Мультивибратор Советский патент 1989 года по МПК H03K3/28 

фие.1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники, в частности, в качестве генераторов импульсных сигналов, работающих в автоколебательном или ждущем режимах.

Цель изобретения - упрощение мультивибратора при обеспечении его pa- боты, помимо автоколебательного и ждущего режимов в режиме ударно-возбуждаемом при возможности управления частотой и длительностью импульсов и удобства согласования с внешней нагрузкой,На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого мультивибратора; на фиг. 2 - временные диаграммы процессов в различных точках схемыо

Мультивибратор содержит первый транзистор 1, база которого соединена с первым резистором 2, эмиттер - с общей шиной 3, а коллектор - с вторым резистором 4 и базой второго транзистора 5, коллектор которого через третий резистор 6 - с шиной 7 питания и через конденсатор 8 с базой транзистора 1, а эмиттер через четве- тый резистор 9 - с общей шиной 3. Коллектор и эмиттер третьего транзистора 10 соединены соответственно с коллектором и эмиттером«транзистора 1. Четвертый двухколлекторный транзистор 11 базой непосредственно свя- за§ с эмиттером транзистора 5, а эмиттером - с шиной 3. Первый диод 12 встречно-параллельно подключен к эмиттерНому переходу транзистора 1, а второй диод 13 включен в прямом направлении для полярности питающего напряжения 7 между шиной 14 управления частотой автоколебаний и длитель- ностью импульсов и коллектором транзистора 5. Второй вывод резистора 2 через первый ключ 15 соединен с шиной 3 и через пятый резистор 16 - с «эмиттером транзистора 5, а второй вывод резистора 4 через второй ключ 17 - с шиной 7 и через шестой резистор 18 - с коллектором транзистора 5 и с первым коллектором транзистора 11, второй коллектор которого от- крыт и служит выходом 19 мультивибратора. Шина 20 запуска через седьмой резистор 32 связана с базой транзистора 10.

Мультирибратор работает следующим образом.

Пусть необходимо получить непрерывную последовательность прямоугольных импульсов. Для этого ключи 15 и 17 должны быть переведены в разомкнутое состояние, а на шине 20 должен быть установлен потенциал, достаточный для запирания транзистора 10. В связи с прекращением шунтирующего действия ключей 15 и 17 возникают две петли отрицательной обратной связи: через резисторы 4 и 18 Для транзистора 5 и через резисторы 2 и 16 и эмиттерный прямосмещенный переход транзистора 5 для транзистора 1. Общий коэффициент передачи от базы транзистора 1 до коллектора транзистора 5 становится больше единицы с фазовым сдвигом, 21Г рад, так что благодаря наличию з схеме конденсатора 8 окажется замкнутой цепь положительной обратной связи и начнется генерация импульсных автоколебаний. На выходной шине 19 появятся непре-ч рывно идущие импульсы, причем их амплитуда и степень насыщения транзистора 11 по второму коллектору будут зависеть от сопротивления внешней коллекторной нагрузки и выбранного для нее номинала питающего напряжения. Следовательно, достигается удобство согласования выхода 19 как с цифровыми элементами различных серий, так, например, и с операционным усилителями.

Частота генерируемых импульсных автоколебаний в широких пределах может регулироваться изменением величины напряжения на шине 14 управления. Полярность этого напряжения должна совпадать с полярностью питающего шину 7 напряжения. Механизм управления заключается в принудительном прерывании процесса заряда конденсатора 8 посредством отбора тока из цепи положительной обратной связи через открывающий диод 13 в шину 14.

Достоинством подобного механизма управления частотой являются простота реализации и практически полная развязка чувствительной внутренней части удобства, сгруппированной вокруг транзисторЪ в 1-5, с внешним источником, питающим шину 14. Благодаря этому обеспечиваются высокая режимная стабильность мультивибратора и хорошая воспроизводимость регулировочной характеристики у различных образцов мультивибратора.

