Мультивибратор в интегральном исполнении

 

Использование: в устройствах автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: в состав мультивибратора в интегральном исполнении входят управляемый двухрежимный мультивибратор , формирователь коротких и промежуточных импульсов. Основной процесс формирования временных интервалов в мультивибраторе протекает в условиях проводимости транзистора, к базе которого подключена хронирующая цепь, чем исключается влияние неуправляемых токов и достигается если это необходимо, увеличение длительности генерирующих импульсов. Время восстановления может быть резко сокращено благодаря введению специального разрядного транзистора. Электронная перестройка длительности импульса может производиться в широких пределах Зил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5042732/21 (22) 19.05.92 (46) 30.1193 Бюл. Na 43-44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт радиоаппаратуры (72) Андросенко ВЯ„Сидоров В.П„. Яремич В.К (73) Всесоюзный научно-исследовательский институт радиоаппаратуры (54) МУЛЬТИВИБРАТОР 8 ИНТЕГРАЛЬНОМ

ИСПОЛНЕНИИ (57) Использование: в устройствах автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: в состав мультивибратора в интегральном исполнении (ю) RU (п) 2004062 С1 (51) 5 НОЗ КЗ 28. входят управляемый двухрежимный мультивибратор, формирователь коротких и промежуточных импульсов - Основной процесс формирования временных интервалов в мультивибраторе протекает в условиях проводимости транзистора, к базе которого подключена хронируюцая цепь, чем исключается влияние неуправляемых токов и достигается, если это необходимо, увеличение длительности генерирующих импульсов. Время восстановления может быть резко сокращено благодаря введению специального разрядного транзистора. Электронная перестройка длительности импульса может производиться в широких пределах 3 ил.

2004062

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники, в частности, в качестве генератора импульсных сигналов, работающих. в автоколебательном или ждчщем режиме, имеющих высокую режимную стабильность параметров, формирователя коротких импульсов, а также смещенных импульсов с промежуточным положением.

Известен автоколебательный мультивибратор (1), содержащий два транзисторных каскада, имеющих перекрестные коллекторно-базовые связи, осуществляемые через два конденсатора.

Недостатками этого мультивибратора являются плохие фронты импульсов, малая нагрузочная способность, низкая стабильность параметров, обусловленные отсутствием мягкого режима самовозбуждения и сильным влиянием на хранирующие свойства двух конденсаторов тепловых и пробойных токов транзисторов. Кроме того, в мультивибраторах этого типа невозможно обеспечить ждущий режим работы.

Наиболее близким к изобретению является мультивибратор (2), содержащий четыре транзистора, пять резисторов, один конденсатор и два диода, в котором база первого транзистора соединена с первым резистором, эмиттер — с общей шиной, коллектор — с вторым резистором и базой второго транзистора, коллектор которого через третий резистор соединен с шиной питания и через конденсатор — с базой первого транзистора, четвертый двухколлекторный транзистор базой непосредственно связан с эмиттером второго транзистора и через четвертый резистор — с общей шиной, а эмиттером — с общей шиной, первый диод встречно-параллельно подключен к эмиттерному переходу первого транзистора, второй диод включен в прямом направлении для полярности питающего напряжения между шиной управления частотой автоколебаний и длительностью импульсов и коллектором второго транзистора, первый и второй ключи, при этом второй вывод первого резистора через первый ключ соединен с общей шиной и через пятый резистор — с эмиттером второго транзистора, а второй вывод второго резистора через второй ключс шиной питания и через шестой резистор — с коллектором второго транзистора и с первым коллектором четвертого транзистора, второй коллектор которого открыт и служит выходом устройства, шина запуска через седьмой резистор связана с базой третьего транзистора, коллектор и эмиттер которого соединены соответственно с коллектором и эмиттером первого транзистора, Однако в данном мультивибраторе невозможно получить короткие и смещенные импульсы с промежуточным положением, он имеет недостаточную режимную стабильность параметров, а также ограничена электронная перестройка длительности импульса t>.

Расширение функциональных возможностей мультивибратора, повышение стабильности его выходных характеристик в автоколебательном и ждущем режимах, управление частотой автоколебаний, получение дополнительных импульсов, а также возможность непосредственного сопряжения как с ТТЛ, так и КМОП-вентилями позволяют создать мультивибратор, превосходящий классические аналоги по

20 физической надежности, экономичности . . управляемости. Этот мультивибратор обладает меньшим числом транзисторов, резисторов и лучшими чем у классических мультивибраторов параметрами генерируе25 мых импульсов.

