8 Генераторы тактовых импульсов (гти)на логических элементах
8.1 Гти на двух инверторах
Существует много различных схем ГТИ (мультивибраторов) на логических элементах (ЛЭ) [6, 12], простейшей из которых является схема на двух элементах И-НЕ (инверторах) (рисунок 8.1).
|
|
|
Рисунок 8.1 |
Для стабилизации работы в схеме использована местная (охватывающая только одну ИМС) отрицательная обратная связь (ООС) через резистор R.
Необходимая для самовозбуждения генератора положительная обратная связь (ПОС) реализована через конденсатор С.
В процессе работы схемы перезаряд конденсатора С через резистор R (рисунок 8.2).
|
|
|
Рисунок 8.2 |
На временном интервале Т1 на входе элемента DD1 напряжение U11 > Uпор ≈ 1,3...1,5 В, где Uпор – пороговое напряжение логического элемента (рисунок 6.1). Поэтому на выходе DD1 поддерживается низкий уровень напряжения U021, а на выходе DD2 - высокий уровень U022. Ток перезаряда конденсатора течет от источника питания по цепи: (“+Епит”; R1вых2; С; R; R0вых1; “земля”) и экспоненциально уменьшается с постоянной времени
. (8.1)
При
этом напряжение на входе DD1 также
экспоненциально падает от начального
напряжения
,
асимптотически стремясь к уровню
.
В момент, когда напряжение на входе DD1
достигает уровня порога Uпор,
инвертор DD1 переходит в усилительный
режим (наклонный участок передаточной
характеристики логического элемента
(рисунок 6.1)). Напряжение U21
возрастает и инвертор DD2 также переходит
в усилительный режим. В схеме начинает
выполняться условие возникновения
скачков: баланс амплитуд и баланс фаз
(ПОС), что способствует быстрому
(лавинообразному) переключению
мультивибратора в другое квазиустойчивое
состояние равновесия (U21
= 1, U22
= 0).
На
выходе возникает отрицательный скачок
напряжения, который через конденсатор
С
прикладывается ко входу U11,
вызывая там тоже скачок напряжения.
Т.к.
,
то на входе появляется небольшое
отрицательное напряжение
.
На
временном интервале Т2 напряжение на
входе DD1 U11
< Uпор,
поэтому на выходе DD1 - высокий уровень
,
а на выходе элемента DD2 - низкий
.
КонденсаторС
вновь перезаряжается. Ток перезаряда
С
протекает в противоположном направлении
по цепи: (“+Епит”;
;
R; С;
;
“земля”).
По мере перезаряда ток через резистор R уменьшается экспоненциально с постоянной времени
, (8.2)
а напряжение на
входе DD1 экспоненциально возрастает от
уровня
,
асимптотически стремясь к уровню
.
В момент совпадения U11 и Uпор схема вновь переключается. На выходе U22 появляется положительный скачок напряжения, который через конденсатор С прикладывается ко входу U11, вызывая там также скачок напряжения. Далее описанные процессы повторяются.
Период генерируемых импульсов определяется зависимостью [12]
(8.3)
при условии, что величина резистора R лежит в диапазоне:
240 Ом < R < 470 Ом. (8.4)
К достоинствам рассмотренного МВ относятся: простота схемы и стабильность частоты генерации. При изменении напряжения питания ИМС ТТЛ-типа в диапазоне (4,5...5,5) В частота изменяется только на 2%. Главный недостаток - искажение вершины выходных импульсов, т.к. выход связан с конденсатором, который постоянно перезаряжается.
Для устранения этого недостатка в схему вводят еще один элемент И-НЕ (инвертор).