Автоколебательный мультивибратор на логических элементах

Мультивибраторы на операционном усилителе имеют ограниченный частотный диапазон из-за сравнительно низкого быстродействия операционного усилителя. Применение логических элементов позволяют получить частоты генерации до единиц гегогерц. Существует множество схем мультивибраторов на логических элементах, ограничимся одной, приведенной на рис. 6.10.

Рис. 6.10 Автоколебательный мультивибратор на логических элементах

Временные диаграммы напряжений МВ приведены на рис. 6.11.

Рис. 6.11 Временные диаграммы напряжений мультивибратора

Будем считать, что переключение логических элементов происходит при напряжении равном половине питания, уровень логической единицы равен напряжению питания, уровень логического нуля совпадает с потенциалом общей точки, что справедливо для КМОП логики.

Исходное состояние логических элементов после подачи напряжения питания может установиться в одно из двух состояний. Предположим, что в начальный момент напряжение на конденсаторе С1 равно нулю, напряжение U₁ равно единице, соответственно напряжение U_ВЫХ равно нулю. Конденсатор заряжается по цепи . Напряжение на входе элемента DD1 повторяет напряжение конденсатора С1 (сопротивление R2 много меньше входного сопротивление логического элемента КМОП типа).

Когда напряжение конденсатора достигнет порога переключения логического элемента DD1, равного , элемент DD1 переключится, его нулевое выходное напряжение приведет к переключению элемента DD2, что вызовет скачок напряжения на входе элемента DD1. Схема перейдет в новое состояние: на выходе элемента DD1 логический ноль, на выходе элемента DD2 логическая единица. Напряжение . Конденсатор перезаряжается по цепи . Когда напряжение U3 достигнет порога переключения, схема вернется в начальное состояние: на выходе элемента DD1 логическая единица, на выходе элемента DD2 логический ноль. Конденсатор начнет заряжаться по цепи , то есть процесс повторяется бесконечно.

Импульс и пауза имеют одинаковую длительность, которую определим по времени перезаряда емкости от напряжения до напряжения , при перепаде напряжения

, отсюда

, соответственно

, . (6.16)

Входы логических элементов КМОП типа защищены по входу на уровне питания защитными диодами. Чтобы заряд конденсатора, когда , не вывел защитные диоды из строя, установлен резистор . Резистор и защитные диоды дополнительно разряжают конденсатор С₁ при , соответственно, формула (6.16) дает приближенное (больше реального) значение длительности периода.

При использовании в мультивибраторе TTЛ-логики, для расчета длительности периода используют номограмму, так как невозможно получить точные расчетные соотношения.