Диаграмма напряжений, параметры импульсов мультивибраторов на логических элементах ТТЛ типа

Принципиальные схемы мультивибраторов, выполненных в виде гибридных микросхем, отличаются от мультивибраторов на дискретных транзисторах наличием элементов, улучшающих свойства мультивибраторов. Такие элементы выполняются в едином технологическом цикле со схемой и не влияют на стоимость или габариты микросхемы.

В интегральных мультивибраторах К218ГФ1 и К218Ф2 серии 218 для улучшения формы прямоугольного импульса используются диоды, блокирующие коллекторные потенциалы запирающихся транзисторов, чтобы предотвратить пробой перехода эмиттер–база транзисторов, в базовые цепи включены ограничивающие диоды.

В автоколебательных мультивибраторах, например К218ГФ1 серии 219, для обеспечения мягкого режима самовозбуждения используется нелинейная обратная связь, не допускающая перехода открывающегося транзистора в режиме насыщения.

Мультивибраторы на основе логических ИМС обычно применяют в цифровой аппаратуре, т.к. при этом наиболее полно обеспечивается унификация элементной базы. Кроме того, не требуется согласование по уровням сигналов релаксационных генераторов и других устройств аппаратуры.

Схема мультивибратора на ИМС типа И-НЕ представлена на рис.1а.

Логические схемы ИМС3 и ИМС4 имеют вспомогательное назначение и служат для создания режима мягкого самовозбуждения колебаний в схеме.

При включении питания и возможном появлении на обоих выходах микросхем ИМС1 и ИМС2 сигналов логической единицы сработают ИМС3 и ИМС4. На вход ИМС2 поступает напряжение высокого уровня, которое вызывает переключение ИМС2 в состояние логического 0 на выходе и приводит к возникновению режима автоколебаний.

В момент времени t₁ (рис.1 б) напряжение U_вх2 достигает порогового значения U _пор.сх., при котором происходит переключение микросхемы ИМС₂.

Напряжение U _вых2 изменяется от уровня U ^o_вых (логический 0) до уровня U '_вых (логическая 1). Так как конденсатор С ₁ представляет собой в момент времени t ₁ цепь, замкнутую накоротко (напряжение на конденсаторе скачком измениться не может), то U _вх1(t ₁) = U '_вых и, следовательно, U _вых1(t ₁) = U ⁰_вых.

Скачок напряжения U _вых1 от значения U ¹ _вых до U ⁰ _вых через конденсатор С₂ передается на вход микросхемы ИМС₂ и создает нежелательный отрицательный выброс напряжения. Чтобы исключить отрицательные выбросы на входах ИМС₁ и ИМС₂, резисторы R ₁ и R ₂ шунтируют диодами D ₁ и D ₂.

После момента времени t ₁ конденсатор С1 начинает заряжаться с постоянной времени

t _зар1 = R 1 C 1,

а напряжение U _вх1 стремится к нулю с той же постоянной времени. По достижении напряжения U_вх1 порогового значения U_пор.сх, при котором переключается микросхема ИМС1, напряжение U_вых1 скачком изменяется до значения логической 1, т.е. U _вых1(t ₂) = U _вых1, что приводит к изменению напряжения U _вх2(t ₂) = U _вых1, а, следовательно,

U_вых2(t₂) = U ^о _вых .

Таким образом, мультивибратор переходит в следующее квазиустойчивое состояние, за время которого происходит заряд конденсатора С 2 и изменение напряжения U _вх2 с постоянной времени

t_зар2 = R 2 C 2.

При U _вх2(t 3) = U _пор.сх мультивибратор переходит в новое квазиустойчивое состояние, во время которого заряжается конденсатор С 1, то есть цикл повторяется.

Длительность импульса выходного напряжения U _вых2

.

Длительность паузы между соседними выходными импульсами напряжения:

,

где U _R1, U _R2 — падение напряжения на резисторах R 1, R 2 от протекания входного тока микросхемы при низком уровне входного напряжения; , ;

— выходное сопротивление микросхемы при высоком уровне выходного напряжения. Обычно выбирают R 1 = R 2 = R. При выполнении неравенства R >> будем иметь

, .

Влияние конденсаторов и сопротивлений на систему:

При уменьшении двух сопротивлений в половину (с 3,9 кОм до 1,8кОм) частота незначительно уменьшается (с 2,2 до 2 кГц) (время импульса и паузы увеличивается)

При уменьшении двух конденсаторов в половину (с 0,094 мкФ до 0,047 мкФ) частота увеличивается (с 2 кГц до 5 кГц) (время импульса и паузы уменьшается)

Чтобы увеличить скважность, нужно включить разные сопротивления. Или разные ёмкости (уменьшить скважность – увеличить конденсаторы и наоборот)