Мультивибраторы

В большинстве устройств цифровой техники имеются генераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы). Наиболее простые мультивибраторы можно собрать из нескольких логических элементов И-НЕ микросхемы К155ЛА3. Существуют различные схемы мультивибраторов. Рассмотрим некоторые из них.

Н а рис. 8 приведена конструкция мультивибратора, собранная на двух элементах И-НЕ, включенных инверторами. Конденсаторы С1 и С2 обеспечивают положительную обратную связь между входами и выходами элементов DD1.1 и DD1.2. Из-за непрерывного процесса перезарядки конденсаторов выходы элементов 3 и 6 прини-мают то состояние логической единицы, то логического нуля (это видно по свечению светодиодов). Изменяя величину резистора R1, можно регулировать частоту генерации. (Если в схеме, изображенной на рис. 8, применить конденсаторы емкостью 1 мкФ, то мультивиб-ратор будет вырабатывать импульсы звукового диапазона.)

Примечание 1. К гнездам макетной панели последовательно с переменным резистором 2,2 кОм включен постоянный резистор 470 Ом; он необходим для нормальной работы мультивибратора в том случае, когда сопротивление переменного резистора равно нулю.

Примечание 2. При использовании конденсаторов большой емкости (больше 100 мкФ) в начальный момент его зарядки в цепи возникает большой силы мгновенный ток, способный пробить выходной транзистор логического элемента. Поэтому конденсатор 100 мкФ подключен к гнездам макетной панели через токоогра-ничивающий резистор 300 Ом.

Другая типичная схема мультивибратора показана на рис. 9. Три элемента И-НЕ включены инверторами и соединены между собой последовательно. Времязадающую цепочку, определяющую частоту генерации, образуют конденсатор С1 и резистор R1. Работает такой генератор следующим образом. После включения источника питания какой-то из элементов устройства первым установится в одно из возможных состояний (0 или 1) и тем самым повлияет на состояние других элементов. Допустим, что это элемент DD1.2 – он первым оказался в единичном состоянии. Напряжение высокого уровня с его выхода (вывод 6) через незаряженный конденсатор С1 передается на вход элемента DD1.1, в результате чего этот элемент принимает нулевое состояние. В таком же состоянии оказывается и элемент DD1.3, поскольку на его входе возникает напряжение высокого уровня. Такое состояние устройства в целом неустойчиво, так как в это время напряжение на выходе элемента DD1.2 постепенно уменьшается за счет зарядки конденсатора С1 через резистор R1 и выходной каскад элемента DD1.3. Как только напряжение станет равно пороговому (около 1,7 В), этот элемент переключится в единичное состояние, а элемент DD1.2 – в нулевое. Теперь конденсатор начинает перезаряжаться через элемент DD1.3 (на его выходе в это время напряжение высокого уровня), резистор R1 и элемент DD1.2. Вскоре напряжение на выходе первого элемента превысит пороговое, и все элементы переключатся в противо-положное состояние, начнет формироваться следующий импульс генератора. Заметим, что генерируемые импульсы можно снимать и с выхода элемента DD1.2 (вывод 6). Так как три элемента И-НЕ включены инверторами, то на их выходах устанавливаются уровни либо 010, либо 101.

М ожно видоизменить схему, изображенную на рис. 9 так, чтобы для мультивибратора использовать только 2 логических элемента И-НЕ. Для этого необходимо правый (по схеме) вывод переменного резистора 2,2 кОм отсоединить от вывода 8 элемента DD1.3 и присоединить его к выводу 3 элемента DD1.1 (на схеме это действие показано пунктирной стрелкой). Убедитесь в работоспособности такого мультивибратора с видоизмененной схемой.

К онструкция генератора прерывистого звукового сигнала (рис. 10) состоит из двух взаимосвязанных мультивибраторов. Первый мультивибратор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2, вырабатывает импульсы с частотой около 1 Гц; второй – на элементах DD1.3 и DD1.4 – генерирует электрические колебания с частотой в 100 раз больше. Работой второго мультивибратора управляет первый мультивибратор. Звук появляется лишь в те моменты, когда на выходе первого мультивибратора (вывод 6) появляется логическая 1. Если вместо одного или другого постоянных резисторов 1 кОм (R1 или R2) поставить переменный резистор 2,2 кОм, то можно изменять частоту звука или длительность звукового сигнала.

У ждущего мультивибратора (рис. 11) одно состояние устой-чивое, а другое – неустойчивое. В исходном состоянии через переключатель S1 на вывод 2 подается логическая 1. К выводу 6 можно также подключить логический пробник. При помощи вольтметра или логических пробников убедитесь в том, что в ждущем режиме выход элемента DD1.1 находится в нулевом состоянии, а элемента DD1.2 – в единичном. При кратковременном замыкании контактов переключателя S1 (быстро переключить "вниз – вверх") на выходе элемента DD1.1 появляется логическая 1 и загорается светодиод логического пробника, подключенного к выводу 3. Мультивибратор возвращается в исходное состояние через некоторое время (0,5–2 с), продолжительность которого определяется номина-лами резистора R2 и конденсатора С1.