Мультивибратор Советский патент 1986 года по МПК H03K3/28 H03K3/23 

Изобретение относится к импульс- HI-IM генераторам и может быть использовано в устройствах автоматики и

импульсной ТГАНИКИ,

Цель изобретения - расширение функциональньк возможностей мультивибратора путем обеспечения запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источников входных сигналов.

На чертеже приведена схема мультивибратора,:

Он содержит операционный усилитель 1, у.которого инвертирующий вход через первый резистор 2 соединен с общей шиной и через соединенные встречно-последовательно фотодиоды оптронных пар 3 и 4 - с его выходом, а неинвертирукщий вход соединен с его выходом через соединенные последовательно второй резистор 5 и конденсатор 6, первый и второй МДП-транзисторы 7 и 8 с каналами п- и р-типа соответственно, истоки которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя 1, затворы - с выходом операционного усилителя 1, а сто- . ки через третий и четвертый резисторы 9 и 10 - с первой и второй входными шинами соответственно, и светодиоды оптронных пар 11 и 12 соединенные встречно-параллельно и включенные через пятый резистор 1 между выходом операционного усилителя 1 и общей шиной.

Принцип работы мультивибратора заключается в следующем.

Автоколебательный режим.

Пусть в исходном состоянии на пер вую и вторую входные шины мультивибратора подается напряжение одной полярности, например положительной, на его выходе присутствует напряжение положительной полярности. При этом первый МДИ-транзистор 7 открыт, второй ВДП-транзистор 8 закрыт, первый светодиод 11 смещен в прямом направлении выходным напряжением операционного усилителя и излучает оптическое излучение, второй светодиод 12 закрыт, а на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействует оптическое излучение от внещнего источника.

Предположим, что интенсивность излучения внешнего источника возрастает от некоторого близкого к нулю значения.

10

15

13519.

Увеличение интенсинности излучения внешнего источника .вызывает уменьшение сопротивления смещенного в обратном направлении фотодиода 3, в результате чего через него начинает «протекать ток, создающий падение напряжения на резисторе 2, Когда падение напряжения на резисторе 2 увеличится настолько, что станет больше напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 1, равного напряжению на первой входной шине мультивибратора, усилитель переключается в состояние отрицательного ограничения. Конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 5 и 10 и открывшийся транзистор 8,при этом возникает положительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии отрицательного ограничения, светодиод 11 закрывается, светодиод 12 открывается и начинает генерировать оптическое излучение. Одновременно за счет кода, протекакмцего через смещенный в прямом направлении фотодиод 3 и открытый излучением внешнего источника фотодиод 4, на резисторе 2 создается падение напряжения отрицательной полярности. Это напряжение сравнивается со спадающим напряжением неинвертирующего входа усилителя 1 отрицательной полярности. Когда напряжение положительной обратной связи уменьшает20

25

30

35

40

45

50

55

ся настолько, что потенциал неинвертирующего входа усилителя 1 становится меньше по абсолютной величине потенциала его инвертирующего входа, усилитель переключается в состояние положительного ограничения, светодиод 11 открывается и начинает генерировать оптическое излучение, светодиод 12 закрывается, транзистор 7 открывается, транзистор 8 закрывается. Начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 5 и 9 и открытый транзистор 7, что приводит к возникновению положительной обратной связи, удерживающей усилитель 1 в состоянии положительного ограничения. На инвертирующем входе операционного усилителя устанавливается напряжение положительной полярности, величина которого определяется интенсивностью излучения внешнего источника, воздействующего на смещен- ньш в обратном направлении фото3 1

иод 3 и смещенный в прямом направении фотодиод 4. В процессе перезарядки конденсатора 6 потенциал яейнвёртирующего входа усилителя 1 уменьшается и в некоторьй момент становится меньше потенциала его инвертирующего входа, В этот мо- - мент операционньй усилитель 1 переключается в состояние отрицательного ограничения. Начинается формирование следующего выходного импульса ,

Дальнейшее увеличение интенсивности излучения внешнего источника приводит к увеличению напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя и, как следствие, к увеличению частоты следования выходных импульсов. Рост частоты следования выходных импульсов продолжается до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 не превысит сумму напряжений, действующих на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 напряжения полозштельной обратной связи и входного напряжения. После этого мультивибратор устанавливается в устойчивое состояние положительного ограничения, в котором находится до тех пор, пока не уменьшится .интенсивность оптического излучения внешнего источника.

