8 Генератори тактових імпульсів (гті) на логічних елементах

8.1 Гті на двох інверторах

Існує багато різноманітних схем ГТІ (мультивібраторів) на логічних елементах (ЛЕ) [6,12], найпростішою з яких є схема на двох елементах І-НІ (інверторах) (рисунок 8.1).

	Рисунок 8.1
Рисунок 8.2

Для стабілізації роботи в схемі використаний місцевий (охоплюючий тільки одну ІМС) від’ємний зворотний зв'язок (ВЗЗ) через резистор R.

Необхідний для самозбудження генератора додатний зворотний зв'язок (ДЗЗ), реалізований через конденсатор С.

У процесі роботи схеми відбувається постійне перезарядження конденсатора С через резистор R (рисунок 8.2).

На часовому інтервалі Т1 на вході елемента DD1 напруга U₁₁>U_пор1,3...1,5 В, де U_пор - порогова напруга логічного елемента. Тому на виході DD1 підтримується низький рівень напруги , а на виході DD2 - високий рівень . Струм перезарядження конденсатора має напрямок від джерела живлення по ланцюгу :“ + Еживл ” ; Rвих2 ; С ; R ; R вих1 ; “земля” і експоненціально зменшується з постійною часу

При цьому напруга на вході DD1 також экспоненціально падає від початкової напруги , асимптотично збігаючись до рівня .

У момент , коли напруга на вході DD1 досягає рівня порога Uпор , інвертор DD1 переходить у підсилювальний режим (похила ділянка передатної характеристики логічного елемента (рисунок 8.2)). Напруга U₂₁ зростає, і інвертор DD2 також переходить у підсилювальний режим. У схемі починає виконуватися умова виникнення стрибків : баланс амплітуд і баланс фаз (ДЗЗ), що сприяє швидкому (лавинообразному) переключенню мультивібратора в інший квазістійкий стан рівноваги (U₂₁ = 1, U₂₂ = 0 ).

На виході виникає від’ємний стрибок напруги , що через конденсатор С прикладається до входу U₁₁ , викликаючи там теж стрибок напруги. Оскільки , то на вході з'являється невелика від’ємна напруга .

На часовому інтервалі Т2 напруга на вході DD1 U₁₁ < U_пор , тому на виході DD1 - високий рівень , а на виході елемента DD2 - низький . Конденсатор С знову перезаряджається. Струм перезарядження С проходить в протилежному напрямку по ланцюгу :

“+ Е_живл” ; R¹_вих1; R; С; R⁰_вих2; “земля”.

Впроцессі перезарядження струм через резистор R зменшується экспоненціально з постійною часу

а напруга на вході DD1 экспоненціально зростає від рівня , асимптотично наближаючись до рівня U₁₁() = +E_живл. Коли U₁₁ досягає значення U_пор , схема знову переключається.

На виході U₂₂ з'являється додатний стрибок напруги , що через конденсатор С прикладається до входу U₁₁ , викликаючи там також стрибок напруги. Далі описані процеси повторюються.

Період генерування імпульсів визначається залежністю [12]

за умови , що значення опору резистора R лежить у діапазоні

240 Ом < R < 470 Ом. ( 8.4 )

До переваг розглянутого МВ відносяться: простота схеми і стабільність частоти генерації. При зміні напруги живлення ІМС ТТЛ-типу в діапазоні (4,5...5,5) В частота змінюється тільки на 2%. Головний недолік – спотворення вершини вихідних імпульсів , тому що вихід пов'язаний з конденсатором , що постійно перезаряджається.

Для усунення цього недоліку в схему вводять ще один елемент І-НІ (інвертор).