Мультивибратор Советский патент 1980 года по МПК H03K3/28 

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано также в устройствах дискретной автоматики, вычислительной техники и радиолокации.

Известен мультивибратор, выполненный на трех последовательно включенных логических элементах И-НЁ со свободным коллектором. В таком мультивибраторе свободный коллектор выходного транзистора третьего логического элемента (вентиля) соединен непосредственно со входом первого вентиля, а времязадающий конденсатор подключен параллельно второму вентилю l .

Недостатком такого мультивибратора является то, что диапазон генерируемых .частот относительно узок, так как ограничен сверху быстродействием используемых вентилей, а снизу - величиной емкости времязадающего конденсатора, точнее величиной допустимого разрядного тока этого конденсатора, а также крутизной напряжения на конденсаторе в области порога переключения логического элемента.

Известен также мультивибратор, .содержащий Т-триггер, двухвходовый.

элемент И-НЕ, п-р-п - транзистор, первую времязадающую КС-цепь, резистивный делитель, выход двухвходового элемента И-НЕ подключен к входу Т-триггера, эмиттер п-р-п транзистора подключен к общей шине 2.

Недостатком такого мультивибратора является низкая стабильность.

Цель изобретения - расширение

10 диапазона регулирования частоты и повышение стабильности мультивибратора.

Указанная цель достигается тем, что в мультивибратор, содержащий

15 Т-триггер, двухвходовый элемент И-НЕ, п-р-п-транзистор, первую времязадающую RC-цепь, резистивный делитель, выход двухвходового И-НЕ подключен к входу Т-триггера, эмиттер п-р-п транзистора подключен к общей шине,

20 введены первый и второй р-п-р-транзисторы, первый и второй диоды, вторая времязадающая RC-цепь и резистор, причем входы двухвходового элемента И-НЕ объединены и подключены к сред25ней точке резистивного делителя, включенного между шиной питания и общей шиной, коллекторы первого и второго р-п-р-транзисторов объединены, подключены к базе п-р-п-транзистора и через резистор - к общей шине, их базы объединены и подключены к средней точке- резистивного делителя и к коллектору п-р-п-транзистора, эмиттер первого р-п-р-транзистора подключен к средней точке первой времязадающей RC-цепи и через первый диод - к прямому выходу Т триггвра, а эмиттер г второго - к средней точке второй времязадающей RC-цёпи и через второй диод - к инверсному выходу Т-триггера, резисторы времяЗс1да1ощих RC-цепей подключены к шине питания, конденсатор первой из них подключен к инверсному выходу Т-триггера, а конденсатор второй - к прямому выходу Т-триггера, при этом в качестве Т-триггера использован -О-триггер, выполненный на элементах ТТЛ, а в качестве р-п-р транзисторов - интегральный прерыватель.

На чертеже дана схема предложенного мультивибратора.

Устройство содержит Т-триггер 1, счетный вход которого чецез инвертор 2 соединен со средней точкой резистиного делителя напряжения, состоящего из резисторов 3, 4, коллектором п-р-п-транзистора 5 и базами р-п-ртранзисторов б, 7, Эмиттеры р-п-ртранзисторов б и 7 соединены с выходами времязадающих КС-цепей, каждая из которых состоит из резисторов 8, 9 и конденсаторов 10, 11, подсоединенных к выходам Т-триггера 1. Кроме того, выходы времязадающих RC-цепей через диодные ключи 12, 13 перекрестно также подключены к выходец Т-триггера 1. Резистивный делитель 3, 4 напряжения и времязадакщие резисторы 8, 9 подключены к шине источника питания +Еп.

Устройство работает следукяаим образом.