Это достигается тем, что в схему мультивибратора, содержащего четыре транзистора и-р-и -типа проводимости, пять резисторов, один конденсатор и два диода, в котором коллектор первого транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом конденЗ5 сатора, первый вывод которого соединен с базой второго транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго резистора, первый вывод второго резистора

40 соединен с вторым выводом третьего резистора, базой четвертого двухколлекторного транзистора и змиттером третьего транзистора, первый вывод третьего резистора соединен с эмиттером двухколлекторного

45 четвертого транзистора и с общей шиной, второй коллектор четвертого двухколлекторного транзистора соединен с коллектором третьего транзистора и анодом пятого диода, катод которого соединен с шиной

50 управления, первый коллектор двухколлекторного четвертого транзистора соединен с первой выходной шиной, введены пятый, шестой, седьмой. восьмой, девятый, десятый, двенадцатый и тринадцатый транзиб5 сторы и-р-и-типа проводимости и одиннадцатый транзистор р-и-р-типа проводимости, при этом эмиттер пятого транзистора соединен с вторым выводом четвертого и пятого резисторов, коллектор пятого транзистора — с первым выводом

2004062 седьмого резистора, вторым выводом девятого резистора, коллектором двенадцатого транзистора и первой шиной питания, второй вывод седьмого резистора соединен с базой пятого транзистора и с коллектором шестого транзистора, база которого соединена с вторым коллектором многоколлекторного седьмого транзистора и пятым коллектором многоколлекторного одиннадцатого транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом девятого резистора и второй шиной питания, эмиттер шестого транзистора соединен с эмиттером

-седьмого транзистора, первым выводом восьмого резистора, первым выводом десятого резистора, эмиттером второго транзистора, базой десятого транзистора, коллектором и базой девятого транзистора, первым выводом шестого резистора, эмиттерам двухколлекторного восьмого транзистора, первым выводом двенадцатого резистора, эмиттером тринадцатого транзистора и с общей шиной, второй вывод восьмого резистора соединен с катодом девятога диода и базой седьмого многоколлекторного транзистора, первый коллектор которого соединен с вторым выводом первого резистора, база одиннадцатого многоколлекторного транзистора соединена с его первым коллектором и с вторым выводом десятого резистора, второй коллектор многаколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с базой двенадцатого транзистора, коллектором третьего транзистора, первым выводом пятого резистора, первой шиной подключения задающего конденсатора, третий коллектор многоколлекторнаго одиннадцатого транзистора соединен с коллектором десятого транзистора, эмиттером девятого транзистора, базой восьмого двухколлекторного транзистора, второй коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора, эмиттер двенадцатага транзистора соединен с вторым выводом одиннадцатого резистора, первый вывод которого соединен с базой тринадцатого транзистора и вторым выводам двенадцатого резистора, коллектор тринадцатого транзистора соединен с второй выходной шиной, четвертый коллектор мнагакаллекторного одиннадцатого транзистора соединен с анодами седьмого и восьмого диодов, катод восьмого диода— с анодом девятого диода, шестой коллектор инагокаллектарнаго одиннадцатого транзистора соединен с анодами первого и второго диодов, катод седьмого диода — с шиной изменения режима, катод первого диода — с шиной внешнего запуска, катод второго диода — с анодами третьего и чет10

50 вертого диодов, катод четвер-.ага д. о,... шиной блокировки запуска, катод третье.а диода — с анодом шестого диода, катод которого соединен с базой первого транзистора и вторым выводом шестого резистора, первый коллектор двухколлекторнаго восьмого транзистора соединена с второй шиной подключения времязадающега конденсатора.

Нэ фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого мультивибратора; на фиг. 2 — блочная интегральная схема мультивибратора; на фиг. 3— временные диаграммы сформированных импульсов, Мультивибратор содержит транзисторы

1...13, диоды 14„,22, резисторы 23...34, конденсатор 35 и имеет шину 36 изменения режима (логический "О" — автаколебательный, "1" — заторможенный), шину 37 внешнего запуска (ЗИ) U», шину 38 блокировки запуска, шину 39 управления (сигнал управления Еу), первую шину 40 подключения задающего конденсатора, вторую шину 4 ) подключения задающего конденсатора, первую шину 42 питания (Еп), вторую шину

43 питания (Ел), первую выходную шину 44 (Uo), вторую выходную шину 45 CUnp), общую шину 46, третью выходную шину 47 (Uy<).

