МУЛЬТИВИБРАТОР Российский патент 2004 года по МПК H03K3/28 H03K3/27 

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 низкая помехоустойчивость и 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. Первый и второй элементы ИЛИ-НЕ выполняют функции инверторов, поскольку у каждого из них первые и вторые входы объединены между собой. 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.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость в условиях воздействия высокоинтенсивных электрических помех. Воздействуя по цепи питания или по входам логических элементов ИЛИ-НЕ, такая помеха может привести к сбою мультивибратора, выражающемуся в изменении фазы его выходных сигналов, приводящему к уменьшению длительности периода формируемых сигналов. 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", на выходе третьего элемента ИЛИ-НЕ присутствует сигнал логического "0", первый конденсатор заряжается через первый резистор под действием сигнала логической "1" с выхода четвертого элемента ИЛИ-НЕ, при этом второй конденсатор разряжен. Если, например, под действием напряжения помехи на входах первого элемента ИЛИ-НЕ наведется уровень логического "0", то это вызовет переключение его в состояние логической "1" на выходе, что повлечет формирование на выходе второго элемента ИЛИ-НЕ сигнала логического "0", подтверждающего состояние первого элемента ИЛИ-НЕ после прекращения действия помехи. Таким образом, под действием напряжения помехи мультивибратор может несанкционированно изменить фазу формируемых сигналов, длительность формируемого в это время периода за счет этого уменьшается.

Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости мультивибратора в условиях воздействия высокоинтенсивных электрических помех.

Указанный технический результат достигается тем, что мультивибратор содержит инвертор, первый и второй логические элементы, элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента, первый выход мультивибратора соединен через первый конденсатор с первым выводом первого резистора, второй выход мультивибратора соединен с выходом инвертора и через второй конденсатор с первым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов объединены. Новым является то, что дополнительно введены третий конденсатор, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, триггер Шмитта первый вход которого через последовательно соединенные третий и четвертый резисторы подключен к выходу второго логического элемента, первый вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с первым выходом мультивибратора, со вторым входом первого логического элемента и с выходом триггера Шмитта, второй вход которого соединен с входной шиной, выход первого логического элемента через третий конденсатор подключен к точке соединения третьего и четвертого резисторов, первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно через пятый и шестой резисторы с первыми выводами первого и второго резисторов соответственно, а выход элемента ИЛИ-НЕ соединен со вторым входом второго логического элемента, точка соединения первого и второго резисторов подключена к общей шине, при этом первый и второй логические элементы выполнены в виде элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить помехоустойчивость мультивибратора за счет разделения между его элементами функций формирования задержки переключения и коммутации состояний и выполнения коммутатора состояний в виде помехоустойчивой структуры.

На чертеже приведена схема мультивибратора.

Мультивибратор содержит триггер Шмитта 1, инвертор 2, элемент ИЛИ-НЕ 3, первый логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, второй логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, первый конденсатор 6, второй конденсатор 7, третий конденсатор 8, первый резистор 9, второй резистор 10, третий резистор 13, четвертый резистор 14, пятый резистор 11, шестой резистор 12, первый выход 15 мультивибратора, второй выход 16 мультивибратора, общую шину 17 и входную шину 18.

Выход триггера Шмитта 1 соединен с первым выходом 15 мультивибратора, с входом инвертора 2, со вторым входом первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 и через первый конденсатор 6 - с первым выводом первого резистора 9. Выход инвертора 2 соединен со вторым выходом 16 мультивибратора, с первым входом второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 и через второй конденсатор 7 - с первым выводом второго резистора 10. Первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ 3 соединены соответственно через пятый и шестой резисторы 11 и 12 с первыми выводами соответственно первого и второго резисторов 9 и 10, вторые выводы которых соединены с общей шиной 17. Выход элемента ИЛИ-НЕ 3 соединен со вторым входом второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, выход которого соединен через последовательно соединенные четвертый и третий резисторы 14 и 13 с первым входом триггера Шмитта 1, второй вход которого подключен к входной шине 18. Первый вход первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 3, а выход - через третий конденсатор 8 с точкой соединения третьего и четвертого резисторов 13 и 14. Структура, выполненная на основе триггера Шмитта 1, инвертора 2, первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 и 4, третьего конденсатора 8, третьего и четвертого резисторов 13 и 14, представляет собой управляемый коммутатор состояний мультивибратора.

