МУЛЬТИВИБРАТОР Российский патент 2004 года по МПК H03K3/28 

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

Известен мультивибратор (авторское свидетельство СССР №1411931 от 06.03.1986, МКИ Н 03 К 3/28, "Мультивибратор", В.Ю.Беляев, опубл. 23.07.1988, 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 (В.Н.Яковлев, В.В.Воскресенский и др. Справочник по микроэлектронной импульсной технике. - Техника, 1983, с.216, рис.9.36), 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 первым выводом первого резистора. Выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, вторым выходом мультивибратора и через второй конденсатор - с входами первого элемента ИЛИ-НЕ, анодом второго диода и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с катодом второго диода, вторым выводом первого резистора, катодом первого диода и выходом четвертого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, а второй вход - с общей шиной. Указанное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и взято в качестве прототипа.

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 элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым выходом устройства, первый инвертор, вход которого соединен с первым выводом первого резистора, а выход соединен со вторым выходом устройства и вторым входом первого логического элемента, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента, второй резистор, первый и второй конденсаторы. Новым является то, что дополнительно введены входная шина, третий, четвертый, пятый резисторы и второй инвертор, выход которого через последовательно соединенные пятый и четвертый резисторы соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого инвертора, вторым входом второго логического элемента и через последовательно соединенные второй резистор и первый конденсатор со вторым выводом первого резистора, второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входной шиной, а выход - с входом первого инвертора, первый вход первого логического элемента подключен к точке соединения второго резистора и первого конденсатора, выход второго логического элемента соединен с входом второго инвертора и через второй конденсатор подключен к точке соединения четвертого и пятого резисторов, 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 элемент 1 ИЛИ-НЕ, инверторы 2 и 5, элементы 3, 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, резисторы 6-10, конденсаторы 11 и 12, входную шину 13, выходы 14, 15 мультивибратора.

Выход элемента 1 ИЛИ-НЕ соединен с выходом 14 мультивибратора, входом инвертора 2 и через последовательно соединенные резистор 7, конденсатор 11 и резистор 8 - с выходом инвертора 2, выходом 15 мультивибратора и первыми входами элементов 3, 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Второй вход элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к точке соединения конденсатора 11 и резистора 8, а выход - к второму входу элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора 5. Первый вход элемента 1 ИЛИ-НЕ через резистор 6 соединен с выходом инвертора 2 и через последовательно соединенные резисторы 9 и 10 с выходом инвертора 5. Выход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через конденсатор 12 подключен к точке соединения резисторов 9 и 10. Второй вход элемента 1 ИЛИ-НЕ подключен к входной шине 13. Структура, выполненная на основе резисторов 7, 8, конденсатора 11 и элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, представляет собой устройство задержки переключения (УЗП) мультивибратора. Остальные элементы входят в состав управляемого коммутатора состояний (УКС) мультивибратора.

Мультивибратор работает следующим образом.

