Многофазный мультивибратор Советский патент 1980 года по МПК H03K3/284 

(54) МНОГОФАЗНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен мультивибратор на потенциальных логических элементах на основе RS-триггеров, содержащий два триггера, выполненные на логических элементах И-НЕ, времязадающий конденсатор, два диода, катоды которых соединены с выходами первого триггера, при этом выходы второго триггера подсоединены к соответствующим входам первого 1.

Известное устройство обладает недостаточной стабильностью длительности формируемых импульсов, невозможностью получения электронной регулировки числа фаз генерируемых импульсов.

Известен многофазный формирователь импульсов, состоящий из N последовательно соединенных формирователей, каждый из которых содержит логический элемент И-НЕ, инвертор, диод и времязадающий конденсатор, причем выход каждого предыдущего логического элемента И-НЕ соединен с первым входом последующего, выход каждого последующего логического элемента И-НЕ - со вторым входом предыдущего, вход и выход каждого инвертора соединен через соответствующий времязадающий конденсатор, первый вход логического элемента И-НЕ через последовательно соединенные диод и инвертор соединен с третьим входом того же логического элемента 2.

Недостатком этого устройства является невозможность получения автоколебательного режима и электронной регулировки числа фаз.

Цель изобретения - получение автоко10 лебательного режима, электронной регулировки числа фаз генерируемых импульсов.

Цель достигается тем, что в многофазный мультивибратор, содержащий N последовательно соединенных формирователей, первый из которых содержит трехвходовыП

5 логический элемент И-НЕ, инвертор, вы ход которого соединен с третьим входом трехвходового логического элемента И-НЕ, и времязадающий конденсатор, включенный параллельно инвертору, а начиная со вто20 рого формирователя и кончая N-1-ым формирователем, каждый из них содержит четырехвходовый логический элемент И-НЕ, инвертор, диод и времязадающий конденсатор, а N-ый формирователь содержит четырехвходовый логический элемент И-НЕ, диод, катодом подключенный к первому входу четырехвходового логического элемента И-НЕ, и времязадающий конденсатор, включенный между анодом диода и третьим входом четырехвходового логического элемента И-НЕ, причем трехвходовый логический элемент И-НЕ первого формирователя и каждый предыдущий четырехвходовый логический элемент И-НЕ каждого из последующих формирователей с каждым последующим четырехвходовым логическим элементом И-НЕ образуют триггерные структуры, первый вход каждого из четырехвходовых логических элементов И-НЕ, начиная со второго и кончая N-1-ым, через последовательно соединенные диод и инвертор соединен с третьим входом того же элемента, к каждому инвертору подключен параллельно соответствующий времязадающий конденсатор, каждый из диодов упомянутых формирователей подключен катодом к первому входу соответствующих четырехвходовых логических элементов И-НЕ, введены дополнительный двухвходовый логический элемент И-НЕ, первый вход которого подключен к точке соединения диода и времязадающего конденсатора N-ro формирователя, второй вход - к клемме источника запускающих импульсов, а выход к третьему входу N-ro четырехвходового логического элемента И-НЕ, дополнительные диоды, дополнительный инвертор, дополнительные логические элементы И-НЕ, выходы которых соединены в первом формирователе с первым входом трехвходового логического элемента И-НЕ и с четвертыми входами четырехвходовых логических элементов И-НЕ остальных формирователей и с катодами соответствующих дополнительных диодов, аноды которых подключены ко входам соответствующих инверторов N-1-ых формирователей и к первому входу дополнительного двухвходового логического элемента N-ro формирователя, выход трехвходового логического элемента И-НЕ соединен со вторым входом N-ro четырехвходового логического элемента И-НЕ, выход которого и первый вход N-ro дополнительного двухвходового логического элемента И-НЕ через дополнительный инвертор соединен с первыми входами N-1-ых дополнительных двухвходовых логических элементов И-НЕ, вторые входы дополнительных логических элементов И-НЕ соединены с клеммами источников управляющих напряжений.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема многофазного мультивибратора; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в различных точках схемы.

Многофазный мультивибратор содержит логические элементы И-НЕ 1-4, инверторы 5-7, двухвходовый логический элемент 8, конденсаторы 9-12, диоды 13-19, инвертор 20, двухвходовые логические элементы И-НЕ 21-24.