Коллектор первого транзистора 1 соединен с первым выводом резистора 26, коллектором второго транзистора 2 и базой третьего транзистора 3, коллектор которого соединен с вторым выводом конденсатора

35, Первый вывод конденсатора соединен с базой второго транзистора 2 и первым выводом резистора 23, второй вывод которого соединен с вторым выводом резистора 24.

Первый вывод резистора 24 соедине с вторым выводом резистора 25, базой .етвертаго двухколлекторнаго транзистора 4 и эмиттером третьего транзистора 3. Первый вывод резистора 25 соединен с эм,:,ттерам двухколлекторного четвертого транэиста;а

4 и с общей шиной 46. Второй каллектcр четвертого двухкаллектарнага тра з;етс ":. =:

4 соединен с коллектором третьега трэнз;1стара 3 и с анодом диода 18, ка гад,:атарага соединен с шиной 39 управления. Первый коллектор двухколлектарнога четвертога транзистора 4 соединен с первой выходной шиной 44. Эмиттер пятого транзистора 5 соединен с вторыми выводами резисторов

26 и 27, коллектор пятого транзистора сое динен с первым выводом резис-ара 29, вторым выводом резистора 31, калле;<тараи двенадцатого транзистора 12 и первой шиной 42 питания. Второй вывод резистора 29 соединен с базой пятого транзистора 5 н коллектором шестого транзистора 6, база

2004062

15

f=(tu1+tw2)

-1 которого соединена с вторым коллектором многоколлекторного седьмого транзистора

7 и пятым коллектором многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11. Эмиттер последнего соединен с первым выводом резистора 31 и второй шиной 43 питания.

Эмиттер шестого транзистора 6 соединен с эмиттером седьмого транзистора 7, первыми выводами резистора 30 и 32, эмиттером второго транзистора 2, базой десятого транзистора 10, коллектором и базой девятого транзистора 9, первым выводом резистора

28, змиттером двухколлекторного восьмого транзистора 8, первым выводом резистора

34, эмиттером тринадцатого транзистора 13 и с общей шиной 46, Второй вывод резистора 30 соединен с катодом диода 22 и базой седьмого многоколлекторного транзистора

7, первый коллектор которого соединен с вторым выводом резистора 23. База одиннадцатого многоколлекторного транзистора 11 соединена с его первым коллектором и с вторым выводом резистора 32. Второй коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с базой двенадцатого транзистора 12, коллектором третьего транзистора 3, первым выводом резистора 27, первой шиной 40 подключения задающего конденсатора. Третий коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с коллектором десятого транзистора 10, эмиттером девятого транзистора 9, базой восьмого двухколлекторного транзистора 8, второй коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора 1. Эмиттер двенадцатого транзистора 12 соединен с вторым выводом резистора 33, первый вывод которого соединен с базой тринадцатого транзистора 13 и вторым выводом резистора 34. Коллектор тринадцатого транзистора 13 соединен с второй выходной шиной 45. Четвертый коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с анодами диодов 20 и 21, катод диода 21 — с анодом диода 22, Шестой коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора

11 соединен с анодами диодов 14 и 15, катод диода 20 — с шиной 36 изменения режима, катод диода 14 — с шиной 37 внешнего запуска, катод диода 15 — с анодами диодов 16 и

17, Катод диода 17 соединен с шиной 38 блокировки запуска, катод диода 16 — с анодом диода 19, катод которого соединен с базой первого транзистора 1 и вторым выводом резистора 28. Первый коллектор двухколлекторного восьмого транзистора 8 соединен с третьей выходной шиной 47. База второго транзистора 2 соединена с вто25

55 рой шиной 41 подключения времязадающего конденсатора, Мультивибратор работает следующим образом, При установке на шине 36 сигнала низкого уровня устройство представляет собой автоколебательный мультивибратор. Транзистор 2 находится в насыщении, а транзистор 3 закрыт, По постоянному току каждый из этих транзисторов охвачен глубокой отрицательной обратной связью, цепи которой как бы вложены одна в другую, что гарантирует устройству мягкий режим самовозбуждения и высокую режимную стабильность, Общий коэффициент передачи от базы транзистора 2 до коллектора транзистора 3 становится больше единицы с фазовым сдвигом, равным 2л рад, так что благодаря наличию конденсатора 35 оказывается замкнутой цепь положительной обратной связи и начинается генерация импульсных автоколебаний, На стадии заряда конденсатора 35 транзистор 2 проводит, а транзистор 3 и 4 выключены, Большая часть зарядного тока ответвляется в базу транзистора 2, меньшая отводится к общей шине 46 цепочкой резисторов. Когда уменьшающийся зарядный ток выводит транзистор 13 из насыщения, формирование интервала ти1 прекращается. Этот момент времени достигнут либо путем приближения конденсатора 35 к своему предельному значению 0 з, либо путем принудительного прерывания процесса с помощью внешнего напряжения Еу. На выходе второго коллектора транзистора 4 появляются непрерывно идущие импульсы, причем их амплитуда и степень насыщения транзистора 4 по второму коллектору зависят от сопротивления питающего напряжения. Развязывающий транзистор 4 обеспечивает крутые фронты и срез импульсов, кроме того, он обеспечивает предотвращение влияния на его длительность внешних цепей. Диод 18 служит ключевым элементом, с помощью которого управляющее напряжение Еу воздействует на частоту автоколебаний. Стадия разряда

