбор рабочего режима осуществляется электронным способом.

Эффект от использования мультивибратора заключается в том, что он может срабатывать от оптических сигналов без синхронизирующего электрического сигнала, осуществлять преобразование оптического излучения двух внешних источников в длительность и частоту следования генерируемых импульсов и сравнивать их

1213519

Составитель С.Агеев

Редактор Н.Гунько Техред Т. Дубинчак Корректор Л.Патай

Заказ 785/60 - Тираж 818 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул, Проектная, 4 по интенсивности, генерировать одиночные импульсы под воздействием входных оптических сигналов. Это позволяет использовать мультивибратор в качестве нескольких различных устройств, например оптоэлектронного триггера, фотопреобраэователя, ждущего мультивибратора с гальванической

I развязкой от источников входных сигналов.

Формула изобретения

Мультивибратор, содержащий операционный усилитель, в котором инвертирующий вход через первый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий через соединенные последовательно второй резистор и конденсаторс выходом операционного усилителя, два, МДП-транзистора с каналами и- и р-типа соответственно, истоки которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, затворы — с выходом операционного усилителя, а стоки через третий и четвертый резисторы соединены с первой и второй входными шинами соответственно, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источников входных сигналов, в него введены первая и вторая оптронные пары с открытым, оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно и включены между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, а светодиоды соединены встречно-параллельно и через пятый резистор включены между выходом операционного усилителя и общей шиной.