1.1.2. Мультивибраторы на логических имс

Мультивибраторы на логических ИМС ТТЛ или КМОП серий выполняют обычно по несимметричным схемам, подобным приведенной на рис.3,а. Устройство содержит три последовательно соединенных элемента И-НЕ D1D3 и времязадающую цепь R2-C. (Элементы VD1…VD3, R3, входящие в структуру ИМС, выполняют защитные функции.)

Рассмотрим работу устройства, начиная с момента времени t₁ (рис.4), когда выходное напряжение D1 и D3 соответствует логической единице ( ), а D2 - логическому нулю ( ).

Конденсатор С заряжается через резистор R2 током, протекающим с выхода D3 на выход D2 в полярности, показанной на рис.3,б без скобок под действием разности напряжений , и напряжение u_а на входе элемента D1 относительно общей точки возрастает. При этом диоды VD1…VD3 закрыты. В момент времени t₂ напряжение u_а достигает порогового значения u_{ВХ ПОР}. (Напряжение u_{ВХ ПОР} определяется точкой пересечения предаточной характеристики логического элемента с прямой u_ВХ = u_ВЫХ .) При этом u_а = u_б = u_в = =u_вых = u_{ВХ ПОР} и логические элементы D1...D3 переходят в активный р ежим, а затем скачком изменяют свое состояние на противоположное исходному при t₁. Напряжение u_а = u_вых + u_с скачком возрастает до значения  E_П ( E_П – напряжение источника питания) и диод VD1 отпирается. С момента t₂ начинается разряд конденсатора C токами, протекающими по контурам u_ВЫХ – C – R2 – u_В и u_Вых – - C – R1 – VD1 – E_П (см. рис.3,б) ­­­­­с постоянной времени ₁  R₁C, т.к. обычно R₁  R₂ . По мере разряда конденсатора напряжение u_а снижается и при достижении им значения E_П (момент времени t₃) диод VD1 запирается и начиная с этого момента конденсатор С перезаряжается через резистор R2 под действием разности напряжений u_ВЫХ – u_В = U¹_ВЫХ – U⁰_ВЫХ с постоянной времени  = R₂C  ₁ в полярности, показанной на рис.3,б в скобках. По мере перезарядки конденсатора напряжение u_а снижается и в момент времени t₄ принимает значение U_{ВХ ПОР} . Логические элементы вновь скачком изменяют свое состояние. Напряжение u_а скачком уменьшается до величины U⁰_ВЫХ + u_c(t₄)  0 и отпирается диод VD3. С момента t₄ начинается разряд конденсатора C токами, протекающими по контурам u_В – R2 – C – u_ВЫХ и VD3 – R3 – R1 – C – u_ВЫХ с постоянной времени ₂  (R₁ + R₃)C   (т.к. R₁+R₃  R₂). При разряде конденсатора до нуля (момент времени t₅) диод VD3 запирается. Начинается очередной интервал зарядки конденсатора С с постоянной времени , и работа устройства повторяется.

О риентировочный расчет параметров генерируемых импульсов может быть выполнен на основе эквивалентной схемы цепи зарядки времязадающего конденсатора (рис.3,б), полученной при идеализации логических элементов (R_ВХ=, R_ВЫХ = 0) на интервалах запертого состояния диодов VD1…VD3.

Из описания работы устройства и его эквивалентной схемы следует

, (1.3)

u_c (t₄) = U_ПОР – U¹_ВЫХ , (1.4)

интервал (t₃ – t₄)

, (1.5)

интервал (t₅ – t₆)

, (1.6)

где  = R₂C - постоянная времени.

Из совместного решения (1.3 - 1.6), пренебрегая длительностью интервалов t₂ – t₃ и t₄ – t₅ , можно определить длительность импульса t_И = t₄ – t₂, паузы t_П =

= t₆ – t₄ периода и скважности выходного напряжения мультивибратора

t_И = ln ,

t_П = ln ,

.

Принимая во внимание, что U_ПОР = (0.4…0.6)E_П , U¹_ВЫХ  E_П, U⁰_ВЫХ  0 можно получить упрощенные соотношения для расчета t_И , t_П , T, q:

t_И = (0.55…1.8) t_П , T  1.4, q  1.5…2.8 .

Мультивибратор, выполненный по схеме рис.3,в, позволяет формировать “пачку” импульсов длительностью, равной длительности единичного входного сигнала u_ВХ, а также позволяет регулировать скважность импульсов при постоянном периоде.