Автоколебательный мультивибратор Советский патент 1987 года по МПК H03K3/282 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники, а также перснективно для использования в сверхбольп1их интегральных схемах в качестве генератора тактовых импульсов.

Цель изобретения- уменьшение потребляемой энергии и расширение функциональных возможностей за счет осуп1,ествле- ния расшепления выходных напряжений.

Введение в автоколебательный мультивибратор, содержаш,ий два инвертора, двух дополнительных биполярных транзисторов в каждый инвертор обеспечивает использование микрорежима биполярных транзисторов.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема мультивибратора.

Автоколебательный мультивибратор содержит первый и второй инверторы на первых транзисторах Ь и 12 одного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с обшей шиной 2 питания, коллекторы подключены к дополнительным выходам 3i и За инверторов, а базы соединены с эмиттерами первых дополнительных транзисторов 4. и 42 того же типа проводимости, коллекторы которых соединены с основными выходами

51и 52 инверторов, а базы являются основными входами 6i и 62 инверторов, а также вторые транзисторы 7 и 7-2 противоположного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с шиной питания, коллекторы подключены к основным выходам 5( и 62 инверторов, а базы - к эмиттерам вторых дополнительных транзисторов 8i и8г проводимости, совпадающей с проводимостью транзисторов 7i и 7г , коллекторы которых подключены к дополнительным выходам 3i и 3 2 инверторов, а базы являются до- полнительн 1ми входами 9| и 9.2 инверторов. Основной вход 6| первого инвертора соединен с основным выходом 52 второго инвертора через хронируюш,ий конденсатор 10, а через времязадаюший резистор 11 соединен с дополнительным выходом 3i первого инвертора. Дополнительный вход 92 второго инвертора соединен с дополнительным выходом 3| первого инвертора, дополнительный вход 9| первого инвертора - с дополнительным выходом 32 второго инвертора, основной вход б2 второго инвертора - с основным выходом 5| первого инвертора.

Мультивибратор работает в автоколебательном режиме. Пусть в нервом квазистационарном состоянии на выходах 3i и 5i первого инвертора низкий уровень напряжения - логический «О, а на выходах 32 и

52второго инвертора высокий уровень напряжения - логическая «1. Тогда транзисторы Ь, 4i и ба, 72 находятся в открытом состоянии, а транзисторы 42, Ь и 8, 7i - в закрытом. Разряд хронируюшего конденсатора 10 происходит по цепи: цжна 12 питания, переход коллектор - эмиттер транзистора 72, конденсатор 10, времязадаюший резистор 11, переход коллектор - эмиттер транзистора |, обшая шина 2 питания. Время разряда конденсатора 10 полностью определяется постоянной времени т RiiCio (где RII - сопротивление резистора II; Сю - емкость конденсатора 10, поскольку сопротивление перехода коллектор- эмиттер открытых транзисторов h и 72 зна„ чительно меньп1е величины сопротивления времязадаюшего резистора 11. Состояние логической «1 на основном выходе 52 второго инвертора обеспечено током открытого транзистора 72, в то время как состояние логической «1 на дополнительном выходе

5 32 потенциальное, так как ток коллектора транзистора 82 значительно меньше тока коллектора транзистора 72. Аналогичным образом состояние логического «О на дополнительном выходе 3) также обеспечено током открытого транзистора li, тогда как состоя0 ние логического «О на основном выходе 5i также потенциальное, так как ток коллектора транзистора 4i значительно меньше тока коллектора транзистора . Первое квазистационарное состояние прекращается, ког5 да потенциал на основном входе 6i первого инвертора становится равным пороговому значению, что приводит к запиранию транзисторов li, 4i и 82, 72, а также лавинообразному открыванию транзисторов 42, Ь и 8, 7.

0 Во втором квазистационарном состоянии на вы.ходах 3i и 5i первого инвертора высокое напряжение - логическая «1, а на выходах 32 и 52 второго инвертора низкое напряжение - логический «О, перезаряд хронируюшего конденсатора 10 про5 исходит по цепи: шина 12 питания, переход база - эмиттер транзистора 1, переход коллектор - эмиттер транзистора 8i времязадаюший резистор 11, хронирующий конденсатор 10, переход коллектор - эмит- .. тер транзистора 4;., переход база - эмиттер транзистора Ь, обшая шина 2 питания.

