Генераторы на логических элементах

Электрические процессы, в мультивибраторах на транзисторах, операционных усилителях, логических элементах, аналогичны. Структурно они также строятся по схемам: 2 транзистора по схеме ОЭ или 2ЛЭ с отрицанием типов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, включенных последовательно. Мультивибратор имеет два временно устойчивых состояния: один ЛЭ (микросхема) закрыт, другой – открыт и наоборот. Параметры времязадающих RC-цепей определяют частоту мультивибратора.

Для построения мультивибраторов на потенциальных логических элементах (ПЛЭ) могут использоваться элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Для многовходовых элементов неиспользуемые входы объединяют, однако при этом возрастает входная емкость и уменьшается входное сопротивление, либо подключают их для элемента И-НЕ на +Е_ПИТ, для элемента ИЛИ-НЕ на общую шину.

Принципиальная схема мультивибратора на элементах И-НЕ приведена на рис. 16.19. Время формирования импульса и паузы определяется постоянными времени заряда конденсаторов R₁C₁ и R₂C₂, разряд происходит через ускоряющие диоды VD₁ и VD₂.

Рис. 16.19. Принципиальная схема мультивибратора на ПЛЭ «И-НЕ»

С₁ заряжается, когда элемент DD₂ находится в состоянии логической «1», при этом элемент DD₁ – в состоянии логического «0». В момент переключения элемента DD₂ в состояние «1», его выходное напряжение U_ВЫХDD2=3,5В (для серии К155) будет приложено ко входу DD₁, т.к. в момент коммутации U_C1- = 0, при этом выходное напряжение элемента DD₂ U_ВЫХDD1 падает до 0 В. В мультивибраторе имеет место 1-ое временно устойчивое состояние (DD₂ в состоянии логической «1», DD₁ – в «0»). По мере заряда конденсатора С₁ напряжение на входе DD₁ уменьшается и в определенный момент времени достигает порогового уровня U_ПОР (U_ПОР»1,5В для серии К155), при котором DD₁ переключается в состояние логической «1», что соответственно переводит элемент DD₂ в состояние логического «0». При этом происходит переход схемы во 2-ое временно устойчивое состояние. В этом состоянии конденсатор С₁ разряжается, а конденсатор С₂ заряжается.

Рис. 16.20. Осциллограммы работы мультивибратора на ПЛЭ

Разряд конденсатора С₁ через открытый диод VD₁ происходит быстро, поэтому момент следующего переключения определяется достижением U_ВХDD2=U_ПОР. Схема вновь переходит в 1-ое временно устойчивое состояние.

Существует насколько разновидностей генераторов на логических схемах. На рис.16.21 приведены схемы генераторов прямоугольных импульсов с времязадающей RC-цепью (а) и с времязадающим конденсатором (б).

Рис.16.21. Генераторы прямоугольных импульсов на логических элементах

Одновибратор на логических элементах И-НЕ (см. рис. 16.22) можно получить из схемы автоколебательного мультивибратора на тех же элементах (см. рис. 16.19), исключив из последней одну времязадающую цепочку. Процессы генерирования импульсов в одновибраторе аналогичны процессам в автоколебательном мультивибраторе.

Осциллограммы работы одновибратора приведены на рис. 16.23.

Рис. 16.22. Принципиальная схема одновибратора на ПЛЭ «И-НЕ»

Одновибратор имеет одно устойчивое и одно временно устойчивое состояние. В исходном состоянии устойчивого равновесия (до поступления запускающего импульса) логический элемент DD₁ закрыт и U_ВЫХ1 равно уровню логической «1». Такое состояние элемента DD₁ обеспечивается подключением к его входу резистора R₁ небольшого сопротивления. Логический элемент DD₂ открыт высоким уровнем входного напряжения, поступающего на один из его входов. При этом конденсатор С₁ разряжен.

При подаче на вход схемы в момент времени t₁ отрицательного импульса запуска элемент DD₂ переходит в закрытое состояние и напряжение на его выходе достигает уровня логической «1». Этот положительный скачок напряжения U_ВЫХ2передается через конденсатор С₁ на вход элемента DD₁, закрывая его. Напряжение U_ВЫХ1 снижается до уровня логического «0». Конденсатор С₁ при этом заряжается, напряжение на его обкладках увеличивается, а U_ВЫХ1 на резисторе R₁ уменьшается. При U_ВЫХ1=U_ПОР (при t=t₂) происходит опрокидывание одновибратора, как и в автоколебательном мультивибраторе. На этом заканчивается формирование импульса и одновибратор переходит в исходное устойчивое состояние равновесия.

Длительность выходного импульса и время нахождения схемы во временно устойчивом состоянии определяется постоянной времени заряда конденсатора RC.

Рис. 16.23. Осциллограммы работы одновибратора на ПЛЭ