7.8 Импульсные генераторы на цифровых микросхемах.

Мультивибраторы на логических элементах.

Такие схемы мультивибраторов широко используют в качестве задающих автогенераторов в различных цифровых устройствах. Простейшая схема симметричного мультивибратора на базовых логических элементах И-НЕ, взаимно охваченных положительными ОС с помощью двух времязадающих цепочек R₁C₁ и R₂C₂ показана на рис.7.33. Положим, что на интервале времени 0…t₁ мультивибратор находится в состоянии, когда элемент DD1 закрыт, и на его выходе логическая «1», а элемент DD2 открыт, и на его выходе логический «0». Конденсатор C₂ будет заряжаться выходным током элемента DD1, протекающим через резистор R₂ (диод VD2 закрыт). Напряжение на входе DD2, выделяемое на резисторе R₂, уменьшается по экспоненте c постоянной времени ₁ = R₂C₂. В момент времени t = t₁ это напряжение достигает порогового значения переключения и элемент DD2 переходит из состояния «0» в состояние «1», изменяя свое выходное напряжение. Скачок этого напряжения U_вых2 через конденсатор С₁ подается на вход элемента DD1, переводя его в состояние «0». Так как напряжение на выходе элемента DD1 при этом уменьшилось до нуля, то конденсатор С₂ быстро разрядится через открытый диод до нулевого напряжения. Одновременно, начиная с момента времени t = t₁, происходит заряд конденсатора С₁ и напряжение на входе логического элемента DD1 уменьшается. Когда в момент времени t = t₂ напряжение на входе DD1 спадёт до уровня переключения, мультивибратор опять скачкообразно изменит свое состояние. Далее процессы в схеме мультивибратора начнут периодически повторяться. Длительность импульсов на выходах 1 и 2 при R₁=R₂=R, C₁=С₂=С будет (симметричный мультивибратор):

_и=RC ln (U₁/U_пр) (),

где U₁ – значение напряжения на выходе DD1,2 соответствующее логической единицы, U_пр - пороговое значение напряжения переключения. Схемотехнически современные мультивибраторы выполняются в виде отдельных интегральных микросхем.

Рис.7.33.

Одновибратор.

Наиболее просто одновибратор можно реализовать на базовых логических элементах 2И-НЕ (рис.7.34). Для этого в рассмотренную выше схему мультивибратора вводят цепь запуска, выполненную на логическом элементе DD1. В исходном состоянии логический элемент DD3 закрыт, и напряжение на выходе одновибратора равно уровню логической «1» Логический элемент DD1 цепи запуска одновибратора в исходном состоянии закрыт, и на его выходе присутствует логическая «1». Уровни логических «1» с выходов закрытых элементов DD1 и DD3 поступают на входы элемента DD2, поддерживая его в открытом состоянии. На выходе открытого элемента DD2 имеет место логический «0», и поэтому конденсатор С разряжен через этот элемент и открытый диод VD до нулевого потенциала. При поступлении в момент времени t = t₁ на вход одновибратора положительного импульса запуска элемент DD1 открывается, а элемент DD2 переходит в закрытое состояние. На выходе закрытого элемента DD2 возникает положительный скачок напряжения, который через конденсатор С передается на объединенный вход логического элемента DD3. Этот элемент открывается, и на его выходе устанавливается логический «0». После переключения конденсатор С начинает заряжаться, и напряжение на входе элемента DD3 снижается. В момент времени t = t₂, когда напряжение становиться равным пороговому, одновибратор переключается и вновь переходит в устойчивое состояние.

Рис.7.34.

Длительность импульса _и = t₂–t₁ на выходе одновибратора зависит от постоянной времени цепи RC и также определяется выражением (6.12). Отметим, что в данной схеме выходной импульс имеет низкий потенциал (т. е. уровень логического «0») и для получения высокого потенциала (логической «1») необходимо на выходе мультивибратора включить инвертор.