Время перезаряда хронирующего конденсатора в этом квазистационарном состоянии определяется постоянной времени

45

Т„ С1о(Гбэ7+ Гб,+ RII),

- сопротивление перехода база -

эмиттер транзистора 1; Гбэ7 - сопротивление перехода база -

50эмиттер транзистора 7,

и поэтому длительность этого полупериода зависит от соотнои ения сопротивлений Rii и гбэ. Если , тогда мультивибратор имеет большую скважность релаксационных колебаний, а при r69«Rii скваж ность равна двум. Это квазистационарное состояние прекращается при повышении потенциала на входе 6| первого инвертора до уровня порогового напряжения.

В режиме лавинообразного переключения инверторов исключена ситуация прохождения сквозного тока через открытые транзисторы 1/ и 7, (i 1,2) за счет введения перекрестных связей между коллекторами указанных транзисторов с дополнительными транзисторами 4, и 8,. Инверторы предложенного устройства имеют минимальное энергетическое потребление по обоим входам, поскольку транзисторы 4, и 8, включены но схеме Дарлингтона с транзисторами 1,- и 7/. По существу эти инверторы управляются потенциалами, а не токами, по аналогии с МДП-транзисторами. Напряжение питания Ucc, приложенное к шинам 2 и 12,не должно превышать суммарную величину порогового напряжения .UT транзисторов 1, 4 и 8, 7.

Ucc Ur, +1Л. +UT, +UT, 2В,

когда эти транзисторы еше работают на экспоненциальном участке ВАХ.

В предложенном устройстве реализована функция расщепления выходных напряжений, которые могут обеспечиваться токами открытых более мощных транзисторов. Так, например, к выходам 5,- можно подключать базы транзисторов, тип проводимости которых совпадает с типом проводимости транзисторов 1, и 4,-, а к выходам 3,- - базы транзисторов с типом проводимости, совпадающим с транзисторами 7,- и 8/.

Автоколебательный мультивибратор предназначен для изготовления по планерной технологии или тонкопленочной полупроводниковой технологии. Топология изготовления транзисторов гребенчатая. Геометрические размеры транзисторов 1, и 7,- могут быть равны или отличаться в зависимости от концентрации легирующих примесей в полупроводнике областей баз. Геометрические размеры транзисторов 4, и 8,- можно сделать в 5-10 раз меньшими, чем размеры транзисторов 1, и 7„ поскольку протекающие через них токи значительно меньше. Схема обладает более высокой помехоустойчивостью, обус. ювлснной бо.пее высокой степенью насыщения транзисторов 1, и 7,. Предложенное устройство наиболее перспективно для применения в сверхбольших цифровых БИС, выполненных по планарной технологии, в качестве генератора тактовых импульсов.

Формула изобретения

0

Автоколебательный мультивибратор, содержащий два инвертора, каждый из которых содержит два транзистора противоположного типа проводимости, основной вход первого из которых соединен с основ5 ным выходом второго через хронирующий конденсатор, основной вход второго инвертора соединен с основным выходом первого непосредственно, первый вывод времязадаю- щего резистора соединен с основным входом первого инвертора, отличающийся тем, что с целью уменьшения потребляемой энергии и расширения функциональных возможностей, в каждый инвертор, выполненный на биполярных транзисторах, ведены первый и второй дополнительные би5 полярные транзисторы взаимно противоположного типа проводимости, эмиттер первого из которых типа проводимости, совпада- юшей с проводимостью первого транзистора, соединен с базой первого транзистора, коллектор подключен к основному выходу ин0 вертора, база соединена с основным входом инвертора, эмиттер второго дополнительного транзистора соединен с базой второго транзистора, коллектор соединен с коллектором первого транзи.стора и является дополнительным выходом инвертора, а база под5 ключена к дополнительному входу инвертора, второй вывод времязадающего резистора подключен к дополнительному выходу первого инвертора, дополнительный вход первого инвертора соединен с дополнительд ным выходом второго инвертора, дополнительный вход второго инвертора соединен с дополнительным выходом первого инвертора.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники, а также перспективно для использования в сверхбольших интегральных схемах в качестве генератора тактовых импульсов. Цель изобретения - уменьшение потребляемой энергии и расширение функциональных возможностей. Достигается за счет осуществления расш,епления выходных напряжений. Для этого в автоколебательный мультивибратор, содержащий два инвертора , дополнительно введены два биполярных транзистора 4 и 4-2 и 8| и 82 соответственно. Дополнительно введенные транзисторы имеют тот же тип проводимости, что и транзисторы инверторов. Предложенный мультивибратор может быть изготовлен методом нланарной технологии или тонкопленочной полупроводниковой технологии. 1 ил. CD o 01