Мультивибратор

 

н — се о с дь с Ачн

Союз Советских

Социалистических

Республик

E ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ (щ790122

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Допоолнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280279 (21) 2730907/18-21 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 231280 Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 30. 12. 80 (51)М. Кл.

Н 03 К 3/28

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621.374..43(088.8) (72) Автор изобретения

Ю.Ф.Бондаренко (71) Заявитель (54) МУЛЬтИВИБВЛтОр

Изобретение относится к импульс-ной технике и может быть использовано также в устройствах дискретной автоматики, вычислительной техники и радиолокации.

Известен мультивибратор, выполненный на трех последовательно включенных логических элементах И-HE co свободным коллектором. В таком муль— тивибраторе свободный коллектор выходного транзистора третьего логического элемента (вентиля) соединен непосредственно со входом первого вентиля, а времязадающий конденсатор подключен параллельно второму вентилю (1) .

Недостатком такого мультивибратора является то, что диапазон генерируемых частот относительно узок, так как ограничен сверху быстродействием используемых вентилей, а снизу — величиной емкости времязадающего конденсатора, точнее величиной допустимого разрядного тока этого конденсатора, а также крутизной напряжения на конденсаторе н области порога переключения логического элемента.

Известен также мультинибратор, .содержащий T-триггер, двухвходоный. элемент И-НЕ, и-р-и — транзистор, первую времязадающую RC-цепь, резистивный делитель, выход двухнходо- вого элемента И-HE подключен к входу

T-триггера, змиттер и-р-и транзистора подключен к общей шине (2) .

Недостатком такого мультивибратора является низкая стабильность.

Цель изобретения — расширение

1О диапазона регулирования частоты и повышение стабильности мультивибратора.

Укаэанная цель достигается тем, что в мультивибратор, содержащий

15 T-триггер, двухвходовый элемент И-НЕ, п-р-п-транзистор, первую времязадающую йС-цепь, резистивный делитель, выход двухвходового И-НЕ подключен к входу Т-триггера, эмиттер и-р-и

20 транзистора подключен к общей шине, введены первый и второй р-и-р-транзисторы, перный и второй диоды, вторая времязадающая RC-цепь и резистор, причем входы днухвходового элемента

И-НЕ объединены и подключены к средчей точке резистивного делителя, включенно -o между шиной питания и общей шиной, коллекторы перного и второго р-и-р-транзисторов объедине30 ны, подключены к базе п-р-п-транзи790122 стора и через резистор — к общей шине, их базы объединены и подключены к средней точке. резистивного делителя и к коллектору и-р-и-транзистора, эмиттер первого р-п-р-транзистора подключен к средней точке первой времязадающей RC-цепи„ и через первый диод — к прямому выходу Т-триггера, а эмиттер,второго — к средней точке второй времязадающей RC-цепи и через второй диод — к инверсному выходу T òðèããåðà, резисторы времязадающих ЯС-цепей подключены к шине питания, конденсатор первой из них подключен к инверсному выходу Т-триггера, а конденсаrop второй — к прямому выходу Т-триггера, при этом в качестве T-триггера использован

D-триггер, выполненный на элементах ТТЛ, а в качестве р-и-р транзисторов — интегральный прерыватель.

На чертеже дана схема предложен- 2О ного мультивибратора.

Устройство содержит Т-триггер 1, счетный вход которого через инвертор

2 соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, состоя- 2$ щего из резисторов 3, 4, коллектором п-р-и-транзистора 5 и базами р-и-ртранзисторов б, 7. Эмиттеры р-п-ртранзисторов б и 7 соединены с выходами времязадающих ЯС-цепей, каж- ЗО дая из которых состоит из резисторов 8, 9 и конденсаторов 10, 11, подсоединенных к выходам Т-триггера 1.

Кроме того, выходы времязадающих

RC-цепей через диодные ключи 12, 13 перекрестно также подключены к выходам T-триггера 1. Резистивный делитель 3, 4 напряжения и времязадающие резисторы 8, 9 подключены к шине источника питания +Еп.

Устройство работает следующим 40 образом.