Поскольку в процессе генерации импульсов заряд конденсатора 8, сопровождающийся ростом абсолютной величины напряжения на коллекторе транзистора 5, сменяется последующим его разрядом через открытый диод 12 и насыщенные транзисторы 5 и 11, то для защиты от экстратоков эмиттерного перехода транзистора 11 последний только для стадии разряда конденсатора 8 охвачен отрицательной обратной связью через его первый коллектор и промежуток коллектор - эмиттер транзистора 5.

Особенность предлагаемого мультивибратора состоит в возможности осу- ще ствления ударного возбуждения импульсных автоколебаний. Это достигается с помощью управляющих импульсов, подаваемых на вход 20 вместо постоянного потенциала, удерживающего транзистор 10 в состоянии отсечки (фиг. 2) . В отсутствие управляющих импульсов автоколебания в схеме невозможны, так как коллектор транзистора 1 закорочен на общую шину 3 малым сопротивлением насыщенного транзистора 10. С появлением среза управляющего импульса транзистора 10 за- i пирается и н схеме восстанавливается

положительная, обратная связь. При этом временное положение как первого, так и всех последующих генерируемых импульсов практически неизменно (особенно при ограниченном количестве таких импульсов) относительно среза управляющего сигнала 20 „ По окончании последнего импульса U,9 на выходе 19 сразу исчезают.

Кроме того, на режим ударного возбуждения мультивибратора полностью распространила электронная перестройка частоты пачки автоколебаний. Каждый раз по достижении потенциалом UkJ. коллектора транзистора 5 уровня и,4+Б0„, где E0lJ - падение напряжения на прямосмещенном диоде 13, происходит переход от заряда конденсатора 8 к его разряду. Если продолжительность разряда конденсатора 8 достаточно мала, то зависимость частоты импульсных колебаний от величины управляемого напряжения имеет приблизительно гиперболический характер. Глубина электронной перестройки частоты пропорциональна величине питаю0

5

0

5

0

5

0

5

O

5

щего напряжения шины 7 и составляет 15-30 дБ.

Как ждущий мультивибратор предлагаемое устройство функционирует в том случае, если ключи 15 и 17 замкнуты, а на шину 20 поступают запускающие импульсы (фиг. 2). Перестройка топологии схемы направлена на устранение обеих цепей отрицательной обратной связи. В итоге транзистор 1 запирается, а транзистор 5 вводится в насыщение Короткий запускающий импульс отпирает транзистор 10, кото- рый, насыщаясь, выключает транзистор 5. Начинается заряд конденсатора 8 от источника 7 питания через малое сопротивление замкнутого ключа 17, ; резистор 18, резистор 2 и замкнутый ключ 15. Уже на старте этого процесса падение напряжения на резисторе

2отпирает транзистор 1 и дальнейший заряд конденсатора 8 происходит через эмиттерный переход транзистора 1, поддерживаемого в насыщении т. током заряда конденсатора 8. Поэтому транзистор 5, а вместе с ним и транзистор 11 остаются запертыми и по окончании входного запускающего импульса шины 20. Когда уменьшающийся с течением времени ок заряда за вычетом тока, отводимого на шину

3резистором 2, становится меньше некоторой критической величины тока базы, транзистор 1 выходит из насыщения, а затем, при отпирании транзистора 5, быстро выключается. В течение всего этого времени на выходе 19 может быть получен прямоугольный импульс U,. с крутями фронтом и ере- . зом. На последующей 8 быстро через открытые диод 12 и транзисторы 5

и 11 количество 8 быстро восстанавли вает свой заряд до исходного уровня. При этом величина экстратока, как отмечалось автоматически ограничивается на безопасном для базы транзистора 11 уровня.

Длительность выходных импульсов ждущего мультивибратора в широких пределах может перестраиваться управляющим напряжением шины 14. Глубина перестройки достигает 54 дБ и может осуществляться с шины 14 как фиксированным или медленно изменяющимся управляющим напряжением, так и импульсами постоянной или переменной амплитуды.

Предлагаемый ждущий мультивибратор имеет очень малое время восстановления, не превышающее 10% от длительности выходного импульса (что в 3-5 раз лучше аналогичного параметра известного), благодаря специально предусмотренной для этого разрядной цепи, состоящей из диода 12, транзисторов 5 и 11.

