Мультивибратор

 

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости в условиях высокоинтенсивных электрических помех. Мультивибратор (М) содержит первый - шестой элементы (Э) (1-6) ИЛИ-НЕ, конденсаторы (К) (7, 8), резисторы (9-11), выходы (13, 14) М, общую шину (15). Технический результат достигается за счет организации переключения мультивибратора без участия времязадающих К (7, 8), которые служат для формирования задержки переключения. Переключение М осуществляется триггерной структурой на основе Э (3, 4), при этом при переключении исключено действие отрицательной обратной связи. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления.

Известен мультивибратор (см. авторское свидетельство СССР №1411931 от 06.03.86. МКИ Н 03 К 3/28 "Мультивибратор". В.Ю.Беляев, опубликовано 23.07.88, бюл. №27), содержащий счетный триггер, прямой выход которого через первый элемент задержки соединен со счетным входом триггера, а инверсный выход через второй элемент задержки подключен к R-входу счетного триггера, логический блок анализа состояния мультивибратора, состоящий из логических элементов 3И-НЕ, 2И и инвертора, причем вход инвертора соединен с первым входом логического блока анализа, выход - с первым входом элемента 3И-НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом логического блока анализа, третий вход - с третьим входом логического блока анализа, а выход элемента 3И-НЕ - с первым входом элемента 2И, второй вход которого соединен с четвертым входом логического блока анализа. Первый вход логического блока анализа подключен к выходу первого элемента задержки, второй вход - к выходу второго элемента задержки, третий вход - к инверсному выходу счетного триггера, четвертый вход - к входной шине мультивибратора, а выход соединен с установочным S-входом счетного триггера.

Недостатком данного мультивибратора является сложность, связанная с большими аппаратными затратами.

Известен также мультивибратор (см. книгу: В.Н.Яковлев, В.В.Воскресенский и др. Справочник по микроэлектронной импульсной технике. Издательство “Техника”, 1983, с.216, рис.9.3б), содержащий первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ-НЕ, первый и второй диоды, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы и первый и второй выходы мультивибратора. Выход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, с первым выходом мультивибратора и через первый конденсатор - с входами второго элемента ИЛИ-НЕ, с анодом первого диода и с первым выводом первого резистора. Выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, с вторым выходом мультивибратора и через второй конденсатор - с входами первого элемента ИЛИ-НЕ, с анодом второго диода и с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с катодом второго диода, с вторым выводом первого резистора, с катодом первого диода и с выходом четвертого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, а второй вход - с общей шиной.

В указанном мультивибраторе конденсаторы времязадающих элементов не только формируют задержку переключения, но и обеспечивают его переключение. В этом случае отрицательная обратная связь, осуществляемая через третий и четвертый элементы ИЛИ-НЕ, обеспечивает исключение возможности реализации в схеме так называемого жесткого режима возбуждения, когда на выходах первого и второго элементов ИЛИ-НЕ после подачи напряжения питания одновременно присутствуют сигналы логического "0". Однако при этом, если в схеме имеется неблагоприятное сочетание порогов переключения логических элементов, то появляется возможность зависания некоторых элементов в линейном режиме во время переходных процессов, что приводит к срыву колебаний. Указанному зависанию способствуют времязадающие элементы, которые осуществляют интегрирование сигналов отрицательной обратной связи. При этом чем ниже частота колебаний мультивибратора, тем выше вероятность срыва колебаний. Рассмотрим конкретный случай, когда, например, на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ присутствует сигнал логического "0", на выходе второго элемента ИЛИ-НЕ присутствует сигнал логической "1", в процессе заряда первого конденсатора через первый резистор напряжение на входе второго элемента ИЛИ-НЕ достигает порога переключения. Далее начинается процесс снижения напряжения на выходе второго элемента ИЛИ-НЕ и соответственно на входах первого и третьего элементов ИЛИ-НЕ и, при условии, что порог переключения третьего элементов ИЛИ-НЕ выше порога переключения первого элемента ИЛИ-НЕ, на выходе четвертого элемента ИЛИ-НЕ произойдет снижение напряжения до порога срабатывания второго элемента ИЛИ-НЕ. При этом, если порог срабатывания второго элемента ИЛИ-НЕ выше порога срабатывания первого элемента ИЛИ-НЕ, то первый элемент остается в состоянии логического "0", а второй, третий и четвертый элементы ИЛИ-НЕ зависают в линейном режиме, что влечет за собой срыв колебаний. Аналогичным образом, если пороги переключения первого и третьего элементов ИЛИ-НЕ выше порога переключения второго элемента ИЛИ-НЕ, то мультивибратор зависает в состоянии, когда второй элемент ИЛИ-НЕ находится в состоянии логического "0", а первый, третий и четвертый элементы ИЛИ-НЕ зависают в линейном режиме. Кроме этого, при построении мультивибратора на элементах типа KMOП, отсутствие ограничительных резисторов по входам первого и второго элементов ИЛИ-НЕ может привести к выходу из строя входных диодов этих элементов при условии, если падение напряжения на них меньше, чем на первом и втором диодах. К недостаткам прототипа следует также отнести и неограниченный ток по выходам первого и второго элементов ИЛИ-НЕ при разряде конденсаторов.