Логические элементы И-НЕ 1-4 включены последовательно с образованием триггерных структур между соседними элементами, т. е. элементы 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 соединены перекрестно (выход предыдущего элемента соединен со входом последующего а выход последующего со входом предыдущего).

Выходы инверторов 5-7 И-НЕ и двухвходового логического элемента 8 соединены с третьими входами логических элементов И-НЕ 1-4. Между выходом и входом каждого из инверторов 5-7 И-НЕ и двухвходового логического элемента включены времязадающие конденсаторы 9-12.

Входы инверторов 6-7 и двухвходового логического элемента 8 через диоды 13-15 соединены с выходами четырехвходовых логических элементов И-НЕ 1-3, а выход четырехвходового логического элемента И-НЕ 4 соединен через инвертор 20 с первыми входами двухвходовых логических элементов И-НЕ 21-23 и непосредственно с первым входом двухвходового логического элемента И-НЕ 24.

Выход логического элемента И-НЕ 1 подключен ко второму входу четырехвходового логического элемента И-НЕ 4. Вторые входы двухвходовых логических элементов И-НЕ 21-24 соединены с клеммами 25-29 источников управляющих напряжений, а выходы в первом формирователе - с первым входом логического элемента И-НЕ 1 и с четвертыми входами четырехвходовых логических элементов И-НЕ 2-4 и через диоды 16-19 со входами логических элементов 5-8, причем диоды 16-19 анодами подключены ко входам логических элементов 5-8. Второй вход логического элемента И-НЕ 8 соединен с входной клеммой 28, на который подается импульс запуска.

Многофазный мультивибратор работает следующим образом.

В исходном состоянии на клеммах 26- 29 - уровень логического «О, а на клемме 25 - уровень логической «1. При этом мультивибратор принимает исходное состояние, при котором на выходе логического элемента И-НЕ 4 устанавливается уровень логического «О (фиг. 2ж, момент to ), а на выходе инвертора 20 - уровень логической «1.

Поскольку на входах логического элемента И-НЕ 21 уровень логической «1, на его выходе устанавливается уровень логического «О, вследствие чего диод 16 открыт и конденсатор 9 заряжен до уровня логической «1 (фиг. 26, момент to) через выходную цепь инвертора 5 И-НЕ,диод 16, выходную цепь логического элемента И-НЕ 21.

На выходе логического элемента И-НЕ 1 устанавливается уровень логической «1 (фиг. 2в, момент to), так как на его первом входе - уровень логического «О с выхода логического элемента И-НЕ 21. Вследствие наличия уровня логической «1 на выходе элемента И-НЕ 2 диод 13 закрыт, а диод 17 закрыт уровнем логической «1 с выхода логического элемента И-НЕ 2, на одном входе которого уровень логического «О, на другом - уровень логической «1. При этом даже, если конденсатор 10 был заряжен, то с течением времени он разрядился через выходную цепь инвертора 6, вследствие чего на выходе инвертора 2 устанавливается уровень логической «1 (на фиг. 2д, момент to).

Аналогичным образом устанавливается уровень логической «1 на выходе логического элемента И-НЕ 3 (фиг. 2е, момент to).

Поскольку на клемме 29 установлен уровень логического «О, то на выходе логического элемента 8 И-НЕ и следовательно на третьем входе логического элемента И-НЕ 4 - уровень логической «1, на выходе логического элемента И-НЕ 24 устанавливается уровень логической «1, так как на его входах уровень логического «О.

Напряжение на конденсаторе 12 равно нулю, поскольку диоды 15 и 19 заперты, а на выходе логического элемента И-НЕ 4 высокий потенциал. Поскольку на выходах логических элементов И-НЕ I и 3 уровень логической «1, то на первом и втором входах логического элемента И-НЕ 4 также уровень логической «1.

Таким образом, на выходе логического элемента И-НЕ 4 подтверждается уровень логического «О. Указанное состояние является устойчивым.

