Мультивибратор Советский патент 1984 года по МПК H03K3/28 H03K3/33 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть исцользован в телеметрии и автоматике, в частнос ти, для одновременного преобразования двух пар электрических сигналов разной полярности в частоту следования и длительность импульсов. Известен мультивибратор на операционном -усилителе, позволяющий осуществлять регулировку периода сле(дования импульсов при сохранении их длительности постоянной tj . Однако схемное решение известного устройства не позволяет осуществлять электронную перестройку режима его работы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ждущий мультивибратор, содержащий опера ционный усилитель, инвертирующий вхо которого соединен через первый резис тор с общей шиной, а неинвертирующий через последовательно соединенные вт рой резистор и конденсатор - с выходом операционного усилителя и выходной шиной устройства, третий резисто соединяющий вторую входную шину с не инвертирующим входом операционного усилителя, и МДП транзистор с канало П-типа, затвор которого соединен с вы, ходом операционного усилителя, сток через четвертый резистор - с первой входной шиной, а исток - с инвертиру ющим входом операционного усилите ля 2 . Однако схемное решение этого устройства не позволяет получать бистабшхьный режим работы, не обеспечивает возможность одновременного преобразования двух пар электрических сигналов разной полярности,и не може быть использовано для вьтолнения логических операций с непрерывными сиг налами. Цель изобретения расширение функ циональных возможностей путем обеспечения возможности работы устройств в бистабильном режиме, преббразовани двзп пар электрических сигналов разной полярности в частоту следования и длительность импульсов, выполнения логических операций с непрерывными сигналами. Поставленная цель достигается тем что в мультивибратор, содержащий опе рационный усилитель, инвертирующий вход которого соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующий через последовательно соединенные второй резистор и конденсатор с выходом операционного усиления и . выходной шиной устройства, третий резистор, первый вьгоод которого соединен со второй входной шиной устройства, и МДП-транзистор с каналом h-типа, затвор которого соединен с выходом операционного усилителя, а сток через четвертый резистор - с первой входной шиной, введены второй МДП-транзистор с каналом р-типа, третий и четвертый МДП-транзисторЫ с каналом h -типа, причем затворы всех транзисторов соединены с выходом операционного усилителя, исток первого транзистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и истоком третьего транзистора, сток первого транзистора соединен с вторые выводом третьего резистора, истоки второго и четвертого транзисторов соединены с инвертирующим входе операционного усилителя, а их стоки - с третьей и четвертой входными шинами соответственно. : На чертеже представлена схема мультивибратора. Мультивибратор содержит операционный усилитель 1, йнвертирукщий вход которого соединен через первый резистор 2 с общей шиной, а неинвертирующий - через последовательно соединенные второй резистор 3 и конденсатор 6 - с выходом операционного усилителя и выходной шиной, третий и четвертый резисторы 4 и 5, соединенные соответственно со второй и первой входными шинами, конденсатор 6, первьй и второй М/Щ-транзисторы 7 и 8 с каналом р -типа и третий и четвертый МДП-транзисторы 9 и tO с каналом П-типа. Затворы всех транзисторов соединены с выходом операционного усилителя. Мультивибратор работает следующим образом. Предположим, что на первой и четвертой входных шинах устройства присутствует напряжение положительной полярности, а на втором и третьем отрицательной, и выполняются условия 8Х, iJexqi ) UB, и,. u.,i f Пусть в начальный момент времени операционный усилитель 1 переключается в состояние положительного ограничения и на его выходе,а следовательно, и на выходной шине устройства, устанавливается напряжение положительной полярности. Транзисторы 9 и 10 с каналом п - типа открьшаются, .транзисторы 7 и 8 с каналом р -типа запираются. Напряжение с четвертой . входной шины мультивибратора через открытьй тразистор 10 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 1, где сравнивается с напряжением на его неинвертирующем входе. Одновременно начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 3 и 5 и открытый транзистор 9, в результате чего возникает положительная обратная связь, удерживающая усилитель t в состоянии положительного ограничения. В процессе перезаряди конденсатора 6.действующее на неинвертирующем яходе операционного усилителя 1 напряжение положительной обратной связи спадает по экспоненциальному закону, при этом скорость его изменения определяется пос тоянной времени цепи положительной обратной связи и величиной напряжения на первой входной шине мультивиб ратора. В момент времени, когда напI ряжение на неинвертирующем входе уси лителя 1 становится меньше напряже1ния на его инвертирующем входе, усилитель переключается в состояние отрицательного ограничения. Транзисторы 9 и 10 запираются, транзисторы 7 8 открываются, и на инвертирующий вх операциоиного усилителя 1 поступает напряжение отрицательной полярности с третьей входной шины устройства. Одн временно отрицательный перепад выход ного напряжения операционного усилиТеля поступает на его неинвертирующи i- f j V вход через конденсатор 6 и резистор Конденсатор 6 начинает перезаряжатьс через резисторы 3 и 4, возникает пол .жительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии отрицательного ограничения. Скорость перезаряда конденсатора 6 определяется постоянной времени цепи перезаряда и величиной нащ)яжения на второй вхо ной шине устройства. Процесс перезаряда конденсатора продолжается до . тех пор, пока в результате уменьшения напряжения положительной обратной связи потенциал неинвертирующего входа усилители станет меньше потенциала его инвертирующего входа В этот момент усилитель 1 снова переключается в состояние положительного ограничения и начинается формирование следующего импульса. Формирование импульсов продолшается до тех пор, пока выполняются условия (1). При этом изменение величины напряжения на первой и четвертой входных шинах вызьгоает изменение длительности положительной полуволны выходного напряжения, а изменение величины напряжения на второй и третьей входных шинах отрицательной полуволны выходного сигнала. Предположим теперь, что в результате изменения входных напряжений на первом и четвертом входных шинах стали выполняться условия UBX, UB«A (UexH IUB.,1 (2) В этом случае после переключения операционного усилителя в состояние поле жительного, ограничения напряжение на его неинвертирующем входе не станет меньше напряжения на инвертирующем входе после окончания перезаряда конденсатора 6, вследствие чего усилитель 1 остается в состоянии положительного ограничения, которое в данном случае является устойчивым. При постзшлении на четвертую входную шину мультивибратора сигнала с амплитудой, превьшающей величину напряжения на первой входной шине, операционный усилитель 1 переключается в состояние отрицательного ограничения, транзисторы 9 и 10 запираются, транзисторы 7 и 8 открывается, конденсатор 6 нахшнает перезаряжаться через резисторы 3 и 4 и транзистор 7, вследртвие чего возникает положительная обратная связь, а на инвертирующий . г г -ч вход усилителя 1 через транзистор 8 поступает напряжение с третьей входной шины мультивибратора. За счет действия положительной обратной связи усилитель 1 остается в состоянии отрицательного ограничения, пока потенциал его неинвертирующего входа не станет Меньше потенциала инвертирующего входа. В этот усилитель 1 переключается в состояние положительного ограничения, транзисторы 7 и 8 запираются, транзисторы 9 и 10 открьшаются, конденсатор 6 начинает заряжаться и после окончания Заряда конденсатора устройство возвращается в исходное состояние. На выходной шине мультивибратора формируется импульс напряжения отрицательной полярности, длительность которого зависит от величины напряжений на его второй и третьей входных шинах. Пусть напржяения- входных сигналов изменились таким образом, что стали выполняться условия UMI UBM. Uftx.l .зКЗ) В этом случае после переключения one рационного усилителя в состояние отрицательного ограничения потенциал неинвертирующего входа усилителя не будет меньше по абсолютной величине потенциала его инвертирующего входа после окончания переразряда конденсатора 6. Вследствие этого усилитель 1 останется в состоянии отрицательного ограничения, которое в данном случае является устойчивым. При поступлении на третью входную шину мультивибратора сигнала отрицательной полярности, амплитуда которого превышает величину напряжения на второй входной шине, усилитель 1 переключается в состояние положитель ного ограничения. Транзисторы 9 и 10 открываются, транзисторы 7 и 8 закрываются, конденсатор 6 начинает заряжаться 4eipe3 резисторы- 3 и 5 и транзистор 9 Процесс заряда конденсатора 6 продолжается до тех пор, пока потенциал неинвертирующего входа oneрационного усилителя 1 не станет меньше потенциала его инвертирующего входа из-за уменьшения напряжения полояштельной обратной связи. В зтот момент операционный усипитель 1 пере- jj ключается в состояние отрицательного .ограничения, транзисторы 9 и 10 запи ;раются, транзисторы 7 и 8 открьгоаются, конденсатор 6 начинает перезаряжаться и после окончания перезаряда устройство возвращается 6 исходное состояние. На выходнбй шине мультивибратора формируется импульс напряжения положительной полярности, длительность которого зависит от величи ны напряжений на его первой и четвер той входных шинах. Предположим теперь, что напряжени входньпс сигналов удовлетворяют условиям8 вХ4 I BJ.Zl ВХ.