7.3 Мультивибраторы
Еще одной распространённой схемой генераторов на логических элементах является схема мультивибратора. В этой схеме для реализации положительной обратной связи используется два инвертора. Каждый из усилителей осуществляет поворот фазы генерируемого сигнала на 180. Схема мультивибратора приведена на рисунке 7.8.
Рисунок 7.8 – Схема мультивибратора на двух логических инверторах
Коэффициент усиления каждого из усилителей определяется соотношением резисторов R2/R1 и R4/R3. В этой схеме возможна независимая регулировка частоты и скважности генерируемых колебаний. Длительность импульсов и длительность паузы между импульсами регулируется независимо при помощи RC цепочек R1,C2 и R3,C1. Период следования импульсов Т определяется как сумма двух времен заряда конденсаторов:
Т = tзар1 + tзар2 ,
где tзар1 = t1 ln(U1/Uпор);
tзар2 = t2 ln(U1/Uпор).
Если скважность генерируемых колебаний не важна, то можно упростить схему мультивибратора, использовав второй инвертор по прямому назначению. Так как при реализации схемы генератора нас интересует максимальный петлевой коэффициент усиления, то последовательный резистор мы тоже можем исключить. Для обеспечения автоматического запуска генератора в схеме остается резистор, включенный с выхода на вход первого инвертора. В этом случае схема мультивибратора примет вид, показанный на рисунке 7.9.
Рисунок 7.9 – Упрощённая схема мультивибратора
В этой схеме можно изменять только частоту генерируемых импульсов. Эта частота будет определяться постоянной времени t = R1·C1. Скважность генерируемых импульсов будет зависеть только от соотношения токов нуля и единицы выбранного логического элемента. Период Т импульсов, вырабатываемых мультивибратором, определяется в первом приближении постоянной времени t = R1·C1 (Т = t, где обычно имеет значение 1...2). Частоту следования импульсов можно определить (с точностью до 10 %) из выражения
f = 1/(2·R1·C1).
Достаточно часто требуется изменять в широких пределах выходную частоту генератора. В этом случае в качестве частотозадающего элемента в генераторе может быть использован элемент с изменяемыми параметрами, например варикап в качестве ёмкости или полевой транзистор в качестве резистора. Схема такого генератора, управляемого напряжением, приведена на рисунке 7.10.
Рисунок 7.10 – Схема генератора, управляемого напряжением
Учитывая, что сопротивление полевого транзистора может изменяться в пределах от 10 Ом до 10 МОм, генерируемая частота тоже может изменяться в десятки и сотни раз. Однако следует учесть, что такой генератор может быть использован только в цифровых схемах не связанных с обработкой сигналов, так как его спектральные характеристики оставляют желать лучшего. Обычно такая схема используется в цепях умножения частоты внутри цифровых микросхем повышенной производительности. Примером специализированных микросхем – генераторов могут служить микросхемы 531ГГ1 и 564ГГ1.
В схеме на мультивибраторе можно использовать и кварцевую стабилизацию частоты. Для этого нужно кварцевый резонатор включить в цепь обратной связи. Схема мультивибратора с кварцевой стабилизацией частоты приведена на рисунке 7.11.
Рисунок 7.11 – Схема мультивибратора с кварцевой стабилизацией частоты
В этой схеме емкостная трехточка реализована с использованием индуктивного сопротивления кварцевого резонатора.