Пезистор 21 - ограничитепьный элемент базовой цепи транзистора 10 С его помощью задается величина тока входной цепи мультивибратора и, кроме того, обеспечивается ее сопряжение с источником запускающих импульсов.

Ключи 15 и 17 мультивибратора могут быть выполнены как монтажные перемычки для решения конкретной технической задачи. Однако предпочтительнее вариант активных ключей 15 и 17, допускающий программный выбор одного из трех режимов работы мультивибратора.

Предлагаемый мультивибратор способен работать в трех режимах, легк и в широких пределах перестраивается по частоте и длительности, имеет малое время восстановления, не чувствителен к влиянию нагрузки, удобно и надежно сопрягается с внешними цепями, что позволяет использовать его как элемент регулируемой задержки, перестраиваемый источник автоколебаний, генератор ударного возбуждения, частотно-модулированный автогенератор для систем ФАПЧ, и т.д.

Высокая режимная стабильность, функциональная многоплановость, схемотехническая завершенность и малое количество схемных элементов делают целесообразным изготовление предлагаемого мультивибратора в виде микросхемы. Для этого вполне достаточен средний уровень биполярной технологии, ориентированный на производство цифровых интегральных микросхем: не требуются транзисторы с идентичными параметрами и большими коэффициентами усиления, а допуск из сопротивления всех резисторов может составлять 30%. При этом в 16-вызодном корпусе могут быть размещены два интегральных мультивибратора, суммарная рассеиваемая ими мощность не првышает 80 мВт в диапазоне питающих напряжений (4-15 В).

По сравнению с известным использование предлагаемого мультивибратора дает технико-экономический эффект, обусловленный значительным расширением функциональных возможностей мультивибратора Кроме того, существенно упрощается согласование выхода мультивибратора с различными электронными элементами.

5

0

5

5

ла изобретения

0

Форму

Мультивибратор, содержащий три транзистора, пять резисторов и конденсатор, база первого транзистора соединена с первым резистором, эмиттер - с общей шиной, коллектор - с вторым резистором и базой второго транзистора, коллектор которого через третий резистор с шиной питания и через конденсатор - с базой первого транзистора, а эмиттер через четвертой резистор - с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью упрощения мультивибратора при обеспечении его работы, помимо автоколебательного и ждущего режимов в режиме ударно-возбуждаемом при возможности управления частотой и длительностью импульсов и удобства согласования с внешней нагрузкой, в него введены четвертый двухколлек- торный транзистор, базой непосредственно соединенный с эмиттером второго транзистора, а эмиттером - с общей шиной, шестой и седьмой резисторы, первый диод, подключенный встречно-параллельно к эмиттерному переходу первого транзистора, и втоQ рой диод, включенный в прямой проводимости для полярности питающего напряжения между шиной управления частотой и длительностью импульсов и коллектором второго транзистора,

5 первый и второй ключи, при этом второй вывод первого резистора через первый ключ соединен с общей шиной и через пятый резистор - с эмиттером второго транзистора, а второй вывод второго резистора через второй ключ - с шиной питания и через шестой резистор - с коллектором второго транзистора и с первым коллектором четвертого транзистора, второй коллектор открыт и служит выходом мультивибратора, шина запуска через седьмой резистор соединена с базой третьего транзистора, а коллектор и эмиттер первого транзистора.

5

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники, в частности в качестве генераторов импульсных сигналов, работающих в автоколебательном или ждущем режиме. Целью изобретения является упрощение устройства при обеспечении его работы, помимо автоколебательного и ждущего режимов, в режиме ударного возбуждения при возможности управления частотой и длительностью импульсов и согласование с внешней нагрузкой. Мультивибратор выполнен на транзисторах 1,5,10, ключах 15 и 17 и двухколлекторном транзисторе 11. Частота генерируемых импульсов регулируется изменением величины напряжения на шине 14 управления. Ударное возбуждение достигается с помощью управляющих импульсов подаваемых на вход 20 вместо постоянного потенциала, удерживающего транзистор 10 в состоянии отсечки. 2 ил.

Фие.2