Мультивибраторы на логических элементах

Для построения мультивибраторов можно использовать логические элементы всех типов - ТТЛ, ЭСЛ, КМОП. Схема ждущего мультивибратора на элементах И-НЕ ТТЛ-типа показана на рис. 4.6,а.

Мультивибратор выполнен на двух логических элементах, охваченных цепью ПОС. Одна из перекрестных цепей обратной связи является гальваниче­ской (с выхода на вход ), а вторая – резисторно-емкостной с помощью

времязадающей цепочки RC (с выхода на вход ). Входы схемы через резистор R соединены с общей шиной. В исходном статистическом со­стоянии на них действует низкий потенциал < =0,4 В, который поддержи­вает элемент в состоянии логической 1 на входе. Высокий потенциал с выхода элемента по цепи гальванической связи передается на вход , на втором входе которого действует высокий уровень напряжения > от генератора запускающих импульсов. Выходное напряжение схемы низкое <=0,4 В. Переключение ТТЛ элементов из одного статистического состоя­ния в другое происходит при достижении входным напряжением порогового уровня 1,4 В.

Запускается мультивибратор импульсом отрицательной полярности (рис.6,б). Под его воздействием элемент переключается в состояние 1 на выходе. Во время быстрого переключения напряжение на конденсаторе прак­тически остается неизменным и возникший на выходе элемента положи­тельный перепад напряжения величиной - передается на входы элемента , приводя его в состояние 0 на выходе. Низкий потенциал с выхода схемы передается на вход элемента и поддерживает его в состоянии высоко­го потенциала на выходе после окончания действия запускающего импульса. Новое квазиустойчивое состояние сохраняется благодаря протеканию через ре­зистор R зарядного тока конденсатора С. Источником зарядного тока являет­ся высокий выходной потенциал элемента тока (выходное сопротивление логического элемента полагаем =0). По мере заряда конденсатора заряд­ный ток убывает по экспоненциальному закону с постоянной времени RC. При этом напряжение =R уменьшается и в момент достигает порогового уровня . Замыкается цепь ПОС, вызывая обратное переключение элемен­тов: в состояние 1, в состояние 0 на выходе. На выходах логических элементов формулируются импульсы прямоугольной формы длительностью

= RC

Величины , , зависят от напряжения питания микросхем и температуры окружающей среды, что является причиной низкой стабильности дли­тельности импульсов мультивибратора. Так, колебания напряжения питания на 10% вызывают изменения длительности на 13-15%.

После образного переключения логических элементов конденсатор разряжается до уровня . Разрядный ток протекает по той же внешней цепи, что и зарядный, только в обратном направлении.

Если в ждущем мультивибраторе цепь гальванической связи заменить резисторно-емкостной, получим схему автоколебательного мультивибратора (рис.4.7, а)

Мультивибратор имеет два квазиустойчивых состояния равновесия, в которых он удерживается поочередным зарядом конденсаторов и через ре­зисторы и . Во время заряда (интервал - рис.4.7,б) ток создает на ре­зисторе положительное напряжение, превышающее , элемент нахо­дится в состоянии 0 на выходе. Напряжение на входе элемента в это время не превышает уровня логического 0 и на выходе элемента напряжение = . По мере заряда конденсатора входное напряжение логического эле­мента уменьшается по экспоненте с постоянной времени и в мо­мент достигает порогового значения . Элемент переходит в активное состояние.

Изменения его выходного напряжения через емкость передается на вход элемента и приводит его в активный режим. Замыкается цепь ПОС, под действием которой происходит лавинообразное переключение логических элементов: в состояние 1, в состояние 0 на выходе. Во время переклю­чения напряжения на входе элемента скачком возрастает до уровня , а затем уменьшается по экспоненте с постоянной времени по мере за­ряда конденсатора . Очередное переключение элементов произойдет в мо­мент , когда напряжение сравняется с пороговым и т.д. Период колебаний, вырабатываемых мультивибратором, определяется соотношением

T = .

По тем же причинам, что и в ждущем мультивибраторе, стабильность па­раметров генерируемого колебания невысокая.