Если на каждьй из фотодиодов воздействует излучение от различных источников, то при фиксированном значении входных напряжений их независимое изменение интенсивности вызывает независимое изменение длительности полуволн генерируемых импульсов. Это позволяет сравнивать интенсивность входного оптического излучения.

При отрицательной полярности входных напряжений устройство работает аналогично.

Ждущий, режим.

Пусть на первом и втором входных шинах мультивибратора присутствует напряжение отрицательной полярности, усилитель Г находится в тоянии отрицательного ограничения, транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 11 закрыт, свето- диод 12 открыт и генерирует оптическое излучение. Предположим, что первый фотодиод 3 открыт непрерывным излучением внешнего источника све135194

та или имеет оптическую связь с первым светодиодом 11.

Пусть в некоторый момент времени на фотодиод l поступает импульс оптического излучения от внешнего источника или от светодиода 12 и вызывает его отпирание. На инверти- рующий вход операционного усилителя 1 поступает напряжение отрицатель- ,0 ной полярности, превышакицее напряжение на его неинвертирующем входе. Усилитель 1 переключается в состояние положительного ограничения,транзистор 7 открывается, транзистор 8 закрывается, конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 5 и 9 и транзистор 7. Возникает положительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии положительного ограничения до тех пор, пока напряжение на неинвертирующем входе не станет меньше напряжения на его инвертирующем входе. Напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 после его переключения в состояние положительного ограничения имеет положительную полярность и величину, зависящую от интенсивности излучения, воздействующего на фотодиод 3,

15

20

25

0

5

0

5

0

5

Когда потенциал неинвертирутощего входа становится меньше потенциала инвертирующего входа операционного усилителя 1, он переключается в состояние отрицательного ограничения. При этом транзистор 7 .закрьгоается, транзистор 8 открывается, начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 5 и 10, а инвертирующий вход операционного усилителя оказывается зазег-шенным через резистор 2, поскольку фотодиод 4 смещается в об

t ратном направлении выходным напряжением усилителя 1 и его сопротивление становится велико. После окончания перезаряда конденсатора 6 мультивибратор возвращается в исходное устойчивое состояние.

Если фотодиод 3 не подвергается воздействию оптического излучения

;ОТ внешнего источника и не имеет оптической связи со светодиодом 11, то после запуска мультивибратора импульсом излучения на фотодиод 4 инвертирующий вход усилителя 1 имеет нулевой потенциал, с которым и сравнивается напряжение на неинвертирующем входе. В результате на выходе мультивибратора формируется импульс напряжения положительной полярности, а также импульс оптического излучения светодиода 11,

Бистабильный режим.

Пусть в исходном состоянии на первую входную шину мультивибратора подается напряжение положительной полярности, на вторую - отрицательной, на выходе присутствует напряжение отрицательной полярности, транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 4 заперт, свето- диод 12 открыт и генерирует оптическое излучение.

Предположим, что на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействуют импульсы оптического излучения от внешнего источника. Первый импульс излучения -вызывает отпирание фотодиода 4 и напряжение с выхода усилителя 1 поступает на его инвертирующий ьход, где сравнивается с напряжением на неинвертирующем входе. Если напряжение инвертирующего входа оказывается больше напряжения на неинвертирующем входе, то усилитель 1 переключается из устойчивого состояния отрицательного ограничения в состояние положительного ограничения. Транзистор 8 закрывается, транзистор 7 открывается И на неинвертирующий вход операционного усилителя поступает напряжение положительной полярности с первой входной шины мультивибратора. Одновременно запирается светодиод 1 и открывается светодиод 11.