З| В этом случае оба состояния мультивибратора являются устойчивыми, так как потенциал неинвертирующего входа операционногб усилителя 1 не уменьшается по абсолютной величине мень,ше потенциала его инвертирующего вхо да после окончания перезаряда конденсатора 6. Переключении мультивибратора из состояния положительного ограничения в состояние отрицательного ограничения осуществляется сигналами положительной полярности, поступающими на четвертую входную шину и имеющими амплитуду, превышающую напряжение на первой входной шине. Переключение мультивибратора из состояния отрицательного ограничения в состояние положительного ограничения осуществляется сигналами отрицательной полярности, поступающими на его третью входную шину и имеющими амплитуду, превьшгающую величину напряжения на второй входной шине. Следовательно, в бистабильном режиме мультивибратор может выполнять функцию -триггера, характеристическое уравнение которого записьгеается в виде где О - состояние выходной шины в мрмент t; состояние выходной шины в предшествующий момент. Если условно принять за единичное состояние выходной шины устройства состояние положительного ограничения, а за нулевое - состояние отрицательного ограничения, то третья выходная шина мультивибратора будет являться входом установки в единичное состояние S, а четвертая входная шина входом установки в нулевое состояние R. Перекитючение мультивибратора из единичного состояния в нулевое происходит при Х4 Х1, следовательно в этом случае R 1, а при Х4 t XI R 0. Аналогично для единичного входа получаем, что при ХЗ Х2 S 1, а при ХЗ : Х2 S 0. Это позволяет переписать выражение (3) в виде (X2-,X3)VR(XV,X4)vQV где S(X2i ХЗ) и R(X1; Х4) - функции двух независ1д ых переменных. Если входные сигналы мультивибратора являются некоторыми логичесКими величинами, то, используя,припятые обозначения, записать, что для установления автоколебательного режима должно выполняться условие RixrjXil stxz.xsbi Это соответствует операции услов ного логического умножения входных Переменных. Для моностабильного режима с устойчивым состоянием положительного ограничения необходимо выполнение условия RC-XijX4)AS(X2iX3bl а для получения моностабильного реж ма с устойчивым состоянием отрицательного ограничения условия . R(X1-,X) А5(Х2-,ХЗ)И. В общем случае работа устройства может быть описана в зависимости.от комбипации входных сигналов следующим вьфажением: Х2 Х XI Х4: Х2 ХЗ 4X1-, 42 ХЭ; 44) -1 Х2 ХЗ ,,X4)vQ Х1 Х4; Х2 ХЗ где F (Х1 Х2{ХЗ,Х4) - частота следования выходньк импульсов как функция входных переменных. Отсюда сЛедует, что состояние выходной шины мультивибратора позволяет судить о соотношении входных сигналов При этом в автоколебательном режиме по длительности положительной и отрицательной полуволн выходного сигнала можно определить соотношение входных сигналов количественно. Таким образом, схемное решение мультивибратора позволяет работать 2 автоколебательном рев ждущем и бистабильном режиме в жимах, так и в зависимости от комбинации выходных сигналов. Кроме того, устройство позволяет сравнивать электрические сигналы по амплитуде, осуществлять одновременное преобразование электрических сигналов положительной и отрицательной полярности в частоту следованияи длительность импульсов, получать одиночные импульсы как положительной, так и отрицательной полярности, а также выполнять логические операции. Благодаря широким функциональным возможностям мультивибратор может быть использован в автоматике, вычислительной технике и телеметрии, например, для пригобразования сигналов датчиков различных физических полей, а также для построения систем автонеобслуживаемойматического контроля аппаратуры связи. Простота схемного решения данного устройства, минимальное число конденсаторов, отсутствие критичных к температуре элементов и использование в качестве прерывателей технологически единых элементов КДП-транзисторов позволяет реализовать его в микроминиатюрном исполнении. Предлагаемое устройство позволяет заменить собой ряд устройств импульсной техники и автоматики, а именно ждущий и автоколебательный мультивибратор, триггер, пороговое устройство, широтно-импульсный модулятор, преобразователь напряжение-частота, делитель частоты, логическое устройство.

МУЛЬТИВИБРАТОР, содержащий операционный усилитель, инвертирующи вход которого соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующий через последовательно соединенные второй резистор и конденсатор - с выходом операционного усиления и выходной шиной устройства, тре .тий резистор, первый вывод которого соединен с второй входной шиной устройства, и МДП-транзистор с каналом П-типа, затвор которого соединен с выходом операционного усилителя, а сток через четвертый резистор - с Аг.4 9 первой входной шиной, отличаю- . щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности его работы в бистабильном режиме, преобразования двух пар электрических сигналов разной полярности в частоту следования и длительность импульсов, вьшрлнения логических операций с нет прерывными сигналами, в него введены второй МДП-транзистор с каналом р-типа, третий и четвертый МДП-транзисторы с каналом ft -типа, причем затворы всех транзисторов соединены с выходом операционного усилителя, исток первого транзистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и истоком третьего транзистора, сток первого транзистора соединен с вторьм выводом третьего резистора, истоки второго и четвертого транзисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, а их стоки - с третьей и четвертой входньми шинами соответственно.