10.2.1. Одновібратори на основі логічних елементів

Найпростішими одовібраторами є пристрої, виготовлені на основі логічних елементів. Ці пристрої мають не досить високі технічні характеристики, але значно простіші в порівнянні з спеціалізованими. Одна з таких досить розповсюджених схем приведена на рис. 10.18, а. Її робота пояснюється часовими діаграмами, зображеними на рис. 10.18, б.

а	б

Рис. 10.18

При відсутності вхідного імпульсу пристрій знаходиться у режимі очікування. У цьому режимі на вході DD2 діє сигнал високого рівня від джерела живлення. Відповідно, вихід DD2 матиме низький рівень вихідного сигналу, який подається на один з входів ЛЕ DD1. Тому в режимі очікування на виході DD1 зберігається сигнал високого рівня. Обкладки конденсатора С знаходяться під однаковими потенціалами, і він розряджений.

При подачі вхідного імпульсу високого рівня вихід ЛЕ DD1 змінить свій початковий стан на нульовий. Оскільки конденсатор С розряджений, то вхід DD2 прийме стан низького рівня. По гілці зворотного зв’язку цей сигнал подається на вхід DD1 і підтримуватиме DD1 в низькому стані. Звідси витікає, що тривалість вхідного імпульсу повинна бути достатньою для того, щоб встановити елементи в інший, протилежний, якщо виходити з рівнів сигналів на виходах ЛЕ, стан. Якщо, наприклад, час перемикання ЛЕ складає 10 нс, то мінімальна тривалість вхідного імпульсу повинна складати не менш ніж .

Описаний другий стан називається станом збудження. Тривалість знаходження пристрою в цьому стані визначається інтервалом часу, протягом якого напруга на конденсаторі буде меншою порогового рівня ЛЕ DD2. Тому такий стан є стійким лише тимчасово. Перехід ЛЕ DD1 на низький рівень по виходу приводить до появи електричного кола ( , , C, ЛЕ DD1, загальна шина), по якому протікає струм заряду конденсатора, напруга якого зростатиме. В момент , коли , ЛЕ DD2 змінює свій стан, на його виході напруга зменшується до нуля, яка через гілку зворотного зв’язку переводить DD1 в стан, характерний для режиму спокою пристрою. Ліва обкладка конденсатора через вихід ЛЕ DD1 приєднується до джерела живлення, і накопичений на ньому заряд розсіюється на внутрішньому опорі DD1 і VD.

Тривалість перебування одновібратора в збудженому стані, яка визначається часом заряду конденсатора до порогового рівня, визначає інтервал часу дії імпульсу високого рівня на виході ЛЕ DD2:

,

(10.6)

Оскільки для мікросхем КМОН приймається , то формула (10.6) приймає відомий вигляд:

.

Враховуючи властивість оберненості бінарної логіки (на основі теореми де Моргана), аналогічно одновібратор може бути побудований на елементах 2І-НІ. Схема такого одновібратора приводиться на рис. 10.19 з тривалістю генерованого імпульсу

.

Читачам пропонується самостійно проаналізувати роботу одновібратора і побудувати часові діаграми.

Рис. 10.19

При спробі виготовлення одновібраторів слід враховувати деякі суто практичні деталі. В обох схемах конденсатор розряджається через діод VD і вихід ЛЕ DD1. Але в першій схемі в колі розряду знаходиться опір верхнього транзистора, що обмежує величину струму розряду, а в другій розряд відбувається через нижній низькоомний транзистор. Тому в другій схемі слід обмежувати величину ємності конденсатора.

У мікросхемах КМОН на входах встановлюються діоди, але їхні допустимі струми незначні. Тому для обмеження величини розрядних струмів використовується резистор . Діод VD фактично шунтує внутрішні діоди мікросхем, тому при його наявності опір необов’язковий.

Оскільки величина затримки суттєво залежить від порогового рівня напруги, який коливається для різних мікросхем у значних межах, то в розглянутих одновібраторах досягти високої точності майже неможливо. Підвищення точності може бути досягнуто шляхом використання в якості DD2 тригерів Шмідта або схем з використанням двох часозадаючих RC-кіл.

При використанні ТТЛ ІС можуть використовуватись ті ж схеми, що приведені на рис. 10.18 і рис. 10.19. Оскільки вхідні опори ТТЛ ІС незначні, то це приводить до необхідності зниження величини опорів . При тих же параметрах імпульсів це призводить до необхідності збільшення ємності конденсаторів і відповідного зменшення стабільності схем.

Оскільки на процес заряду в схемах з ТТЛ ІС впливає вхідний струм, то його необхідно врахувати у розрахункових формулах (10.5) і (10.6) шляхом заміни на еквівалентний опір .

У спеціальній літературі приводиться ряд схем одновібраторів, які забезпечують достатньо високу стабільність роботи [Зельд.].