tn2 конденсатора 35 начинается с отпирания транзистора 3, вследствие чего на его коллекторе образуется весьма крутой отрицательный перепад (фиг. 3), Разряд происходит через открытые транзисторы 3 и 4. Частота автоколебаний определяется суммарной продолжительностью интерваIIOB ти1 И ти2:

Если на шине 36 установить сигнал высокого уровня, то устройство превратится в

2004062

10

25

005 — 5 10

55 определяется хронирующей цепочкой

50 заторможенный мультивибратор, для его возбуждения понадобится внешний запускающий импульс ЗИ нэ шине 37 (фиг. 3).

Короткий запускающий импульс отпирает транзистор 1, который, насыщаясь, выключает транзистор 3. Начинается заряд конденсатора 35. Уже в начале этого процесса падение напряжения на резисторе 23 отпирает транзистор 2 и дальнейший заряд конденсатора происходит через эмиттерный переход транзистора 2, поддерживаемого в насыщении током заряда конденсатора 35.

На последней стадии через открытые транзисторы 3 и 4 конденсатор быстро восстанавливает. свой заряд до исходного уровня.

При этом экстраток автоматически ограничивается до безопасного для базы транзистора 4 уровня. Выходной импульс 00 (шина

44) имеет положительную полярность. Длительность выходных импульсов ээторможенного мультивибратора в широких пределах может перестраиваться сигналом управления Еу с шины 39, Электронная перестройка частоты обеспечивается в пределах 250...3300 Гц, т,е. на 22 дБ, длительность— в пределах 3...2500 мкс или 54 дБ при частоте запуска 570 Гц. Заторможенный мультивибратор имеет малое время восстановления, не превышающее 15% от длительности выходного импульса, Формирование короткого импульса Оук осуществляется диодом 14 и транзисторами

8, 9, 10 (шина 47). Укороченный импульс по длительности равен времени восстановления схемы (фиг. 3). На это время схема "за- 35 щелкивается" и становится нечувствительной к импульсам повторного запуска.

Смещенный импульс с промежуточным положением U>p (шина 45) формируется транзисторами 12 и 13 благодаря линейному нарастанию потенциала базу транзистора 13. Интервал смещения (At)cM определяется величиной зарядного тока конденсатора 35, суммарной емкостью времязадэющего конденсатора 35 и отношением R33/R3<: тсм = C35(1+R33/R34) 6o/ c35 где Ею — прямое падение напряжения на эмиттерных переходах транзисторов.

Экспериментальные исследования дискретного анализа показали, что схема работоспособна в диапазоне питания напряжения ЕП=4...15 В при величине потребляемого тока 1и . 0,2 MA.

Предложенный мультивибратор в интегральном исполнении может быть изготовлен методом инжекционной технологии (И Л). Независимо от величины напряжения

Ел {шины 42 и 43) мультивибратора может непосредственно сопрягаться как с TTfl, так и с МОП-вентилями, если будут обеспечены соответствующие допустимые напряжения всего лишь трем диодам 17, 14, 20. В 14-выводном корпусе может быть размещена одна интегральная схема с суммарной мощностью менее 150 мВт.

Нормально открытый транзистор классических мультивибраторов, основу которых составляет двухтранзисторный мультивибрэтор, в переходных режимах поочередно подвергается воздействию экстремальных факторов — больших обратных напряжений на обоих р-п-переходах и большого прямого тока базы. Этого недостатка полностью лишен предлагаемый мультивибратор.

Экономичность предложенного технического решения как минимум на порядок выше, чем у классического мультивибратора. Электронная перестройка длительности импульсов t> может производиться в очень широких пределах.