Мультивибратор работает следующим образом. Предположим, что к моменту включения напряжения питания конденсаторы 6, 7 и 8 разряжены. Одновременно с подачей напряжения питания на входную шину 18 поступает установочный импульс в виде сигнала логического "0", необходимый для задания элементам схемы начального состояния. Под действием установочного импульса на выходе триггера Шмитта 1 устанавливается сигнал логической "1", а на выходе инвертора 2 - соответственно сигнал логического "0", начинается процесс заряда конденсатора 6, при котором в начальный момент в точке соединения резисторов 9 и 11 и соответственно на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 3 устанавливается сигнал логической "1", а на его выходе - сигнал логического "0", благодаря которому на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 устанавливается сигнал логического "0", а на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 устанавливается сигнал логической "1", происходит быстрый процесс заряда конденсатора 8 через резистор 14, поскольку постоянная времени этой цепи много меньше постоянной времязадающих цепей (элементы 6, 9 и 7, 10). Длительность установочного импульса выбирается из условия полного заряда конденсатора 8, после чего установочный импульс снимается и схема приобретает устойчивое состояние, так как на второй вход триггера Шмитта 1 через резисторы 14 и 13 передается сигнал логического "0" с выхода логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4.

По мере заряда конденсатора 6, определяющего совместно с резистором 9 задержку переключения мультивибратора в первом полупериоде, напряжение на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 3 снижается и, когда оно достигнет величины порога переключения, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 3 установится сигнал логической "1", под действием которого на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 установится сигнал логической "1", а на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 - сигнал логического "0". Начинается процесс перезаряда конденсатора 8 через резистор 14, во время которого продолжает снижаться напряжение на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 3, что позволяет иметь к моменту переключения управляемого коммутатора состояний устойчивый сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 3. После задержки, определяемой временем перезаряда конденсатора 8 через резистор 14 до напряжения, равного порогу переключения триггера Шмитта 1, коммутируется новое состояние мультивибратора, при котором на выходе триггера Шмитта 1 устанавливается сигнал логического "0", на выходе инвертора 2 - сигнал логической "1", который передается через конденсатор 7 на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 3 и вызывает на его выходе сигнал логического "0", благодаря которому на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 поддерживается сигнал логической "1", а на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 - сигнал логического "0". Использование управляемого коммутатора состояний, который имеет в своем составе RC-цепь и триггер Шмитта, имеющий гистерезис порогов переключения, позволяет избежать на выходах коммутатора состояний паразитной высокочастотной генерации в процессе его переключения. Указанная генерация характерна для усилительных каскадов, охваченных отрицательной обратной связью, именно такую структуру представляет собой управляемый коммутатор состояний при переключении. Таким образом, в схеме осуществляется устойчивость к воздействию внутренних помех, возникающих при переключении мультивибратора.

По мере заряда конденсатора 7, определяющего совместно с резистором 10 задержку переключения мультивибратора во втором полупериоде, напряжение на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 3 снижается и, когда оно достигнет величины порога переключения, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 3 установится сигнал логической "1", под действием которого на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 установится сигнал логического "0", а на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 - сигнал логической "1". После перезаряда конденсатора 8 до напряжения, при котором напряжение на входе триггера Шмитта 1 достигнет порога переключения, произойдет коммутация мультивибратора в новое состояние, и на выходе триггера Шмитта 1 установится сигнал логической "1", а на выходе инвертора 2 - сигнал логического "0", и далее работа мультивибратора продолжается по описанному выше принципу.

Устойчивость мультивибратора к воздействию внешних электрических помех, как следует из описания его работы, также обеспечивается устойчивостью к указанным помехам управляемого коммутатора состояний. Если кратковременный импульс помехи изменит, например, выходное состояние триггера Шмитта 1 или инвертора 2, или других элементов, управляемый коммутатор тут же восстановит состояние сбившегося элемента или нескольких элементов, поскольку коммутатор является помехоустойчивым благодаря наличию в нем RC-цепи при условии, что длительность помехи не превышает постоянной времени этой цепи.

Таким образом, описание работы показывает, что заявляемый мультивибратор обладает устойчивостью к воздействию коротких высокоинтенсивных электрических помех, способных кратковременно изменить выходные состояния элементов схемы.

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

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости в условиях воздействия высокоинтенсивных электрических помех. Мультивибратор содержит инвертор, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, триггер Шмитта, элемент ИЛИ-НЕ, шесть резисторов, три конденсатора. 1 ил.

Мультивибратор, содержащий инвертор, первый и второй логические элементы, элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента, первый выход мультивибратора соединен через первый конденсатор с первым выводом первого резистора, второй выход мультивибратора соединен с выходом инвертора и через второй конденсатор с первым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов объединены, отличающийся тем, что дополнительно введен третий конденсатор, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, триггер Шмитта, первый вход которого через последовательно соединенные третий и четвертый резисторы подключен к выходу второго логического элемента, первый вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с первым выходом мультивибратора, со вторым входом первого логического элемента и с выходом триггера Шмитта, второй вход которого соединен с входной шиной, выход первого логического элемента через третий конденсатор подключен к точке соединения третьего и четвертого резисторов, первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно через пятый и шестой резисторы с первыми выводами первого и второго резисторов соответственно, а выход элемента ИЛИ-НЕ соединен со вторым входом логического элемента, точка соединения первого и второго резисторов подключена к общей шине, при этом первый и второй логические элементы выполнены в виде элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.