При подаче напряжения питания тригер 1 со счетным входом устанавливается в одно из своих устойчивых положений. Времязадающий конденсатор 10, подключенный левой обкладкой к единичному выходу упомянутого триггера 1, на котором действует, например, высокий уровень напряжения, начинает заряжаться по цепи: источник питания +Еп, сопротивление в коллекторной цепи закрытого выходного транзистора триггера 1, прямосмещенный диоц 12 и насыщенный выходной транзистор другого плеча триггера. В этот же момент левая обкладка другого времязаданиего конденсатора 11 через насыщенный выходной транзистор триггера 1 подключена к общей шине устройства, а диодный ключ 13 высоким уровнем напряжения, действующим на его катоде, смещен в обратном направлении, в результате чего конденсатор 11 начинает заряжаться по цепи: источник питания +ЕП, времязадающий резистор 9,

насыщенный выходной транзистор триггера 1, ббщая шина. Все транзисторы при этом закрыты, так как переходы база - эмиттер транзисторов б, 7 смещены в обратном направлении.На счетном входе триггера 1 действует низкий уровень напряжения. Когда экспоненциально нарастающее на конденсаторе 11 напряжение достигнет порогового напряжения срабатывания ufV-ff. электронного на двух транзисторах разного Типа проводимости, последний в результате лавинообразного процесса, происходящего в петле, образованной транзистораьш 5, б, насыщается. При этом транзистор 7 остается закрытым за счет примерного равенства в этот момент напряжений на его базе и эмиттере и не оказывает на работу устройства никакого влияния. После быстрого разряда времязадающего конденсатора 11 через низкоомное сопротивление насыщенных транзисторов 5, б последние (также в результате лавинообразного процесса) скачкообразно закрываются. Отрицательный импульс, образовавший- . ся на резисторе 4, инвертируется вентилем 2 и перебрасывает триггер 1 в противоположное состояние. В это случае происходит быстрый зарядконденсатора 11 по цепи: источник питания +ЕП, сопротивление в цепи коллектора закрытого выходного транзистора триггера 1, прямосмещенный диодный ключ 13, насыщенный выходной транзистор противоположного плеча триггера, общая шина устройства. При этом диод 12 смещен в обратном направлении высоким уровнем напряжения, действующего на его катоде. Предварительно заряженный практически до напряжения источника питания конденсатора 10 начинает перезаряжаться по пепи: насыщенный выходной транзистор триггера 1, общая шина, внутреннее сопротивление источника питания, резистор 9. После достижения экспоненциальным напряжением на конденсаторе 10 порогового уровня Ujui.,происходит срабатывание электронного ключа, образованнЬго транзисторами 5 и 7, которые в результате лавинообразного процесса насыщаются, а конденсатор 10 разряжается через низкоомное сопротивление насыщенных транзисторов 5, 7. Транзистор 6 при этом находится в запертом состоянии вследствие примерного равенства потенциалов на его эмиттере и базе и не оказывает на работу устройства никакого влияния. Отрицательный импульс напряжения, действ.ющий на резисторе 4, после инвертирования вентилем 2, переводит триггер 1 в исходное состояние. Далее описанный процесс повторяется.