При подаче напряжения питания триггер 1 со счетным входом устанавливается в одно из своих устойчивых положений. Времязадающий конденсатор

10, подключенный левой обкладкой к единичному выходу упомянутого триггера 1, на котором действует, например, высокий уровень напряжения, начинает заряжаться по цепи: 30 источник питания +Еп, сопротивление в коллекторной цепи закрытого выходного транзистора триггера 1, прямосмещенный диоц 12 и насыщенный выходной транзистор другого плеча триггера. В этот же момент левая обкладка другого времязадающего конденсатора 11 через насыщенный выходной транзистор триггера 1 подключена к общей шике устройства, а диодный ключ 13 высоким уровнем напряжения, 4О действующим на его катоде, смещен в обратном направлении, в результате чего конденсатор 11 начинает заряжаться по цепи: источник питания +Еп, времязадающий резистор 9, 65 насыщенный выходной транзистор триггера 1, ббщая шина. Все транзисторы при этом закрыты, так как переходы база — эмиттер транзисторов б, 7 смещены в обратном направлении. На счетном входе триггера 1 действует низкий уровень напряжения. Когда экспоненциально нарастающее на конденсаторе 11 напряжение достигнет порогового напряжения срабатывания

U электронного ключа на двух транзйсторах разного типа проводимости, последний в результате лавинообразного процесса, происходящего в петле, образованной транзисторами 5, б, насыщается. При этом транзистор 7 остается закрытым за счет примерного равенства в этот момент напряжений на его базе и эмиттере и не оказывает на работу устройства никакого влияния. После быстрого разряда времязадающего конденсатора 11 через низкоомное сопротивление насьпценных транзисторов 5, б последние (также в результате лавинообразного процесса) скачкообразно закрываются. Отрицательный импульс, образовавший- . ся на резисторе 4, инвертируется вентилем 2 и перебрасывает триггер

1 в противоположное состояние ° В этом случае происходит быстрый заряд конденсатора 11 по цепи: источник питания +Еп, сопротивление в цепи коллектора закрытого выходного транзистора триггера 1, прямосмещенный диодный ключ 13, насьпценный выходной транзистор противоположного плеча триггера, общая шина устройства. При этом диод 12 смещен в обратном направлении высоким уровнем напряжения, действующего на его катоде.

Предварительно заряженный практически до напряжения источника питания конденсатора 10 начинает перезаряжаться по пепи: насыщенный выходной транзистор триггера 1, общая шина, BffóTpåíHåå сопротивление источника питания, резистор 9. После достижения экспоненциальным напряжением на конденсаторе 10 порогового уровня

U>z<,происходит срабатывание электронного ключа, образованного транзисторами 5 и 7, которые в результате лавинообразного процесса насыщаются, а конденсатор 10 разряжается через низкоомное сопротивление насыщенных транзисторов 5, 7. Транзистор б при этом находится в запертом состоянии вследствие примерного равенства потенциалов на его эмиттере и базе и не оказывает на работу устройства никакого влияния. Отрицательный импульс напряжения, действующий на резисторе 4, после инвертирования вентилем 2, переводит триггер 1 в исходное состояние. Далее описанный процесс повторяется.

Расширение пределов регулирования частоты генерируемых импульсов

790122 может быть достаточно точно оценено следующим образом. Полупериод колебаний t известного генератора может быть .выражен как

t,д-- „Ь (1)

Е „- А„ор где и — постоянная времени времязадающей цепи устройства;

Е>- напряжение источника питания;

U — напряжение переключения вентиля.

Полупериод колебаний t„ предложенного устройства может быть определен как где Ъ„. — постоянная времени времязадающей цепи предложенного мультивибратора;

Š— напряжение на предварительно заряженном времязадающем конденсаторе в ждущем состоянии;

U> - напряжение срабатывания транзисторного ключа (компаратора)

Расширение пределов регулирования

K может быть определено делением (2) на (1):

30

К=Ь

En- Unop

Из выражения (3) следует, что в случае, если например, E=E» 0 =3,5Ь, U> 1,5 В, КК 5.

В предложенном генераторе высокая стабильность частоты повторения импульсов при изменении напряжения источника питания достигается благодаря использованию известных стабили- 4О зирующих свойств моста. Термокомпенсация происходит следующим образом: при нормальной температуре баланс моста, образованного в момент перезаряда одной из времязадающих RC-цепей и резистивным делителем напряжения, происходит в момент времени соответствующий пересечению установленного уровня П,„срабатывания компаратора, выполненйого на тран-. зисторах разного типа проводимости, :с, экспонентой, действующей на переэаряжающемся времязадающем конденсаторе. При повышении температуры с одной стороны увеличивается падение напряжения на резисторе 3 за счет возрастания токов 1ко, 1бо, а также коэффициента усиления, тока закрытого транзистора 5, что приводит к понижению установленного уровня U „. С другой стороны, рост 1эо, 60 а следовательно, члена 1эо йЯ(1эо