Предположим, что к моменту включения напряжения питания конденсаторы 11, 12 разряжены. Одновременно с подачей напряжения питания на входную шину 13 поступает установочный импульс в виде сигнала логической "1", необходимый для задания элементам схемы начального состояния. Под действием установочного импульса на выходе элемента 1 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логического "0", а на выходе инвертора 2 - соответственно сигнал логической "1", начинается процесс заряда конденсатора 11 по цепи: выход инвертора 2, времязадающие резисторы 8 и 7, выход элемента 1 ИЛИ-НЕ. Номиналы резисторов 7 и 8 (R7, R8) составляют в сумме времязадающий номинал R, причем К7=dR, a R8=(1-d)R, где d=0,2...0,3. Учитывая такие соотношения номиналов резисторов 7 и 8, в начальный момент в процессе заряда конденсатора 11 на втором входе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается сигнал логического "0", а на его выходе - сигнал логической "1", благодаря которому на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается сигнал логического "0", а на выходе инвертора 5 устанавливается сигнал логической "1", происходит быстрый процесс заряда конденсатора 12 через резистор 10, поскольку постоянная времени этой цепи много меньше постоянной времязадающей цепи (элементы 7, 8, 11). Длительность установочного импульса выбирается из условия полного заряда конденсатора 12, после чего установочный импульс снимается и схема приобретает устойчивое состояние, так как на первый вход элемента 1 ИЛИ-НЕ через резисторы 10 и 9 передается сигнал логической "1" с выхода инвертора 5. Если номиналы резисторов 9 и 10 (R9, R10) составляют в сумме номинал R1, то R9=dR1, a R10=(1-d)R1, где d=0,2...0,3, причем номиналы резисторов 7 и 9 должны выбираться из условия обеспечения безопасных режимов работы по входным цепям соответственно элементов 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента 1 ИЛИ-НЕ. Следует отметить, что под действием установочного импульса заряд конденсатора 12 также происходит по цепи: выход инвертора 2, резистор 6, резистор 9, однако номинал резистора 6 (R6) составляет R6=(5...10)R1, поэтому время заряда конденсатора 12 определяется в основном номиналом резистора 10. Введение в УКС резистора 6 позволяет получить гистерезис переключательной характеристики элемента 1 ИЛИ-НЕ относительно потенциала на конденсаторе 12. По мере заряда конденсатора 11, определяющего совместно с резисторами 7 и 8 задержку переключения мультивибратора, напряжение на втором входе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ возрастает, и когда оно достигнет величины порога переключения, на выходе УЗП (выход элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) установится сигнал логического "0", под действием которого начинается процесс переключения УКС, характеризующийся тем, что на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается сигнал логической "1", а на выходе инвертора 5 - сигнал логического "0". Начинается процесс перезаряда конденсатора 12, во время которого продолжает повышаться напряжение на втором входе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, что позволяет иметь к моменту переключения УКС устойчивый сигнал на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. После задержки, определяемой временем перезаряда конденсатора 12 до напряжения, при котором с учетом влияния резистора 6 достигается порог переключения элемента 1 ИЛИ-НЕ, коммутируется новое состояние мультивибратора, при котором на выходе элемента 1 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логической "1", на выходе инвертора 2 - сигнал логического "0", начинается второй полупериод работы мультивибратора. Под действием выходного сигнала элемента 1 ИЛИ-НЕ начинается перезаряд конденсатора 11, при котором в начальный момент на второй вход элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ передается сигнал логической "1" и поскольку на первый вход элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с выхода инвертора 2 поступает сигнал логического "0", то на выходе УЗП устанавливается сигнал логической "1", подтверждающий состояние УКС. По мере заряда конденсатора 11 напряжение на втором входе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ снижается и когда оно достигнет величины порога переключения, на выходе УЗП установится сигнал логического "0", под действием которого начинается очередной процесс переключения УКС, характеризующийся тем, что на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается сигнал логического "0", а на выходе инвертора 5 - сигнал логической "1". Начинается процесс перезаряда конденсатора 12, и после задержки, определяемой временем перезаряда конденсатора 12 до напряжения, при котором с учетом влияния резистора 6 достигается порог переключения элемента 1 ИЛИ-НЕ, коммутируется новое состояние мультивибратора, при котором на выходе элемента 1 ИЛИ-НЕ устанавливается сигнал логического "0", на выходе инвертора 2 - сигнал логической "1" и далее работа мультивибратора продолжается по описанному выше принципу.

Использование УКС, имеющего гистерезис порогов переключения и содержащего в своем составе RC-цепь, позволяет избежать на выходах УКС паразитной высокочастотной генерации в процессе переключения. Указанная генерация характерна для усилительных каскадов, охваченных отрицательной обратной связью, именно такую структуру представляет собой УКС при переключении. Таким образом, в схеме осуществляется устойчивость к воздействию внутренних помех, возникающих при переключении мультивибратора.

Устойчивость мультивибратора к воздействию внешних электрических помех, как следует из описания его работы, также обеспечивается устойчивостью к указанным помехам УКС. Если кратковременный импульс помехи изменит, например, выходное состояние элемента 1 ИЛИ-НЕ, или инвертора 2, или других элементов, то их состояние тут же будет восстановлено, 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. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости в условиях высокоинтенсивных электрических помех (ЭП). Мультивибратор (М) содержит элементы (Э) 1 ИЛИ-НЕ, инверторы (И) 2, 5, Э 3, 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, резисторы (Р) 6-10, конденсаторы (К) 11, 12, входную шину 13, выходы 14, 15 М. Устойчивость М к воздействию внешних ЭП обеспечивается устойчивостью к ЭП управляемого коммутатора состояний (УКС) на базе элементов 1, 2, 4-6, 9, 10, 12. Если кратковременный импульс ЭП изменит состояние элементов 1 или 2 или других элементов, то их состояние тут же будет восстановлено, поскольку состояние УКС является помехоустойчивым благодаря наличию в нем RC-цепи, если длительность ЭП не превышает постоянную времени этой цепи. 1 ил.

Мультивибратор, содержащий элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым выходом устройства, первый инвертор, вход которого соединен с первым выводом первого резистора, а выход соединен со вторым выходом устройства и вторым входом первого логического элемента, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента, второй резистор, первый и второй конденсаторы, отличающийся тем, что дополнительно введены входная шина, третий, четвертый, пятый резисторы и второй инвертор, выход которого через последовательно соединенные пятый и четвертый резисторы соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ и с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого инвертора, с вторым входом второго логического элемента и через последовательно соединенные второй резистор и первый конденсатор со вторым выводом первого резистора, второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входной шиной, а выход - с входом первого инвертора, первый вход первого логического элемента подключен к точке соединения второго резистора и первого конденсатора, выход второго логического элемента соединен с входом второго инвертора и через второй конденсатор подключен к точке соединения четвертого и пятого резисторов, логические элементы выполнены в виде элементов Исключающее ИЛИ.