Одновибратор Советский патент 1980 года по МПК H03K3/284 

(54) ОДНОВИБРАТОР

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах дискретной автоматики и радиолокации.

Известно, что при конструировании радиоэлектронных устройств на основе элемент- , ной базы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) формирование импульсов относительно больших длительностей предполагает использование конденсаторов большой емкости (обычно электролитических), что уже само по себе исключает возможность выра- Ю ботки высокочастотных и высокостабильных временных интервалов.

Отрицательное влияние на временные параметры формируемых импульсов оказывает также малая крутизна нарастания напряжения на времязадающем конденсаторе в момент достижения им порога срабатывания вентиля. Кроме того, при разрядке конденсатора большой емкости через насыш,енный выходной транзистор вентиля ток раз- 20 ряда может в несколько раз превышать допустимый ток нагрузки для данного типа вентиля, что вызывает уменьшение надежности работы устройства.

Другой путь, позволяюший формировать импульсы относитетьно больших длительностей при использовании времязадаюших конденсаторов относительно малой емкости, состоит в применении полевых транзисторов в качестве элементов времязадаюших цепей. Этсуг путь позволяет устранить основной недостаток формирователей на элементной базе ТТЛ, связанный с необходимостью применения электролитических конденсаторов. Однако изготовление таких формирователей в интегральном исполнении полевых транзисторов вызывает трудности технологического порядка, так как в этом случае возникает необходимость в сов.метении МДП с биполярными структурами. При этом главная трудность заключается в нарушении стабильности окисла под затвором МДП-структур при проведении высокотемпературных операций диффузии.