Расширение пределов регулирования частоты генерируемых импульсов может быт.ь достаточно точно оценено следующим образом. Полупериод колебаний t известного генератора может быть выражен как - (1) .-U. tn пор где Tjj - постоянная времени времязадающей цепи устройства; Ef,- напряжение источника питания ; Upop напряжение переключения вен тиля. Полупериод колебаний 1„ предложенно го устройства может быть определен как где tfi - постоянная времени времяза дающей цепи предложенного мультивибратора; Е - напряжение на предваритель но заряженном времязадающем конденсаторе в ждущем состоянии; U(,yjj- напряжение срабатывания транзисторного ключа (компаратора). Расширение пределов регулирования К может быть определено делением (2 на (1): Из выражения (3) следует,, что в слу чае, если например, , и,3,56, ,5В, . в предложенном генераторе высока стабильность частоты повторения импульсов при изменении напряжения ис точника питания достигается благод ря использованию известных стабилизирующих свойств моста. Термокомпен ция происходит следующим образом: при нормальной температуре баланс моста, образованного в момент перезаряда одной из времязадающих RC-де пей и резистивным делителем напряже ния, происходит в момент времени ц соответствующий пересечению устаиовленного уровня lg, срабатывания компаратора, выполненного на трантзисторах разного типа проводимости с ,экспонентой, действующей на пере заряжающемся времязадающем конденсаторе. При повышении температуры с одной стороны увеличивается падение напряжения на резисторе 3 за счет возрастания токов 1ко, 1бо, а также коэффициента усиления, тока закрытого транзистора 5, что приводит к понижению установленного уров ня Uj. С другой стороны, рост 1эо а следовательно, члена 1эо ка(1эо R9) и постоянной времени соответствующей времязадающей КС-цепи, при водит к уменьшению крутизны экспоне ты перезаряда времязадающего конден сатора при положительных температурных коэффициентах сопротивления (ТКС) и емкости (ТКЕ), В результате пересечение экспоненты и уровня Ugjjj,-должно в идеальном случае произойти в тот же момент времени t . Это позволяет получить высокую стабильность частоты при изменении температуры окружающей среды. Однако в реальных схемах пересечение происходит не в точке t , а в ее окрестности, что объясняется разбросом параметров элег ментов схемы. В предложенном мульти-. вибраторе с целью уменьшения влияния на величину установленного уровня срабатывания и устройства разброса параметров р-п-р-транзисторов применен интегральный прерыватель, параметры транзисторов которого практически идентичны в силу того, что в процессе изготовления интегральной схемы все ее компоненты формируются на общем кристалле. Таким образом, без применения каких-либо специальных мер термокомпенсации схема обеспечивает высокую стабильность частоты (0,1....0,3% на частоте 10 Гц при изменении температуры окружающей среды от -20 до ). Предложенное устройство характеризуется также высокой стабильностью длительности импульсов на выходах устройства 2, 3, что достигается благодаря тому, что с ростом температуры уменьшается сопротивление насыщенных транзисторов компаратора, а емкость увеличивается при положительном ТКЕ. В результате постоянная времени времязадаю1чих конденсаторов изменяется незначительно. Одновременно уменьшаются и.и l jji KOMnapaTopa с одним и тем же температурным коэффициентом, в результате длительность импульса, образованного s момент разряда времязадающего конденсатора, меняется незначительно. Таким образом, предложенное решение позволяет не менее чем в 5 раз расширить пределы регулирования частоты следования импульсов и более чем на порядок повысить стабильность частоты генерируемых импульсов. Кроме того, мультивибратор отличается повышенным коэффициентом использования напряжения источника питания, а также расширенными функциональными -возможностями за счет возможности использования двух противофазных импульсов конец длительности импульса и конец длительности паузы (периода), а также за счет возможности, в случае необходимости, работы устройства в режиме преобразования напряжение - частота, для чего необходимо отсоединить резистор 3 от источника питания +Еп и подсоединить его-к источнику преобразуемого напряжения.

Формула изобретения

1. Мультивибратор, содержащий Т.триггер, двухвходовый элемент И-НЕ, п-р-п-транзистор, первую времязадающую КС-цепь, реэистивный делитель выход двухвходового элемента И-НЕ подключен к входу Т-триггера, эмиттер п-р-п транзистора подключен к общей шине, -отичающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты и повьаиения стабильности, в него введены первый и второй р-п-р-транэисторы, первый и второй диоды, вторая времязадаюсцая RC-иепь и резистор, причем, входы двухвходового элемента И-НЕ Объединены и подключены к средней точке резистивного делителя, включенного между шиной питания и обшей шиной, коллекторы первого и второго р-п-р-транзисТоров объединены, подключены к базе п-р-п-транзистора и через резистор - к общей шине, их базы объединены и подключены к средней точке резистивного делителя и к коллектору п-р-п-транзистора, эмиттер Первого п-р-п-транзистора подключей к средней точке первой времяЗсщающей ЯС-цепи, и через первый диод - к прямому выходу Т-триггера, а эмиттер второго - к средней точке второй времязадающей RС-цепи и через второй диод - к инверсному выходу Т-триггера, резисторы времязадающи.х RC-цепей подключены к шине питания, конденсатор первой из них подключен к инверсному выходу Т-триггера, а конденсатор второй - к прямому выходу Т-триггера.

2. Мультивибратор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве Т-триггера использован .О-триггер, выполненный на элементах ТТЛ.

3.Мультивибратор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве р-п-р-транзисторов использован интегральный прерыватель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Приборы и техника эксперимента, 1973, № 4, с. 14, рис. 23, б.

. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2562397/18-21, кл. Н 03 К 3/28, 3.01.78 (прототип)

o/f/,