Получение дополнительных импульсов с иными, чем у основного, параметрами при наличии только одного времязадэющего конденсатора в схеме достигается минимальными аппаратурными затратами, в то время как в классическом мультивибраторе это недопустимо при использовании более или менее приемлемых схемотехнических приемов, Мультивибратор в интегральном исполнении имеет высокую режимную стабильность. практически зависящую от ТКЕ конденсато ра 35.

Технические характеристики мультивибратора в интегральном исполнении

Напряжение питания, В 4 — 15

Ток потребления, MA 0,2 — 5

Диапазон рабочих температур, К 323-358

Диапазон формируемых задержек, мкс

Диапазон генерируемых частот Гц 0,1 — 3 10

Стабильность задержки и генерируемой частоты

Пределы регулирования частоты, дБ

Пределы регулирования задержки, дБ

2004062

20 25

45 (56) 1. Ерофеев Ю,Н. Импульсная техника. M. Высшая школа, 1984, с. 276, рис. 6.

86.

Формула изобретения

Мультивибратор, содержащий четыре транзистора и-р-и-типа проводимости, пять резисторов, один конденсатор и два диода, в котором коллектор первого транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом конденсатора, первый вывод которого соединен с базой второго транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго резистора, первый вывод которого соединен с вторым выводом третьего резистора, базой четвертого двухколлекторного транзистора и эмиттером третьего транзистора, первый вывод третьего резистора соединен с эмиттером двухколлекторного четвертого транзистора и с общей шиной, второй коллектор четвертого двухколлекторного транзистора соединен с коллектором третьего транзистора и с анодом пятого диода, катод которого соединен с шиной управления, первый коллектор двухколлекторного четвертого транзистора соединен с первой выходной шиной, отличающийся тем, что в него введены с пятого по десятый, двенадцатый и тринадцатый транзисторы и-р-и-типа проводимости и одиннадцатый транзистор р-и-р-типа проводимости, причем эмиттер пятого транзистора соединен с вторым выводом четвертого и пятого резисторов, коллектор пятого транзистора соединен с первым выводом седьмого и вторым выводом девятого резисторов, коллектором двенадцатого транзистора и первой шиной питания, второй вывод седьмого резистора соединен с базой пятого транзистора и коллектором шестого транзистора, база которого соединена с вторым коллектором многоколлекторного седьмого транзистора и пятым коллектором многоколлекторного одиннадцатого транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом девятого резистора и второй шиной питания, эмиттер шестого транзистора соединен с эмиттером седьмого транзистора; первыми входами восьмого и десятого резисторов, эмиттером второго транзистора, базой десятого транзистора, 2. Авторское свидетельство СССР

М 1474830, кл, Н 03 К 3/28, 1989, коллектором и базой, девятого транзистора, первым выводом шестого резистора, эмиттером двухколлекторного восьмого транзистора, первым выводом двенадцатого резистора, эмиттером тринадцатого транзистора и с общей шиной, второй вывод восьмого резистора соединен с катодом девятого диода и базой седьмого многоколлекторного транзистора, первый коллектор которого соединен с вторым выводом первого резистора, база одиннадцатого многоколлекторного транзистора соединена с его первым коллектором и с вторым выводом десятого резистора, второй коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с базой двенадцатого транзистора, коллектором третьего транзистора, первым выводом пятого резистора, первой шиной подключения задающего конденсатора, третий коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с коллектором десятого и эмит1ером девятого транзисторов, базой восьмого двухколле кто рного транзистора, второй коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора, эмиттер двенадцатого транзистора соединен с вторым выводом одиннадцатого резистора, первый вывод которого соединен с базой тринадцатого транзистора и вторым выводом двенадцатого резистора, коллектор тринадцатого транзистора соединен с второй выходной шиной, четвертый коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора — с анодами седьмого и восьмого диодов, катод восьмого - с анодом девятого диода, шестой коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с анодами первого и второго диодов, катод седьмого диода - с шиной изменения режима, катод первого диода - с шиной внешнего запуска, катод второго диода - с анодами третьего и четвертого диодов, катод четвертого диода - с шиной блокировки запуска, катод третьего диода - с анодом шестого диода, катод которого соединен с базой первого транзистора и вторым выводом шестого резистора, первый коллектор двухколлекторного восьмого транзистора соединен с третьей выходной шиной, база второго транзистора - с второй шиной подключения времязадающего конденсатора.

2004062О

О

Llwc

Unp

Составитель В.Андросенко

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С. Шекмар

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3327

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101