Таким образом, при разработке выссжоэффективных интегральных формирователей больших длительностей, характеризуюшихся повышенными точностью и стабильностью, необходимо, учитывая вышеизложенное, исключить необходимость в применении электролитических конденсаторов и полевых транзисторов, как элемеетсж времязадающих конденсаторов и полевых транзисторов, как элементов времязадающих цепей. Известен одновибратор содержащий RS- триггер, выполненный на элементах ТТЛ, времязадающую цепь, состоящую из конденсатора и диода, элемент И-НЕ (вентиль), подключенный выходом к одному из установочных входов RS-триггера, второй вход которого соединен с источником входных импульсов, а входом - к конденсатору времязадающей цепи, два элемента И-НЕ со свободным коллектором, при этом свободный коллектор одного из них связан со входом вентиля, а вход - с выходом упомянутого триггера, свободный коллектор второго элемента И-НЕ подключен к месту соединения конденсатора и диода времязадающей цепи, подключенного анодом к общей щине, а вход - к выходу вентиля 1 . Однако точность и стабильность формируемых таким устройством импульсов повыщенной длительности не может быть высокой из-за необходимости применения электролитических конденсаторов. Известен одновибратор с большой длительностью выходного импульса, содержащий два двухвходовых логических элемента ТТЛ И-НЕ и времязадающую RS-цепь, выход которой подключен через истоковый повторитель к одному из входов вентиля, второй вход которого соединен с источником сигнала 2. Точность формируемых таким одновибратором выходных импульсов также невысока из-за малой крутизны нарастания напряжения на времязадающем конденсаторе в момент достижения им порога срабатывания вентиля. Известен одновибратс р, содержащий RS-трнггер, инвертор, времязадающие конденсатор и резистор, диод и транзистор 3. Однако точность формирования заданной длительности выходных импульсов в условиях взаимодействия дестабилизирующих факторов у перечисленных аналогов одного порядка и относительно невысока, что объясняется не только уменьшением скорости нарастания экспоненциального напряжения на времязадающем конденсаторе вблизи порога переключения полевого транзистора, но и большим разбросом напряжения отсечки тока стока у полевых транзисторов от экземпляра к экземпляру. Цель изобретения - увеличение длительности и повышение точности формируемых импульсов заданной длительности. Для достижения указанной цели, в одновибратор, содержащий RS-триггер, единичный выход которого через первый логический элемент соединен с одной обкладкой времязадающего конденсатсфа, другая обкладка которого соединена с времязадающим резистором, и анодом первого диода, резистор, второй логический элемент и основной транзистор, введены выходной и многоэмиттерный транзисторы, второй диод и корректирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и конденсатора, одна обкладка которого соединена с времязадающим конденсатором, а другая через второй диод соединена с катодом первого диода и через второй логический элемент соединена с нулевым выходом триггера, нулевой вход которого соединен с базой основного транзистора и коллектором выходного транзистора, эмиттер которого соединен с общей щиной, а база через последовательно соединенные коллектсфно-базовый переход многоэмиттериого транзистора и резистор соединена с коллектором основного транзистора, эмиттер которого соединен с времязадающей цепрчкой, причем резисторы корректирующей и времязадающей цепей соединены через резнстар с шиной источника питания. Устройство содержит RS-триггер, единичным входом соединенный с источником 1 сигнала вход (на чертеже не показан), выполненный на логических элементах И-НЕ 2 и 3, логический элемеет 4, времязадающие конденсате 5 и резистор 6, диод 7, резистор 8, второй логический элемент 9, основной транзистор 10, выходной транзистор 11 и многоэмиттерный транзистор 12, образующие расширитель числа входов ИЛИ 13, диод 14, корректирующую цепь из резистора 15 я конденсатора 16. Одновибратор работает следующим образом. При подаче на устройство напряжения от источника питания -f Е RS-триггер устанавливается в положение, при котором на его единичном выходе действует нулевой уро вень напряжения, а на нулевом - логическая единица. При этом выходной транзистор элемента 9 открыт и насыщен. Конденсаторы 16 и 5 быстро заряжаются практически до уровня напряжения источника питания по цепям +Е, низкоомный резистор в коллекторной цепи выходного транзистора логического элемента 4, диоды 14, 7 и промежуток коллектсф-эмиттер насыщенного выходного транзистора логического элемента 9. Транзисторы 10 и 11 при этом закрыты, так как потенциал базы транзистора 10 более положительный, чем эмиттер. На входе одновибратора действует положительный уровень напряжения и устройство находится в устойчивом (ждущем) состоянии. Поступивший на вход 1 однови6рат(а отрицательный импульс переводит его в состояние квазиустоичивого равновесия, характеризуемое уровнями логической единицы на выходе элемента 2 (прямой выход устройства) и логического нуля на выходе элементов 3 (инверсный выход устройства) и 4. Обкладки конденсаторов 16 и 5, связанные с выходом элемента 4, через его насыщенный выходной транзистор скачком подсвединяются к общей шине. С этого момента начинается пере разряд упомянутых конденсаторов по цепям: сИЗщая шина устройства, внутреннее сопротивление источника питания -f Е, резистор 8, резисторы 15 и 6. При этом к эмиттеру транзистора 10 приложено отрицательное напряжение, действующее на времязадающем конденсаторе, н функциональный узел, образованный логическим расширителем числа входов ИЛИ 13 и р-п-р-транзистором 10 закрыт. Когда напряжение на времязадающем конденсаторе 5 превысит уровень напряжения, действующий на базе транзистора 10, последний открывается. Вследствие регенеративного процесса, аналогичного процессу, пронсходящему при насыщении транзисторного аналога двухбазового диода, в функциональном узле, состоящем из расширителя числа входов ИЛИ 13 и траизистора 10, также насыщается н транзистор И. Отрицательный импульс на коллекторе транзистора 11 переводит триггер в исходное состояние. Формирование импульса при этом заканчивается. После заряда конденсатора 16 и 5 устройство готово к последующему запуску. Повышение точности формируемой длительности в устройстве достигнуто при заданном напряжении питания путем включения Корректирующей цепочки, состоящей из резистора 15 и конденсатора 16, связанной с времязадающей цепью, состоящей из конденсатора 5 и резистора 6, общим резистором 8. Анализ показывает, что при выполнении условия CsR6- - - C,e(Re +Rt5), изменение напряжения во времени на конденсаторе 5 может быть представлено в виде ряда без четных членов С Ао(А1 +АЗ+...-f), (1), глрА«--4 AI -S- « где АО-- , А1- gj , р 3, Следовательно улучшенне линейности изменения напряжения на времязадающем конденсаторе получено главным образом за счет устранения из разложения квадратичного члена, который вносит наибольщую погрешность. Полагая изменение напряжения на время задающем конденсаторе линейной функцией временн, допускается погрешность, величина которой равна . у .2) о а ifMi где Т С5Кб. Из сравнения выражения (2) с величиной погрешности Д обычной RC-цепи, питаемой обычиым напряжением, видно, что примененне корректирующей цепи снижает погрещность длительности формируемых импульсов в ЗТ/t раз. Повышение длительностн фс мируемых устройством импульсов достигнуто за счет организации линейного перезаряда времязадающего конденсатора и возможности установки высокого уровня порогового напряження (примерно Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет сконструировать и изготовить в интегральном исполнении высокоэффективное устройство с повышенной длительностью и точностью формировання выходных импульсов, обладающих повышенной стабильностью за счет возможности использования высококачественных времязадающих конденсаторов соотносительно малой величиной емкости. Устройство имеет следующие дополнительные положнтельные свойства: малое время восстановления за счет заряда времязадающего и корректирующего конденсаторов относнтельно малой емкости через низкоомные цепи; расширенный диапазон длительности входных импульсов и агсутствие влияния на длительность выходных импульсов длительности входных за счет упирания по второму входу входного вентиля триггера. Кроме того, при изготовлении ггредложенного устройства в интегральном исполнении нет необходнмости из-за отсутствия канальной структуры усложнять технологию производства за счет увеличения количества технологических операций. Формула изобретения Одиовибратор, содержащий RS-триггер, единичный выход которого через логический элемент соединен с одной обкладкой времязадающего конденсатора, другая обкладка которого соединена с времязадающим резистором н анодом первого днода, резистор, второй логический элемент н основной транзнстар, отличающийся тем, что, с целью повышения длительности и точности формируемых импульсов, в него введены выходной н многоэмиттерный транзистсфы, второй диод и корректирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и конденсатора, одна обкладка которого соединена с времязадающим конденсатором, а другая через второй диод соединена с катодом первого днода и через второй логический элемент соединена с нулевым выходом трнггера, нулевой вход котфого соединен с базой основного транзистора и коллектором выходного транзнстс а, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через последовательно соединенные коллекторно-базовый переход многоэмиттерного транзистооа н резистор соединена с коллектором основного транзнстс а, эмиттер которого соединен с времязадающей цепочкой, причем резисторы корректирующей и времязадающей цепей соединены через резистор с шиной источника питания. .;. 7 , . Источники HHAotfiviakiuft, b rfijwпринятые во внимание npBt-экспертизе .-- . /и 1. Авторское свидетёль тввл -€€.5Р№ № 493899, кл. Н 03 К 3/284, 17.07.73: ти 733088 № {ИЬ- 2.Приборы и техника эксперимента, М., 4, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР 369686, кл. Н 03 К 3/284, 1971 (прото).