36 Одновибраторы на логических элементах

Рассмотрим схемы построения простейших одновибраторов на логических элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, а также их временные диаграммы.

Рассмотрим подробнее принцип работы такой схемы. В начальном состоянии на вход одновибратора (ОВ) подается сигнал с уровнем “1”. В это время в точке А нулевой потенциал, так как она соединена с общим проводом через резистор R1. Тогда в точке С установлен уровень “1”, а в точке В – “0”. При подаче на вход одновибратора импульса в виде перепада уровня из единицы в ноль начинается формирование выходного импульса одновибратора. На выходе логического элемента И-НЕ в точке В формируется уровень “1”. Этот скачек напряжения через дифференцирующую цепочку C₁R₁ передается в точку А, что вызывает переключение выхода инвертора в точке С в нулевое состояние. В это время начинается заряд конденсатора С₁ по цепи: выход И-НЕ – С₁ – R₁ . Напряжение в точке А уменьшается, и когда оно достигнет порогового значения инвертор опять переключится в “1”. Тогда на выходе логического элемента И-НЕ сформируется уровень “0”. Этот перепад из точки В в точку А передается через дифференцирующую цепь C₁R₁ . Благодаря наличию защитного диода VD₁ напряжение на входе инвертора не может стать меньше уровня -0.7 В.

Конденсатор С₁ начинает разряжаться через малое внутреннее сопротивление логического элемента И-НЕ и резистор R₁ . Длительность входного импульса должна быть всегда меньше чем длительность выходного, иначе вибратор превратится в инвертор. Одновибраторы не критичные к длительности входного импульса.

Рассмотрим схему одновибратора на двух элементах ИЛИ-НЕ и ее временные диаграммы (рис.2 и 3 соответственно).

Рисунок 2 – Схема одновибратора на логических элементах ИЛИ-НЕ

Временные диаграммы одновибратора на логических элементах ИЛИ-НЕ

37 Одновибратор на rs-триггере

Рассмотрим схему и временные диаграммы работы одновибратора на RS триггере:

Принцип работы одновибратора построенного на RS триггере заключается в следующем: в начальном состоянии на выходе Q “0” и конденсатор С₁ не заряжен. При приходе на вход С положительного перепада напряжения (фронта импульса) триггер запоминает “1”, так как на входе D через R₁ подано напряжение питания. Когда на выходе Q установится “1” начинает заряжаться конденсатор по цепи: выход Q – R₂ – C₁ . Когда напряжение на С₁ достигнет порогового значения, триггер обнулится и конденсатор С₁ начнет быстро разряжаться по двум параллельным цепям: C₁ – R₂ – выход Q и C₁ – R₃ – VD₁ – выход Q. Так как R₂ >> R₃ , то процесс разряда происходит намного быстрее процесса заряда.

Такой ОВ не чувствителен к длительности входного импульса, так как триггер реагирует только на фронт СИ.

38 Мультивибраторы

Мультивибраторами называют электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по форме к прямоугольной. Спектр колебаний, генерируемых мультивибратором, содержит множество гармоник - тоже электрических колебаний, но кратных колебаниям основной частоты.

Мультивибратор на RS – триггере

Принимаем произвольно состояние на выходе Q: "0" или "1". Допустим, что Q = 0, тогда . Конденсатор C₁ заряжается по цепи выхода , а конденсатор C₂ разряжен, так как его цепи разряда C₂R₃Q и C₂R₄VD₂Q имеют намного меньшее сопротивление, чем сопротивление цепи заряда QR₃C₂. Когда напряжение на конденсаторе C₁ достигнет U_пор, на входе S триггера будет сформирован уровень логической "1" и триггер переключится в состояние Q = 1. На выходе формируется уровень логического "0", конденсатор C₁ быстро разряжается через две параллельные цепи и , а конденсатор C₂ заряжается через R₃. Как только напряжение на входе R достигнет порогового значения, триггер вернется в нулевое состояние Q = 0. Далее процесс будет повторяться.

Мультивибратор на RS – триггере с инверсными входами

Если принять начальное состояние Q = 0, а , то тогда конденсатор C₁ будет разряжаться через резистор R₂, а конденсатор C₂ либо быстро заряжается, либо уже заряжен через две параллельные цепи. Как только напряжение в точке S достигнет порогового значения, триггер переключится в "1" (Q = 1), и начнется медленный разряд конденсатора C₂ через резистор R₃. Конденсатор C₁ быстро зарядится через две параллельные цепи. Когда напряжение на входе R упадет до порогового, триггер опять переключится в состояние "0" и весь процесс повторится.

Мультивибратор на логических элементах

Пусть C = "0", а D = "1". Учитывая то, что между точками D и A есть дифференциальная цепь C₂R₁, нарисуем спадающее напряжение в точке A (конденсатор C₂ заряжается по цепи DC₂R₁, а напряжение в точке A равно ). Напряжение в точке B считаем равным нулю, то есть конденсатор C₁ уже разрядился. Как только напряжение в точке A упадет до порогового уровня, на выходе C будет сформирован уровень логической единицы. Этот скачок напряжения в точке C будет передаваться в точку B через дифференцирующую цепь R₂C₁, как только значение напряжения в точке B увеличится до максимального, в точке D будет сформирован уровень "0". Этот перепад напряжения из логической единицы в ноль передается из точки D в точку A через дифференцирующую цепь C₂R₁ . Напряжение в точке A скачком изменяется от U_пор до –0,7В (ограничение по уровню –0,7В определяется наличием защитного диода VD1). Напряжение в точке C скачком переходит из "0" в "1", а напряжение в точке B начинает уменьшаться, так как конденсатор C₁ заряжается. Когда оно упадет до порогового значения, на выходе D формируется уровень логической единицы и скачок напряжения будет передан в точку A через цепь C₂R₁ , как следствие напряжение в точке C упадет до нуля и отрицательный перепад напряжения будет передан в точку B. Напряжение в точке B скачком изменится от U_пор до –0,7В и весь процесс повторится снова.

Мультивибратор на элементах КМОП

При рассмотрении схемы считаем, что входной ток логических элементов равен нулю. Также будем учитывать, что включена дифференцирующая цепь C₁R₁. Любое переключение логического элемента происходит в том случае, если напряжение на его входе превышает пороговый уровень.

Предположим, что в исходном состоянии , тогда должно уменьшаться, чтобы в некоторый момент времени произошло переключение НЕ1. Как только упадет до , НЕ1 переключится в «1», в т. В будет сформирован «0», и отрицательный скачек напряжения, равный по амплитуде , будет передан в т. С через дифференцирующую цепь R1-C1. возрастает и приближается к . Как только станет равным , переключится НЕ1, в т. А= «0», т. В = «1», положительный скачек напряжения будет передан в т.С. Начинается заряд С1, а уменьшается до . Процесс повторяется.