8.1. Симметричный мультивибратор

Схема симметричного мультивибратора представлена на рис. 8.1, а временная диаграмма работы – на рис. 8.2. Генерация импульсов в такой схеме начинается сразу при подаче напряжения питания.

Рис. 8.1. Симметричный мультивибратор

Для получения на выходе схемы импульсов одинаковой длительности следует применять одинаковые резисторы и конденсаторы: R1 = R2 = R и С1 = С2 = С. Допустимый номинал R зависит от типа применяемой микросхемы. Для микросхем ТТЛ должно выполняться условие . При таком номинале резистора обеспечивается формирование на входах инверторов сигналов логического 0 в момент прекращения тока заряда конденсатора. Для микросхем КМОП, у которых входной ток пренебрежимо мал, величина R может быть любой, в том числе сколь угодно большой (до 1 МОм и выше).

Рассмотрим принцип работы симметричного мультивибратора. В момент подачи напряжения питания из-за некоторой разности времени задержки на распространение сигнала t_З один из инверторов, например, DD2, первым переключится в состояние логической 1 по выходу. Этот сигнал логической единицы через разряженный конденсатор С2 поступит на вход элемента DD1 и будет удерживать его в состоянии логического 0 по выходу. По мере заряда конденсатора С2 напряжение на входе элемента DD1 будет уменьшаться. Когда это напряжение достигнет порога переключения элемента U_пор, элемент DD1 переключится в состояние логической 1 по выходу. Этот сигнал логической единицы через разряженный конденсатор С1 поступит на вход элемента DD2, переключит его и будет удерживать в состоянии логического 0 по выходу. По мере заряда конденсатора С1 напряжение на входе элемента DD2 будет уменьшаться. Когда это напряжение достигнет порога переключения элемента U_пор, элемент DD2 переключится в состояние логической 1 по выходу. Процесс будет повторяться до тех пор, пока на схему будет подано напряжение питания.

Рис. 8.2. Временная диаграмма работы симметричного мультивибратора

Длительность импульса на каждом выходе мультивибратора будет зависеть от параметров времязадающей цепи RС и величины порога переключения логических элементов:

. (8.1)

Следовательно, период импульсов составит 1,4RC, а частота .

Недостатком схемы симметричного мультивибратора является требование точного подбора резисторов и конденсаторов по величине: R1 = R2 и С1 = С2. Если это не выполняется, длительность импульсов получается разной. Однако этот недостаток может быть и преимуществом  разная длительность импульсов используется в схемах несимметричных мультивибраторов.

8.2. Генератор с одной времязадающей rс-цепью

Особенностью схемы генератора с одной времязадающей RC-цепью является использование резистора R как для перезаряда конденсатора, так и для обеспечения условия самовозбуждения схемы. Этот резистор охватывает отрицательной обратной связью (ООС) один инвертор, выводя его на линейный участок передаточной характеристики. Это в момент подачи напряжения питания позволяет получить k_U > 1, то есть выполнение условия баланса амплитуд.

Схема генератора с одной времязадающей RC-цепью представлена на рис. 8.3, временная диаграмма его работы – на рис. 8.4.

Рис. 8.3. Генератор с одной времязадающей RС-цепью

Такая схема обычно выполняется на элементах КМОП, у которых входной ток пренебрежимо мал (R_вх). Переключение схемы происходит в моменты времени, когда U_вхDD1 = U_пор. Во время работы напряжение на конденсаторе С изменяется от U_пор ‑ U⁰ > 0 до U_пор – U¹ < 0. Поскольку обычно U_пор не точно равно половине напряжения питания, то напряжение на конденсаторе положительной и отрицательной полярности не равны. Поэтому интервалы времени заряда и разряда конденсатора отличаются, и длительность импульса и паузы на выходе генератора различны (скважность импульсов – отношение времени периода к времени импульса ).

Рис. 8.4. Временная диаграмма работы генератора с одной времязадающей RС-цепью

Длительность импульсов и пауз будет зависеть от параметров времязадающей цепи RС и величины порога переключения логических элементов и составит:

для паузы

; (8.2)

для импульса

; (8.3)

для периода

. (8.4)

В практических целях пользуются приближённой формулой

T  (2…3)RC. (8.5)

Общим недостатком рассмотренных схем является зависимость частоты импульсов от напряжения питания и температуры окружающей среды. Из-за влияния этих факторов в процессе работы устройства частота может изменяться на  10 % и более. Поэтому такие схемы применяются в простейших устройствах автоматики.