Генераторы и одновибраторы

Генераторы – специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для формирования последовательности электрических сигналов различной формы. Последовательность сигналов может быть регулярной или с прерываниями, в том числе с изменением параметров и формы электрических сигналов. Генераторы обеспечивают работу цифрового устройства во времени по закону, определяемому внутренней структурой устройства, и характеризуются частотой сигнала, стабильностью частоты, возможностью управления частотой, формой сигнала, скважностью, видом последовательности сигнала и т.п. Т.о. генераторы по структуре могут изменяться от простейшего автоколебательного мультивибратора до сложного цифрового устройства. Рассмотрим некоторые схемы генераторов.

Конденсатор Собеспечивает время задержки, необходимое для образования положительной обратной связи и от его ёмкости зависит частота генерации. Обычно разработчики определяют необходимую ёмкостьС методом проб и ошибок. Генератор выполнен на трёх вентилях. Вентиль 4 используется для улучшения формы выходного сигнала и может управляться входом 4. При работе генератора на входы 1,2,3 необходимо подать уровень «1». При подаче на любой из этих трёх входов уровня «0» генерация срывается и на выходеdфиксируется постоянный логический уровень. Если уровень «0» подаётся на входы «1» или «3», то на выходеdустанавливается уровень «0», если уровень «0» подаётся на вход 2, то на выходеdустанавливается уровень «1». С выходаdснимаются импульсы следующего вида:

В период времени t, происходит разряд конденсатораСчерез выходные цепи вентилей 1 и 2 (входной ток вентиля 3 мал и ним можно пренебречь). В процессе разряда конденсатораСустанавливается своеобразный режим, при котором выходной ток закрытого вентиля 1 равен выходному току открытого вентиля 2, причёмU_вых1=U_вых2=U_в. Для элементов ТТЛ серии 133 или 155 этот режим работы выполняется (см. выходные характеристики) приU_в1,5в иI_вых119mA. Работа вентиля 2 при таком токе обеспечивается соответствующим распределением тока, текущего через резистор в цепи базы МЭТ между входной цепью и цепью коллектора МЭТ. КонденсаторСразряжается до уровняU_с= 0,26, следовательно напряжение на конденсатореСизменяется на величину:U_с = 1,5 – 0,2 = 1,3в. Ток разряда конденсатораС:I_c^I_вых1= 19мА. Длительностьt₁= (C*U_с)/I_c^72c. Зарядный ток конденсатораI_c^обеспечивается выходной цепью вентиля 2 и входной цепью вентиля 3, а воспринимается этот ток выходной цепью вентиля 1. Из выходных характеристик элементов находим среднее значение этого токаI_c^25mA. Тогда для составляющейt₂периода колебаний генератора, соответствующей времени заряда конденсатора, можно записать:t₂= (C*U_с)/I_c^52с. Итак, для генератора, собранного по данной схеме на элементах ТТЛ серий 133 или 155 частота генерации будет равна:f= 1/T= 1/(t₁+t₂) = 1/124c. Достоинство схемы – её простота, т.к. требуется всего один внешний компонент – конденсаторС. Недостатки схемы:

1. скважность не равна двум (несущественный недостаток)

2. вентили 1 и 2 непрерывно работают практически в критическом режиме (существенный недостаток, из-за которого запрещается использовать данную схему в аппаратуре, работающей в сложных условиях эксплуатации).

3. Ни в одной точке схемы нет хорошо сформированного сигнала чётко фиксирующего напряжения U⁰иU¹удовлетворяющих требованиям технических условий.

Все отмеченные недостатки устраняются путём включения на выход «критических» вентилей 1 и 2 резисторов R₁ и R₂:

Для обеспечения условий генерации эти резисторы должны выбираться такой величины, чтобы для изолированного вентиля при заземлённом резисторе на его входе обеспечивался уровень, меньший U_пордля наихудших условий эксплуатации.

Подбором резисторов R₁иR₂нетрудно обеспечить скважность равную двум. Благодаря наличию резисторовR₁иR₂токи заряда и разряда конденсатораСуменьшаются в 5-10 раз. В точкахa,b,dсхемы формируются сигналы, хорошо фиксирующие уровниU⁰иU¹. Уменьшаются токи заряда и разряда конденсатораС в следующей схеме:

Параметры последовательности импульсов здесь могут быть изменены подбором времязадающей цепи RC1.

Возможны другие модификации генераторов такого типа: