Мультивибратор Советский патент 1988 года по МПК H03K3/281 

00

ел го

со

5

i Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве генератора импульсов большой скважности в микромощных цифровых микросхемах.

Цель изобретения - увеличение скважности релаксационных колебаний.

На чертеже представлена электрическая 1|ричципиальная схема мультивибратора. Мультивибратор содержит первый и вто- микромощные инверторы, каждый из оторых содержит первый lj (где i l для г ервого инвертора и i 2 для второго инвер- т рра) и второй 2t транзисторы первого типа проводимости, а также третий 3j. и четвертуй 4t транзисторы второго типа проводи- , причем база транзистора 1 соеди- с первым входом инвертора, его эмит- rkp подключен к базе транзистора 2, эмит- тф которого соединен с общей шиной 5, а кэллектор подключен к первому выходу 6 инвертора и коллектору транзистора 3, эмит- т(ф транзистора 4 соединен с шиной 7 питания, его коллектор соединен с коллектором транзистора 1;. и вторым выходом 8i инвертора, а его база подключена к эмиттеру т занзистора 3t, база которого является вто- pjaiM входом инвертора, второй вывод время- з дающего резистора 9 соединен с объеди- н нньши входами первого инвертора, с ко- тфрыми также соединен и первый вывод вре- м задаюшего конденсатора 10, второй вывод которого соединен с первым выходом вто- инвертора 6, а первый вывод резис- Tcipa 9 соединен с вторым выходом 8 первого инвертора, база первого дополнитель- нфго транзистора 11 соединена с вторым вфиодом Sj второго инвертора, его коллек- Tcjp подключен к шине 7 питания, а эмиттер соединен с базой второго дополнительного тр анзистора 12, эмиттер которого соединен с Ьбшей шиной 5 питания, а коллектор под- к объединенным входам первого инвертора, причем все дополнительные транзисторы первого типа проводимости, первый вход второго инвертора соединен с вторым выходом 8 первого инвертора, а второй вход второго инвертора соединен с первым выходом 6, первого инвертора.

Мультивибратор работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени потенциал базы ранее запертого транзистора 1, становится равным пороговому, тогда транзисторы 1 и 2, открываются, происходит лавинообразный процесс, вследствие которого транзисторы 1,, 2д, 3, 4j, 11 и 12 открываются, а транзисторы 1, 2, 3.), 4) закрываются. Так как конденсатор 10 заряжен до отрицательного напряжения, равного пороговом.у и приложенного к базе транзистора 1, , то в момент переброса в другое квазистационарпое состояние потенциал базы транзистора 1, скачкообразно повы- щается до уровня, равного сумме напряже5

НИИ источника питания на шине 7 и порогового напряжения транзисторов 1, и 2,.

Высокий потенциал базы транзистора 11 обеспечивает надежное отпирание транзистора 12, что создает возможность быстрого

разряда конденсатора 10 по следующей цепи: щина 7 источника питания, малые значения сопротивлений база-эмиттер транзистора 42 и коллектор-эмиттер транзистора 3, конденсатор 10, малое внутреннее

0 сопротивление коллектор-эмиттер транзистора 12 - клемма 5. Разряд конденсатора 10. прекращается, когда потенциал базы транзистора li понижается до уровня порога отпирания.

В момент времени, когда схема мультивибратора лавинообразно переходит в другое квазистационарное состояние, транзисторы 1, 2г и 3, 4, открыты, а транзисторы 1 , 2., и 3j, 4 закрыты (транзисторы 11 и 12 также запираются). В этот момент

0 времени конденсатор 10 подключен до положительного напряжения, равного порогово- .му напряжению транзисторов 1 и 2, и приложенного минусом к базе транзистора 1,, в результате чего обеспечивается его надеж5 мое запирание.

Процесс .медленного перезаряда конденсатора 10 происходит по цепи: клемма 7 источника питания - малое сопротивление коллектор-эмиттер транзистора 4 - вре- мязадающий резистор 9 - конденсатор 10 0 малое сопротивление коллектор-эмиттер транзистора 2 - клемма 5 источника питания.

Перезаряд конденсатора 10 прекращается, когда потенциал базы транзисторов 1.., и 2 повышается до уровней порогов сра5 батывания.

Поскольку сопротивление резистора 9 может быть всегда выбрано значительно больше, чем внутреннее сопротивление транзисторов 12, Зг и сопротивление база-эмит0 тер транзистора 4, что скважность релаксационных колебаний может достигать значений Q 100-1000.

В режиме переключения логических инверторов .мультивибраторов исключена ситуация прохождения сквозного тока через открытые транзисторы 2i и 4, что уменьшает потребление энергии в режиме переключения. Управление инверторов практически потенциальное, что обеспечивается включением всех основных транзисторов по схеме

5

0

5

Дарлингтона. К напряжению питания V прикладываемому к щинам 5 и 7, предъявляется одно требование, чтобы оно не превышало суммарную величину порогового напряжения VT транзисторов противоположного типа прОБОди.мости:

(V, )2 В,

при котором все входяшие в схему транзисторы еще работают на экспоненциальном участке ВАХ.

Выходы инверторов, а значит и мультивибратора, 8i обеспечены токами только в состояний «Лог. 1 через открытые транзисторы 4j, а выходы 6i обеспечены токами только в состоянии «Лог. О через откры- тые транзисторы 2.

Предлагаемый мультивибратор предназначен для изготовления по планарной или тонкопленочной полупроводниковой техно- логии. Топология изготовления транзисторов гребенчатая. Геометрические размеры транзисторов 2, 4 и 12 могут быть равны друг другу или отличаться при различных концентрациях легирующих примесей в полупроводнике областей баз. В то же время геометрические размеры транзисторов 1i, 3i и 11 могут быть в 5-10 раз меньше размеров основных транзисторов, поскольку протекающие через них токи значительно мень- ще.

Предлагаемый мультивибратор наиболее перспективен для применения в сверхбольших цифровых ИС, выполненных по планарной технологии.

Формула изобретения

Мультивибратор, содержащий первый и второй микромощные инверторы, времяза- дающие резисторы и конденсатор, причем каждый из инверторов содержит первый и второй транзисторы первого типа проводимости, база первого транзистора является

5

Q 5

0

5

о

первым входом инвертора, его эмиттер соединен с базой второго транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор соединен с первым выходом инвертора и коллектором третьего транзистора второго типа проводимости, база которого соединена с вторым входом инвертора, а эмиттер подключен к базе четвертого транзистора второго типа проводимости, эмиттер которого соединен с шиной питания, а коллектор соединен с вторым выходом инвертора и подключен к коллектору первого транзистора, отличающийся тем, что, с целью увеличения скважности релаксационных колебаний, в него введены первый и второй дополнительные транзисторы первого типа проводимости, причем база первого дополнительного транзистора соединена с вторым выходом второго микромощного инвертора, его коллектор соединен с шиной питания, а эмиттер подключен к базе второго дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор подключен к соединенным первому и второму входам первого инвертора, к которым также подключены первые выводы времязадающих резистора и конденсатора, второй вывод резистора подключен к второму выходу первого инвертора, а второй вывод конденсатора подключен к первому выходу второго инвертора, первый вход второго инвертора соединен с вторым выходом первого инвертора, а второй вход второго инвертора соединен с первым выходом первого инвертора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве генератора импульсов большой скважности в микромощных цифровых микросхемах. Изобретение позволяет увеличить скважность релаксационных колебаний такого генератора. Преложенный мультивибратор может быть изготовлен по планарной или тонкопленочной полупроводниковой технологии. Топология изготовления транзисторов гребенчатая. Геометрические размеры транзисторов 2,, 4, и 12 могут быть равны друг другу или отличаться при различной концентрации легирующих примесей в полупроводнике областей баз. При этом геометрические размеры транзисторов 1.,, 3 и 11 могут быть в 5-10 раз меньше размеров основных транзисторов, поскольку протекающие через них токи значительно меньше. Предложенный мультивибратор наиболее перспективен для применения в сверхбольших цифровых интегральных схемах, выполненных по планарной технологии. 1 ил. (О ел