При подаче на клемму 29 импульса уровня логической «1 (фиг. 2а, момент tf) на выходе двухвходового логического элемента 8 устанавливается уровень логического «О. Вследствие этого скачкообразно переключается триггерная структура, образованная логическими элементами И-НЕ 1, 4 (фиг. 2ж, момент t), при этом на выходе инвертора 20 устанавливается уровень логического «О, которым запирается логический элемент И-НЕ 21.

Вследствие переключения триггерной структуры, образованной логическими элементами 1, 4, на выходе логического элемента И-НЕ 1 устанавливается уровень логического «О и формируется передний фронт выходного импульса первой фазы мультивибратора (фиг. 2в, момент tt). Конденсатор 9 при этом разряжается через входную и выходную цепи инвертора 5, которой оказывается охваченным глубокой отрицательной обратной связью через конденсатор 9, вследствие чего по линейному закону убывает напряжение на выходе инвертора 5 (фиг. 26, интервал )- В этот же интервал времени конденсатор 10 заряжается до уровня логической «1 через выхОлТ,ную цепь инвертора 6, диод 17, выходную цепь логического элемента И-НЕ 22.

Уровень логического «О на выходе логического элемента И-НЕ 1 сохраняется до тех пор, пока напряжение на выходе инвертора 5 в результате разряда конденсатора 9 не уменьшится до напряжения запирания логического элемента И-НЕ 1. Как только логический элемент И-НЕ 1 начнет запираться, замыкается положительная обратная связь с его выхода на вход логического элемента И-НЕ 2, в результате чего на выходе логического элемента И-НЕ 2 скачком устанавливается уровень логического «О (фиг. 2д, момент it). Этим заканчивается формирование выходного импульса первой фазы мультивибратора.

После установления на выходе логического элемента И-НЕ 1 уровня логической

Q «1 запирается диод 13, открывается инвертор 6, после чего начинается разряд времязадающего конденсатора 10, напряжение на выходе инвертора 6 за счет действия отрицательной обратной связи через конденсатор 10 убывает по линейному закону

5 (фиг. 2г, интервал ti -13). Когда напряжение на выходе логического элемента 6 И-НЕ уменьшится до напряжения запирания логического элемента И-НЕ 2, напряжение на его выходе начнет возрастать ( 2д, момент ti), что приводит к понижению потенциала на выходе логического элемента И-НЕ 3, что в свою очередь приводит к скачкообразному переключению триггерной структуры, образованной логическими элементами И-НЕ 2, 3. Этим заканчивается формирование выходного импульса второй фазы мультивибратора (импульса уровня логического «0. на выходе логического элемента И-НЕ 2).

Аналогично формируются выходные импульсы остальных фаз мультивибратора.

Таким образом, при уровне логической «1 на клемме 29 на выходах логических элементов И-НЕ 1-4 поочередно формируются импульсы уровня логического «О, причем после окончания импульса на выходе логического элемента И-НЕ 4 начинает формироваться импульс на выходе логического элемента И-НЕ 1.

Длительность импульса каждой из фаз мультивибратора определяется величиной времязадаюших конденсаторов 9-12 соот ветствуюш.их фаз.

При подаче на клемму 29 синхронизирующего импульса логического «О длительностью большой суммарной длительности импульсов, формируемых на всех выходах

5 мультивибратора, мультивибратор принимает исходное состояние (фиг. 2, момент ts).