R9) и постоянной времени соответствующей времязадающей RC-цепи, приводит к уменьшении крутизны экспоненты перезаряда времязадающего конден- 5 сатора при положительных температурных коэффициентах сопротивления (ТКС) и емкости (ТКЕ). В результате пересечение экспоненты и уровня О,„ должВ . но в идеальном случае произойти в тот же момент времени с, . Это позволяет получить высокую стабильность частоты при изменении температуры окружающей среды. Однако в реальных схемах пересечение происходит не в точке t„, а в ее окрестности, что объясняется разбросом параметров зле ментов схемы. В предложенном мульти-. вибраторе с целью уменьшения влияния на величину установленного уровня срабатывания U „ устройства разброса параметров р-и-р-транзисторов применен интегральный прерыватель, параметры транзисторов которого практически идентичны в силу того, что в процессе изготовления интегральной схемы все ее компоненты формируются на общем кристалле. Таким образом, без применения каких-либо специальных мер термокомпенсации схема обеспечивает высокую стабильность частоты (0,1....0,3Ъ на частоте

10 Гц при изменении температуры окружающей среды от -20 до +50 C). Предложенное устройство характеризуется также высокой стабильностью длительности импульсов на выходах устройства 2, 3, что достигается благодаря тому, что с ростом температуры уменьшается сопротивление насыщенных транзисторов компаратора, а емкость увеличивается при псложительном ТКЕ.

В результате постоянная времени времязадающих конденсаторов изменяется незначительно. Одновременно уменьшаются 0 @и 1ф,компаратора с одним и тем же температурным коэффициентом, в результате длительность импульса, образованного в момент разряда времязадающего конденсатора, меняется незначительно.

Таким образом, предложенное решение позволяет не менее чем в 5 раз расширить пределы регулирования частоты следования импульсов и более чем на порядок повысить стабильность частоты генерируемых импульсов. Кроме того, мультивибратор отличается повышенным коэффициентом использования напряжения источника питания, а также расширенными функциональными возможностями за счет возможности использования двух противофазных импульсов "конец длительности импульса" и "конец длительности паузы (периода)", а также за счет возмо,кности, в случае необходимости, работы устройства в режиме преобразования "напряжение — частота", для чего необходимо отсоединить резистор

3 от источника питания +Еп и подсоединить его к источнику преобразуемого напряжения.. м

79/122, Формула иэобретения

od3

Составитель А.Тимофеев

Редактор В.Парасюн Техред М.Голинка Корректор О.Билак:

Заказ 9056/56 Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Мультивибратор„ содержащий T.триггер, двухвходовый элемент И-НЕ, п-р-п-транзистор, первую времязадающую RC-цепь, реэистивный делитель, выход двухвходового элемента H-.HE подключен к входу Т-триггера, эмиттер и-р-и транзистора подключен к общей шине, о т и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты и повыаения стабильности, в него введены первый и второй р-п-р-транзисторы, первый и второй диоды, вторая времязадающая RC-цепь и резистор, причем, входы двухвходового элемента И-НЕ объединены и подключены к средней точке резистивного делителя, включенного между шиной питания и обшей шиной, коллекторы первого и второго р-п-р-транзисторов объединены, подключены к базе и-р-и-транзистора и через резистор — к общей шине, их базы объединены и подключены к средней точке" реэистивного делителя и к коллектору п-р-п-транзистора, эмиттер Первого и-р-и-транзистора подключен к средней точке первой времязадающей RC-цепи, и через первый диод — к прямому выходу Т-триггера, а эмиттер второго — к средней точке второй времяэадающей RC-цепи и через второй диод — к инверсному выходу

Т-триггера, резисторы времяэадающих

RC-цепей подключены к шине питания, конденсатор первой иэ них подключен к инверсному выходу Т-триггера, а конденсатор второй — к прямому выхоIQ ду Т-триггера.

2. Мультивибратор по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в качестве Т-триггера использован D-триггер, выполненный на элементах ТТЛ.

3. Мультивибратор по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в качестве р-п-р-транэисторов использован интегральный прерыватель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборы и техника эксперимента, 1973, 9 44, . сс. . 1144, рис. 23, б.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке t) 2562397/18-21, кл. Н 03 К 3/28, 3.01.78 (прототип).