Достигаемым техническим результатом является повышение надежности функционирования мультивибратора за счет исключения возможности срыва колебаний.

Указанный технический результат достигается тем, что мультивибратор содержит первый, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ-НЕ, первый вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, с первым выходом устройства и через первый конденсатор - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого через второй конденсатор соединен с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ и вторым выходом устройства. Новым является то, что дополнительно введены третий и четвертый резисторы, пятый и шестой элементы ИЛИ-НЕ, при этом первый вход пятого элемента ИЛИ-НЕ через третий резистор соединен с первым выводом первого резистора, второй вход пятого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен через четвертый резистор со вторым выводом второго резистора, а выход - с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход - с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ и со вторым входом четвертого элемента ИЛИ-НЕ, а общая шина подключена ко второму выводу первого резистора.

Указанная совокупность признаков позволяет исключить возможность срыва колебаний мультивибратора за счет разделения функций формирования временной задержки и переключения состояний между его элементами и исключения действия отрицательной обратной связи при переключении.

На чертеже приведена схема мультивибратора. Мультивибратор содержит элементы ИЛИ-НЕ 1-6, два конденсаторы 7, 8, резисторы 9-12, выходы 13, 14 мультивибратора и общую шину 15.

Выход элемента 1 ИЛИ-НЕ соединен с выходом 13 мультивибратора, с первым входом элемента 3 ИЛИ-НЕ, с первым входом элемента 2 ИЛИ-НЕ и через конденсатор 7 - с первым выводом резистора 9, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора 10, второй вывод которого через конденсатор 8 соединен с выходом 14 мультивибратора, выходом элемента 2 ИЛИ-HЕ, первым входом элемента 1 ИЛИ-НЕ и первым входом элемента 4 ИЛИ-НЕ. Выход элемента 3 ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом элемента 4 ИЛИ-НЕ, с первым входом элемента 5 ИЛИ-НЕ, второй вход которого через резистор 11 соединен с первым выводом резистора 9, а выход - с вторым входом элемента 1 ИЛИ-НЕ. Выход элемента 4 ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом элемента 3 ИЛИ-НЕ, с первым входом элемента 6 ИЛИ-НЕ, второй вход которого через резистор 12 соединен с вторым выводом резистора 10, а выход - с вторым входом элемента 2 ИЛИ-НЕ. Второй вывод резистора 9 подключен к общей шине.

Мультивибратор работает следующим образом.

