Мультивибратор Советский патент 1981 года по МПК H03K3/353 

(54) МУЛЬТИВИБРАТОР

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в уст ройствах синхронизации, задающих генера торах и в других устройствах подобного назначения.. Известны автоколебательные мультивибраторы на КМОП-транзисторах, с держащие два инвертора на КМОП-транаисторах, хронирующий конденсатор, времязадающий резистор. .Для повышения стабильности частоты генерируемых колебаний при изменении напряжения питания в автоколебательный мультивибратор введен резистор обратной связи i. Однако введением обратной связи не достигается высокая стабильность частоты генерируемых колебаний при изменении напряжения питания в широких пределах, так как стабильность частоты ограничена изменением величины выходного сопротивпения инверторов. Известен автоколебательньгй мультивибратор, который содержит три инвертора на КМОП-транзисторах, хронирующий конденсатор, времязадаюший резистор к резистор обратной связи. Для повышения стабильности частоты генерируемых колебаний введен токоограничивающий резистор, который стабилизирует выходное сопротивление р-канального транзистора первого инвертора при изменении напряжения питания 21. Недостатком известного автоколебательного мультивибратора на КМОП-транзисторах является низкая стабильность частоты генерируемых колебаний при изменении напряжения питания в широких пределах, так как она определяется изменением величины выходного сопротивления )Г -канального транзистора первого инвертора и выходного сопротивления второго инвертора. Это ограничивает применение автоколебательного мультивибратора в устройствах, напряжение питания которых может меняться в широких пределах, например в переносных приборах. Цель изобретения - повышение стабильности частхзты генерируемых колебаний

при изменении напряжения питания в широких пределах

Для достижения указанной цели в мультивибратор, содержащий два инвертора на КМОП-транаисторах, шунтирующий МОПтранзистор, конденсатор, резистивный делитель, выход второго инвертора соединен с обкладкой конденсатора, вход второго инвертора соединен с выходом первого инвертора непосредственно, сток шунтирующего МОП-транзистора соединен со второй обкладкой конденсатора, а исток - с выходом первого инвертора, ре- зистивный делитель включен между полюсами источника питания, введен управляющий каскад на МОП-транзисторе с нагрузочным резистором в непи стока и резистор обратной Связи, причем выход управляющего каскада подсоединен к затвору шунтирующего транзистора, а его вход - к средней точке резистивного делителя напряжения, а вторая обкладка кoн денсатора соединена с входом первого инвертора через резистор обратной связи.

Предлагаемый мультивибратор позволяет получить высокую стабильность частоты генерируемых колебаний в широком диапазоне изменения напряжения питания 9а счет автоматического изменения постоянной времени времязадающей цепи.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого автоколебательного мультивибратора на КМОП-транзисторах.

Автоколебательный мультивибратор на КМОП-фанзисторах содержит при последовательно соединенных инвертора 1-3 на КМОП-транзисторах, времязадающую цепь состоящую из последовательно соединен- , ных конденсатора 4 и резистора 5, включенную между выходом и входом второго инвентора 2, резистор обратной связи 6, включенный между точкой соединения резистора 5 и конденсатора 4 времязадак щей цепи и входом инвертора 1, между р-чсанальным и п-канальным транзисторами которого включен токоограничивающий резистор 7, шунтирующий МОП-транзистор 8, управлякщий МОП-транзистор 9 с резистором нагрузки Ю и делители напряжения 11 и 12, средняя точка которых соединена с затвором управляющего МОП-транзистора 9, сток которого через резистор нагрузки 1О соединен с щиной питания и затвором шунтирующего транзистора 8, сток и исток которого подключены параллельно резистору 5 врем зада1ацей цепи.

Мультивибратор работает в режиме автоколебаний. В первый полупериод, когда на выходе инвертора 1 уровень логической 1, а на выходе инвертора 2 уровень логического О, конденсатор 4 времязадающей цепи заряжается через выходное сопротивление инвертора 1, токоограничивающий резистор 7, параллельно соедине1шые резистор 5 времязадаюшей цепи и цепь сток-исток шунтирующего транзистора 8, выходное сопротивление инвертора 2. При этом напряжение в точке соединения резистора 5 и конденсатора 4 времязадатацей цепи возрастает , Скорость заряда конденсатора 4 зависит от величины сопротивления цепи заряда, в частности от величины выходного сопротивления инверторов 1 и 2.