Состояние положительного ограничения также является устойчивым, так как инвертирующий вход операционого усилителя 1 после окончания импульса оптического излучения оказывается заземленным через резистор 2, а на неинвертирующем входе присутствует напряжение положительной полярности с первой входной шины устройства. Второй импульс оптического излучения отпирает фотодиод и выходное напряжение усилителя 1 через смещенный в прямом направлении фотодиод 4 и открытый фотодиод поступает на его инвертирующий вход где сравнивается с напряжением на неинвертирующем входе. Если напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 1 оказывается больше напряжения на неинвертирующем входе, то он переключается в состояние отрицательного ограничени

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

транзистор 7 запирается, -транзистор 8 открывается, на неинвертирующий вход усилителя 1 поступает напряжение отрицательной полярности с второй входной шины, светодиод 11 запирается, светодиод 12 открывается и начинает генерировать оптическое излучение. Это состояние мультивибратора является устойчивым, так как после окончания импульса оптического излучения инвертирующий вход операционного усилителя 1 оказывается заземленным через первый резистор 2, а на неинвертирующий вход подается напряжение отрицательной полярности с второй входной шины.

В рассмотренном случае мультивибратор работает как счетный триггер, причем излучение светодиода 11 можно рассматривать как логическую единицу на прямом выходе, а излучение светодиода 12 - как логическую единицу на его инверсном выходе.

Если импульсы оптического излучения поочередно воздействуют на первый и второй фотодиоды, то мульти- виб:затор работает как асинхронный RS-триггер. При этом в качестве внешнего источника импульсов оптического излучения могут быть использованы светодиоды аналогичного устройства, что позволяет использовать мультивибратор для построения гальванически развязанных узлов вычислительной техники, например счетчиков и регистров Возможность регулировки порогов переключения мультивибратора из одного устойчивого состояния в другое обеспечивает его повьш1енную помехозащищенность.

Таким образом, схемное решение предлагаемого устройства позволяет работать как в ждущем и автоколебательном режимах, так и в бистабиль- ном режиме, причем выбор рабочего режима осуществляется электронным способом.

Эффект от использования мультивибратора заключается в том, что он может срабатывать от оптических сигналов без синхронизирующего электрического сигнала, осуществлять преобразование оптического излучения двух внешних источников в длительность и частоту следования ге нерируемых импульсов и сравнивать их

ночные импульсы под воздействием входных оптических сигналов. Это позволяет использовать мультивибратор в качестве нескольких различных устройств, например оптоэлектронного триггера, фотопреобразователя, ждущего мультивибратора с гальваническо раэвйзкой от источников входных сигналов.

Формула изобретения

Мультивибратор, содержащий опера- ционньй усилитель, в котором инвер- тируниций вход через первый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий через соединенные последовательно второй резистор и конденсатор с выходом операционного усилителя, два. МДП-транзистора с каналами п- и р-типа соответственно, истоки

которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, затворы - с выходом операционного усилителя, а стоки через третий и

четвертый резисторы соединены с первой и второй входными шинами соответственно, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет

обеспечения запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источников входных сигналов, в него введены первая и вторая оптронные пары с открытым .оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно и включены между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, а светодиоды соединены встречно-параллельно и через пятый резистор включены между выходом операционного усилителя и общей шиной.

Изобретение относится к импульсным генераторам и может быть использовано в устройствах автоматики и импульсной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источника входных сигналов. Мультивибратор содержит операционный усилитель 1, резисторы 2,5, 9, 10 и 13, оптрон- ные пары 3 и 4 и 11и12, конденсатор 6, ЩЩ-транзисторы 7 и 8 с каналами rf ИР соответственно. В мультивибратор введены первая и вторая оптронные пары с открытым оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно. 1 ил. Вмх.