Предположим, что в начальный момент после включения напряжения питания конденсаторы 7, 8 разряжены, на выходе элемента 1 ИЛИ-НЕ и соответственно на выходе 13 мультивибратора установился сигнал логического "0", на выходе элемента 2 ИЛИ-НЕ и соответственно на выходе 14 мультивибратора установился сигнал логической "1", на выходах элементов 3 и 4 ИЛИ-НЕ установились соответственно сигналы логической "1" и логического "0″. Сигнал логической "1", поступающий с выхода элемента 3 ИЛИ-НЕ на первый вход элемента 5 ИЛИ-НЕ, устанавливает на его выходе сигнал логического "0". Сигнал логического "0" на выходе элемента 4 ИЛИ-НЕ, поступая на первый вход элемента 6 ИЛИ-НЕ, дает управление на переключение мультивибратора. Однако в это время под действием сигнала логической "1" с выхода элемента 2 ИЛИ-НЕ начинается процесс заряда конденсатора 8, при котором в начальный момент в точке соединения резисторов 10 и 12 и соответственно на втором входе элемента 6 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логической "1", который блокирует переключение мультивибратора. Конденсатор 7 в этот момент времени сохраняет прежнее разряженное состояние. По мере заряда конденсатора 8, определяющим совместно с резистором 10 задержку переключения мультивибратора в первом полупериоде, напряжение на втором входе элемента 6 ИЛИ-НЕ снижается, и, когда оно достигнет величины порога переключения, блокировка элемента 6 ИЛИ-НЕ снимается, и под действием сигнала логического "0" с выхода элемента 4 ИЛИ-НЕ на выходе элемента 6 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логической "1". Далее последовательно на выходе элемента 2 ИЛИ-НЕ и соответственно на выходе 14 мультивибратора устанавливается сигнал логического "0", на выходе элемента 1 ИЛИ-НЕ и соответственно на выходе 13 мультивибратора устанавливается сигнал логической ″1", на выходе элемента 3 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логического "0", на выходе элемента 4 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логической "1". Положительные обратные связи между элементами 1 и 2 ИЛИ-НЕ при переключении имеют приоритетное действие над отрицательными обратными связями в мультивибраторе, это способствует однозначному завершению начавшегося процесса переключения. Сигнал логической "1", поступающий с выхода элемента 4 ИЛИ-НЕ на первый вход элемента 6 ИЛИ-НЕ, устанавливает на его выходе сигнал логического "0". Сигнал логического "0" на выходе элемента 3 ИЛИ-НЕ, поступая на первый вход элемента 5 ИЛИ-НЕ, дает управление на очередное переключение мультивибратора. Далее под действием сигнала логической "1" с выхода элемента 1 ИЛИ-НЕ начинается процесс заряда конденсатора 7, при котором в начальный момент в точке соединения резисторов 9 и 11 и соответственно на втором входе элемента 5 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логической "1", который блокирует переключение мультивибратора. Конденсатор 8 в этот момент времени начинает разряжаться. По мере заряда конденсатора 7, определяющего совместно с резистором 9 задержку переключения мультивибратора во втором полупериоде, напряжение на втором входе элемента 5 ИЛИ-НЕ снижается, и, когда оно достигнет величины порога переключения, блокировка элемента 5 ИЛИ-НЕ снимается, и под действием сигнала логического "0" с выхода элемента 3 ИЛИ-НЕ на выходе элемента 5 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логической "1", после этого выходные сигналы логических элементов мультивибратора установятся в первоначальное состояние и далее работа мультивибратора продолжается по описанному выше принципу.

Период формируемых мультивибратором импульсов определяется выражением T=t1+t2, где

t1 - время заряда конденсатора 7 до напряжения, при котором напряжение на втором входе элемента 5 ИЛИ-НЕ достигает порога переключения:

t2 - время заряда конденсатора 8 до напряжения, при котором напряжение на втором входе элемента 6 ИЛИ-НЕ достигает порога переключения:

Времязадающими элементами мультивибратора являются конденсаторы 7, 8 и резисторы 9, 10. Номиналы резисторов 11 и 12 должны выбираться из условия обеспечения полного разряда каждого из конденсаторов во время заряда конденсатора противоположного плеча, но при этом обеспечивать безопасные электрические режимы работы элементов 1, 2, 5 и 6.

Таким образом, описание работы показывает, что в заявляемом мультивибраторе исключена возможность срыва колебаний во время протекания переходных процессов за счет структуры схемы, в которой конденсаторы времязадающих элементов служат для формирования задержки переключения, а переключение мультивибратора осуществляется триггерной структурой на основе элементов 3 и 4 ИЛИ-НЕ. при этом при переключении исключено действие отрицательной обратной связи.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достижения технического результата изготовлен и испытан лабораторный макет мультивибратора, выполненный по приведенной на фигуре схеме. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого мультивибратора и подтвердили его практическую ценность.

Формула изобретения

Мультивибратор, содержащий первый, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ-НЕ, первый вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, с первым выходом устройства и через первый конденсатор - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого через второй конденсатор соединен с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ и вторым выходом устройства, отличающийся тем, что дополнительно введен третий и четвертый резисторы, пятый и шестой элементы ИЛИ-НЕ, при этом первый вход пятого элемента ИЛИ-НЕ через третий резистор соединен с первым выводом первого резистора, второй вход пятого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен через четвертый резистор со вторым выводом второго резистора, а выход - с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход - с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ и со вторым входом четвертого элемента ИЛИ-НЕ, а общая шина подключена ко второму выводу первого резистора.

РИСУНКИРисунок 1