Путем установки потенциала уровня логической «1 на одной из клемм 25-28 регулируется число выходных фаз мультивибратора. Так, например, при уровне логической «1 на клемме 27 и уровне логического «О на клеммах 25, 26, 28 логические элементы И-НЕ 21, 22, 24 оказываются запертыми. При этом выходные импульсы формируются только на выходах логических элементов И-НЕ 3, 4. При установке потенциалов уровня логического «О на клеммах 25-27 и уровня логической «1 на клеммах 28, 29 многофазный мультивибратор работает как формирователь импульсов. При этом в исходном состоянии на выходах логических элементов И-НЕ 1-4 уровень логической «1, на выходе логического элемента И-НЕ 24 уровень логического «О. Конденсатор 12 заряжен через выходную цепь двухвходового логического элемента 8, диод 19, выходную цепь логического элемента И-НЕ 24 до уровня логической «1. При подаче на клемму 28 импульса логического «О на выходе логического элемента И-НЕ 24 устанавливается уровень логической «1, что приводит к скачкообразному переключению триггерной структуры, образованной логическими элементами И-НЕ 4, 24, при этом на выходе логического элемента И-НЕ 4 устанавливается уровень логического «О и формируется передний фронт выходного импульса. Конденсатор 12 разряжается через входную и выходную цепи двухвходового логического элемента 8. Уровень логического «О сохраняется на выходе логического элемента И-НЕ 4 до тех пор, пока напряжение на выходе двухвходового логического элемента 8 в результате разряда конденсатора 12 не уменьшится до напряжения запирания логическото элемента И-НЕ 4, что приводит к скачкообразному переключению триггерной структуры, состоящей из логических элементов И-НЕ 4, 24. Этим заканчивается формирование выходного импульса. При выполнении предлагаемого мультивибратора на потенциальных логических элементах 133-й серии длительность генерируемых импульсов каждой из фаз при времязадающем конденсаторе С 110 пФ составляет 6 МКС. Изменение напряжения питания логических элементов на ±10/о приводит к изменению длительности генерируемых импульсов лишь на . Предлагаемый многофазный мультивибратор позволяет осуществить регулировку числа фаз генерируемых импульсов и вследствие этого позволяет регулировать частоту следования выходных импульсов мультивибратора путем изменения потенциалов на клеммах 25--28. Предлагаемый многофазный мультивибратор может быть легко реализован в виде единой интеграль ; микросхемы. Формула изобретения Многофазный мультивибратор, содержащий N последовательно соединенных формирователей, первый из которых содержит трехвходовый логический элемент И-НЕ, инвертор, выход которого соединен с третьим входом трехвходового логического элемента И-НЕ, и времязадаюший конденсатор, включенный параллельно инвертору, а начиная со второго формирователя и кончая N-1-ым формирователем, каждый из них содержит четырехвходовый логический элемент И-НЕ, инвертор, диод и времязадающий конденсатор, а N-ый формирователь содержит четырехвходовый логический элемент И-НЕ, диод, катодом подключенный к первому входу четырехвходового логического элемента И-НЕ, и врем.язадающий конденсатор, включенный между анодом диода и третьим входом четырехв.ходового логического элемента И-НЕ, причем трехвходовый логический элемент И-НЕ первого формирователя и каждый предыдущий четырехвходовый логический элемент И-НЕ каждого из последующих формирователей с каждым последующим четырехвходовым логическим элементом И-НЕ образуют триггерные структуры, первый вход каждого из четырехвходовых логических элементов И-НЕ, начиная со второго и кончая N-1-ым, через последовательно соединенные диод и инвертор соединен с третьим входом того же элемента, к каждому инвертору подключен параллельно соответствующий времязадающий конденсатор, каждый из диодов упомянутых формирователей подключен катодом к первому входу соответствующих четырехвходовых логических элементов И-НЕ, отличающийся тем, что, с целью получения автоколебательного режима, электронной регулировки числа фаз генерируемых импульсов, в него введены дополнительный двухвходовый логический элемент И-НЕ, первый вход которого подключен к точке соединения и времязадающего конденсатора N-ro формирователя, второй вход - к клемме источника запускающих импульсов, а выход - к третьему входу N-ro четырехвходового логического элемента И-НЕ, дополнительные диоды, дополнительный инвертор, дополнительные логические элементы И-НЕ, выходы которых соединены в первом формирователе с первым входом трехвходового логического элемента И-НЕ и с четвертыми входами четырехвходовых логических элементов И-НЕ остальных формирователей и с катодами соответствующих дополнительных диодов, аноды которых подключены ко входам соответствующих инверторов N-1-ых формирователей и к первому входу дополнительного двухвходового логического элемента N-ro формирователя, выход трехвходового логического элемента

И-НЕ соединен со вторым входом N-ro четырехвходового логического элемента И-НЕ, выход которого и первый вход N-ro дополнительного двухвходового логического элемента И-НЕ через дополнительный инвертор соединен с первыми входами N-1-ых дополнительных двухвходовых логических элементов И-НЕ, вторые входы дополнительных логических элементов И-НЕ соединены с клеммами источников управляющих напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2468378, кл. Н 03 К 3/28, 1977, (прототип).