Автоколебательные мультивибраторы на ЛЭ

Мультивибраторы предназначены для генерирования периодической последовательности импульсов напряжения прямоугольной формы с требуемыми параметрами (амплитудой, длительностью, частотой следования и др.). Мультивибратор в подавляющем большинстве случаев выполняет функцию задающего (ведущего) генератора, формирующего запускающие входные импульсы для последующих узлов и блоков в системах импульсного и цифрового действия. В цифровых логических схемах генераторы прямоугольных импульсов обычно выполняются на логических элементах–инверторах (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Мультивибраторы на ЛЭ: а – схема; б – временные диаграммы

Если попарно симметричные элементы одинаковы, то мультивибратор является симметричным, при этом длительность импульса равна паузе.

Схема имеет два неустойчивых состояния равновесия: в одном из которых D ₁ закрыт, а D ₂ – открыт. В другом состоянии, наоборот, D ₂закрыт, а D ₁ – открыт. Длительность состояний квази-равновесия зависит от величин элементов R и C.

Рассмотрение работы схемы начнем с момента времени t ₀, когда произошло переключение U_{вых 1} в «1» и U_{вых 2} в «0». При этом произошел скачек напряжения Uвых 1 и Uвх 2 на U, причем

(2.22)

Это следует из эквивалентной схемы рис. 2.9.

Рис. 2.9. Эквивалентная схема формирования скачка

напряжения Δ U

Сразу после скачка начинается заряд емкости С ₁ по цепи: «U_{ВЫХ 1} – С ₁ – R ₂ – земля» с постоянной времени За счет падения напряжения на R ₂ элемент D ₂ находится в открытом состоянии. По мере заряда емкости С ₁ ток заряда уменьшается, напряжение Uвх 2 уменьшается и как только оно достигнет порогового уровня (Uвх 2 = U пор2), произойдет переключение: D ₂ закроется, а D ₁ откроется. Этот процесс происходит быстро (лавинообразно). Сразу же после переключения начинается заряд емкости С₁ (через большое сопротивление R₁) по цепи: Uвых 2 – С ₁ – R ₁ – земля с постоянной времени и разряд емкости С ₂ (через малое сопротивление открытого диода Д₁ - rд) по цепи: + С ₂ – Uвых 1 – земля – Д ₁ – С ₂с малой постоянной времени: При этом . После быстрого процесса регенерации (переключения) начинается время устойчивого равновесия, которое определяется временем заряда емкости (С ₁ или С ₂) до напряжения, при котором Uвх уменьшается до уровня Uпор. Обычно С ₁ = С ₂ = С, R ₁ = R ₂ = R, тогда, без учета времени регенерации:

(2.23)

где

Расчет элементов R и С. Для нормального функционирования схемы сопротивление R выбирается из следующих условий:

1) Uвх. min + U > Uпор, 2) Uвх. min < U пор.

При использовании ЛЭ ТТЛ, имеющих параметры:

U ¹ вых > 2, 4В, Uпор = 1, 5 В, I⁰вх = 1, 6мА, Uвх. min < 0, 5В, находим, что указанные выше условия выполняются при R = (1, 5…2) R ¹ вых. Из соотношения Uвх. min < R* I⁰вх, находим R = 300 Ом. Практически выбирают R = 100…300 Ом. После выбора R находят С, исходя из необходимой длительности импульсов используя соотношение (2.23).