Когда напряжение в точке соединения резистора 5 и конденсатора 4 времязадакщей цепи достигает величины, равной напряжению переключения инвертора 1, возникает лавинообразный процесс переключения инверторов. 1-3. В результате, на выходе инвертора 1 устанавливается уровень логического О, а на выходе инвертора 2 - уровень логической и начинается второй полупериод колебаний.

В течение второго полупериода конденсатор 4 времязадающей цепи перезаряжается через выходное сопротивление инвертора 2, параллельно соединенные резистор 5 времязадающей цепи и цепь стописток шунтирующего МОП-транзистора 8, выходное сопротивление инвертора 1. При этом напряжение в точке соединения резистора 5 и конденсатора 4 времязадающей цепи убывает. Скорость перезаряда конденсатора 4 времязадающей цепи пропорциональна величине сопротивления цепи перезаряда, в частности выходному сопротивлению инверторов 1 и 2.

Когда напряжение в точке соединения резистора 5 и конденсатора 4 времязадающей цепи достигает величины, равной напряжению переключения инвертора 1, происходит переключение инверторов 1-3 и схема возвращается в исходное состояние, т.е. на выходе инвертора 1 устанавливается уровень логической 1% а на выходе инвертора 2 - уровень логического О. Далее процесс повторяется. Стабильность периода колебаний, а следовательно и частоты, при изменении напряжения питания, определяется стабильностью напряжения переключения инвертс.ра 1 и стабильностью выходного сопротивления инверторов 1 и 2. Напряжение лерек/цочения инвертора 1. нрааержив.чется стабильным при изменении напряжения питания за счет цепи обратной связи на резисторе 6.

Выходное сопротивление инверторов 1 и 2 увепичивается при понижении напряжения питания и уменьшается при его увеличении. Однако период колебаний мультивибратора при этом остается неизменныму так как при понижении напряжения питания понижается напряжение на затворе управляющего транзистора 9 и.,соотвегственно повышается напряжение на его стоке, которое уменьшает сопротивление цепи сток-исток шунтирующего транзистора 8. В результате, сопротивление параллельно соединенных резистора 5 времязадающей цепи и цепи сток-исток шунтирующего транзистора 8 уменьшается, что компенсирует увеличение выходного сопротивления инверторов 1 и 2, вследствие чего длительность периода генерируемых колебаний остается неизменной при понижении напряжения питания.

При повышении напряжения питания выходное сопротивление инвертора уменьшается. Однако За счет повышения напряжения на затворе управляющего транзистора 9 и соответствующего понижения напряжения на его стоке сопротивление цепи сток-исток шунтирующего транзистора 8 увеличивается, вследствие чего увеличивается сопротивление параллельно соединенных резистора 5 и цепи сток-исток шунтируюцего транзистора 8, в результате компенсируется уменьшение выходного сопротивления инверторов 1 и 2, а пери-

ОД генерируемых колебаний остается неизменным.

5 Формула изобретения

Мультивибратор, содержащий два инвертора на КМОП-транзисторах, шунтирукщий МОП-транзистор, конденсатор, резистивный делитель, выход второго инвертора соединен с обкладкой конденсатора, вход второго инвертора соединен с выходом первого инвертора непосредственно, сток шунтирующего МОП-транзистора соединен со второй обкладкой конденсатора, а исток - с выходом первого инвертора, резистивный делитель включен между полюсами источника питания, о т п и ч а - ю щ и и с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты генерируемых колебаний при изменении напряжения питания, в. него введен управляющий каскад на МОП-транзисторе с нагрузочным резистором в цепи стока и резистор обратной связи, причем выход управляющего каскада подсоединен к затвору щунтирукщего транзиртора, а его вход - к средней точке резистивного делителя напряжения, а вторая обкладка конденсатора соединена с входом первого инвертора через резистор обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 554612, кл. Н ОЗ К 3/353, 1975