10.3.1. Мультивібратор на основі логічних елементів

Оскільки в мультивібраторах логічні елементи використовуються як інвертори, то реально не має значення, які з них беруться для побудови генераторів. Найбільш широке використання знаходять пристрої з однією часозадаючою ланкою, оскільки це спрощує схемотехніку, забезпечує більшу стабільність, полегшує розв’язання задач зміни робочої частоти.

Розглянемо особливість роботи мультивібратора на прикладі схеми, що приведена на рис. 10.27.

а

б

Рис. 10.27

При вмиканні напруги живлення конденсатор С розряджений. На виході може встановитись високий або низький потенціал. На входах і виходах ЛЕ DD1.1 і DD1.2 рівні сигналів відповідатимуть логічним зв’язкам.

Припустимо, що при вмиканні напруги живлення . Тоді потенціал точки В , а . В результаті маємо коло, по якому протікатиме струм зарядки конденсатора: від джерела живлення через вихід ЛЕ DD1.1, резистор R₂ , конденсатор С, вихід DD1.2 на загальну шину джерела. Конденсатор заряджатиметься з (+) полярністю в точці А. Оскільки вхідний струм КМОН ІС відсутній, то потенціал лівої обкладки конденсатора прикладається до входу DD1.1. Коли напруга на конденсаторі досягне порогового рівня U_П мікросхеми DD1.1, її стан зміниться на протилежний, потенціал точки B прийме значення , а на виході встановиться високий потенціал напруги. Як наслідок, потенціали виходу і конденсатора додаються, і потенціал точки А складатиме:

.

Завдяки резистору R₂ потенціал на вході DD1.1 буде обмеженим величиною:

,

де – падіння напруги на діоді вхідної захисної ланки інвертора.

Зміна станів ЛЕ приводить до перезарядки конденсатора, тепер уже з позитивним потенціалом на правій обкладці. Потенціал точки А при цьому визначатиметься різницею потенціалів конденсатора і виходу DD1.2, тобто

.

На рис. 10.27, б приведені часові діаграми напруги U_б (коливання напруги на конденсаторі ) в залежності від напруги U_вих і U_б.

Резистор R₁ повинен перевищувати опір R₂ і вибирається з діапазону . При виконанні цих умов інтервали часу t₁ i t₂ визначаються за допомогою формул [Зельд.]:

а частота коливань , .

У приведених формулах при стабільній пороговій напрузі період Т не залежатиме від коливань напруги і може визначатись з використанням спрощеної формули:

.

При побудові описаної схеми, як вже відмічалося, можуть бути використані будь-які логічні елементи, що забезпечують інвертування вхідного сигналу (ЛЕ І-НІ, АБО-НІ, ВИКЛ. АБО і т. п.).

Допоміжні входи використовуваних ЛЕ можуть виконувати функції керуючих, запускаючих (старт-стопних) або мати інші призначення. Як приклад, на рис. 10.28, а – б приведені дві схеми, в яких забезпечується керування процесом генерації.

а

б

Рис. 10.28

У схемі мультивібратора, яка приведена на рис. 10.28, а, наявність запускаючого сигналу U_З = 1 забезпечує безперервну роботу пристрою. Для зупинки процесу генерації необхідно зняти сигнал U_З .

У схемі, що приводиться на рис. 10.28, б, запуск мультивібратора в роботу забезпечується шляхом подачі імпульсу низького рівня на вхід . Для зупинки роботи мультивібратора, аналогічно, подається імпульс низького рівня на вхід .

У великій кількості практичних випадків виникає необхідність забезпечувати зміну скважності імпульсів . Для розглянутої схеми мультивібратора зміна скважності може бути досягнута шляхом зміни постійних часу в інтервалах t₁ і t₂. Це може бути забезпечено розділенням шляхів заряду та розряду конденсатора, наприклад, за допомогою діодних кіл.

Рис. 10.29

На рис. 10.29 приведена схема мультивібратора, в якій регулювання інтервалів часу t₁ і t₂ забезпечується зміною величин опорів та . Зміна положення повзунка змінного резистора відносно його середини забезпечує збільшення (зменшення) зарядного (розрядного) резистора і тим самим збільшує одну постійну часу і зменшує іншу.

Приклад 10.5. Розробити принципову схему мультивібратора з регулюванням частоти за допомогою керуючої напруги.

Розв’язання. Для побудови такого мультивібратора необхідно використовувати опір, керований напругою. В якості такого опору можна використати польовий транзистор, опір каналу якого на деяких ділянках вихідних характеристик має лінійну залежність від напруги на затворі U_З . Для обмеження опору каналу паралельно транзисторному регулятору встановлюється допоміжний опір.

Схема мультивібратора з використанням польового транзистора в якості резистора часозадаючої ланки приведена на рис. 10.30.

Рис. 10.30

Можливості вдосконалення схемотехніки мультивібраторів досить широкі і різноманітні, тому в літературі можна знайти досить велику кількість схем, які в цілому за принципом роботи мало чим відрізняються.

Мультивібратори ТТЛ будуються за тим же самим принципом, але суттєвою різницею в них є те, що порогові рівні в них мають значний діапазон, величини вхідних струмів в них різні для різних рівнів сигналів. Тому стабільність таких генераторів з часозадаючими RC-ланками значно нижча, ніж з використанням КМОН ІС.