Мультивибратор

(71) Псковский областной радиотелеви зионный передающий центр(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 750702, кл. Н 03 К 3/281, 1979.2. Авторское свидетельство СССР В 918058, кл. Н 03 К 3/28, 1980. ,(54)(57) МУЛЬТИВИБРАТОР, содержащий операционный усилитель, инвертирующии вход которого соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующий через последовательно соединенные второй резистор и конденсатор - с выходом операционного усиления и выходной шиной устройства, тре ,тий резистор, первый вывод которого соединен с второй входной шиной устройства, и МДП-транзистор с каналом П-типа, затвор которого соединен с выходом операционного усилителя, а сток через четвертый резистор - с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЮ заю Н 03 К 3/28 Н 03 К 3/033 первой входной шиной, о т л и ч а ю- . щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности его работы в бистабильном режиме, преобразования двух пар электрических сигналов разной полярности в частоту следования и длительность импульсов, выполнения логических операций с не-, прерывными сигналами, в него введ ны второй МДП-транзистор с каналом-типа, третий и четвертый МДП-транзисторы с каналом Ь -типа, причем затворы всех транзисторов соединены с выходом операционного усилителя, исток первого транзистора соединен с неинверти-рующим входом операционного усилителя и истоком третьего транзистора, сток первого транзистора соединен с вторьм выводом третьего резистора, истоки:второго и четвертого транзис- д торов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, а их стоки - с третьей и четвертой входными шинами соответственно.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использованов телеметрии и автоматике, в частности, для одновременного преобразования двух пар электрических сигналовразной полярности в частоту следования и длительность импульсов.Известен мультивибратор на операционном усилителе, позволяющий осуествлять регулировку периода следования импульсов при сохранении ихдлительности постоянной И .Однако схемное решение известного устройства не позволяет осуществлять электронную перестройку режимаего работы,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является ждущий мультивибратор, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход 20которого соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующийчерез последовательно соединенные вто-рой резистор и конденсатор - с выходом операционного усилителя и выходной шиной устройства, третий резистор,соединяющий вторую вкодную шину с неинвертирующим входом операционногоусилителя, и МДП транзистор с каналом11-типа, затвор которого соединен с вы-,ходом операционного усилителя, стокчерез четвертый резистор - с первойвходной шиной, а исток - с инвертирующим входом операционного усилителя 21 .Однако схемное решение этого уотройства не позволяет получать бистабильный режим работы, не обеспечивает возможность одновременного преобразования двух пар электрическихсигналов разной полярности,и не можетбыть использовано для выполнения логических операций с непрерывными сигналами. Цельизобретения-расширение функ45 циональных возможностей путем обеспечения возможности работы устройства в бистабильном режиме, преббраэования двух пар. электрических сигналов,разной полярности в частоту следования 50 и длительность импульсов, выполнения логических операций с непрерывными сигналами.Поставленная цель достигается тем, что в мультивибратор, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен через первый, резистор с общей шиной, а неинвертирующий через последовательно соединенные второй резистор и конденсаторс выходом операционного усиления и выходной шиной устройства, третий резистор, первый вывод которого соединен со второй входной шиной устройства, и МДП-транзистор с каналом И-типа, затвор которого соединен с выходом операционного усилителя, а сток через четвертык резистор - с первой входной шиной, введены второй МДП-транзистор с каналом п-типа, третий и четвертый МЩ 1-транзисторы с каналом ь -типа, причем затворы всех транзисторов соединены с выходом операционного усилителя, исток первого транзистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и истоком третьего транзистора, сток первого транзистора соединен с вторьк выводом третьего резистора, истоки второго и четвертого транзисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, а их стоки - с третьей и четвертой входными шинамисоответственно.На чертеже представлена схемамультнвибратора. Мультивибратор содержит операционный усилитель 1, инвертирующий входкоторого соединен через первый резис-. тор 2 с общей шиной, а неинвертирующий - через последовательно соединенные второй резистор 3 и конденсатор 6 - с выходом операционного усилителя и выходной шиной, третий и четвертый резисторы 4 и 5, соединенные соответственно со второй ипервой входными шинами, конденсатор 6,первый и второй МДП-транзисторы 7 и 8 с каналом р -типа и третий и четвертый МДП-транзисторы 9 и 1 О с каналомй-типа. Затворы всех транзисторов соединены .с выходом операционногоусилителя. Мультивибратор работает следующим образом.Предположим, что на первой и четвертой входных шинах устройства присутствует напряжение положительной полярности, а на втором и третьем - отрицательной, и выполняются условияНх 1 11 у 111 вз 111Пусть в начальный момент времени операционный усилитель 1 переключает-. ся в состояние положительного ограничения и на его выходе,а следовательно, н на выходной шине устройства, устанавливается напряжение поло-жительной полярности. Транзисторы 9 и 1 О с каналом й - типа открываются, ,транзисторы 7 и 8 с каналом-типа запираются. Напряжение с четвертой . входной шины мультивибратора через открытый тразистор 10 поступает на ннвертирующий вход операционного усилителя 1, где сравнивается с напряжением на его неинвертирующем вхо О де. Одновременно начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 3 и 5 и открытый транзистор 9, в результате чего возникает положительная обратная связь, удерживающая 5 усилитель 1 в состоянии положительного ограничения. В процессе переэаряда конденсатора б действующее на неинвертирующем нходе операционного усилителя 1 напряжение положитель О ной обратной связи спадает по экспоненциальному закону, при этом скорость его изменения определяется постоянной времени цепи положительной обратной связи и величиной напряже ния на первой входной шине мультивибратора. В момент времени, когда напряжение на неннвертирующем входе усилителя 1 становится меньше напряжения на его инвертирующем входе, усилитель переключается в состояние отрицательного ограничения. Транзисторы 9 и 1 О запираются, транзисторы 7 и 8 открываются, и на инвертирующий вход операционного усилителя 1 поступает35 напряжение отрицательной полярности с третьей входной шины устройства, Одно.временно отрицательный перепад выходного напряжения операционного усилителя поступает на его неинвертирующий 40 вход через конденсатор б и резистор 3, Конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 3 и 4, возникает поло ,жительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии отрицательного ограничения. Скорость переэаряда конденсатора 6 определяется постоянной времени цепи перезаряда и величиной напряжения на второй вход. ной шине устройства. Процесс перезаряда конденсатора продолжается дотех пор, пока в результате уменьшения напряжения положительной обратной связи потенциал неинвертирующего входа усилителя 1 не станет меньше 55 потенциала его инвертирующего входа.В этот момент усилитель 1 снова пеlреключается в состояние положительного ограничения и начинается формирование следующего импульса. Формирование импульсов продолжается до тех пор, пока выполняются условия (1). При этом изменение величины напряжения на первой и четвертой входных шинах вызывает изменение длительности положительной полуволны выходного напряже.ния, а изменение величины напряженияна второй и третьей входных шинах -отрицательной полуволны выходного сигнала. Предположим теперь, что в результате изменения входных напряжений на первом и четвертом входных шинах. стали выполняться условия Пвс,Пви 1 Пвхг 1 10 вхз ЮВ этом случае после переключения операционного усилителя в состояние поло". жительного ограничения напряжение наего неинвертирующем входе не станет меньше напряжения на инвертирующем входе после окончания перезаряда конденсатора б, вследствие чего усилитель 1 остается в состоянии положительного ограничения, которое в данном случае является устойчивым. При поступлении на четвертую входную шину мультивибратора сигнала с амплитудой, превышающей величину напряжения на первой входной шине, операционный усилитель 1 переключается в состояние отрицательного ограничения., транзисторы 9 и 10 запираются, транзисторы 7 и 8 открываются, конденсатор б начинает перезаряжаться черезрезисторы 3 и 4 и транзистор 7, вслед. ствие чего возникает положительная обратная связь, а на инвертирующий вход усилителя 1 через транзистор 8 поступает напряжение с третьей входной шины мультивибратора. За счет действия положительной обратной связи усилитель 1 остается в состоянии отрицательного ограничения, пока потенциал его неинвертирующего входа не станет меньше потенциала инвертирующего входа. В этот момент ускпитель 1 переклочается в состояние положительного ограничения, транзисторы 7 и 8 запираются, транзисторы 9 и 10 открываются, конденсатор 6 начинает заряжаться и после окончания Заряда конденсатора устройство возвращается в исходное состояние. На выходной шине мультивибратора формируется импульс напряжения отрицательной полярности, длительность которого зависит421 1323 от величины напряжений на его второй и третьей входных шинахПусть напржяення. входных сигналов изменились таким образом, что стали выполняться условия 5ПВх 1Пвъ 4 ЪПьх 21вю 31(3) В этом случае после переключения операционного усилителя в состояние отрицательного ограничения потенциал неинвертирующего входа усилителя не будет меньше по абсолютной величине потенциала его инвертирующего входа после окончания переразряда конден.сатора 6. Вследствие этого усилитель 1 останется в состоянии отрица тельного ограничения, которое в данном случае является устойчивьм.При поступлении на третью входную шину мультивибратора сигнала отрицательной полярности, амплитуда кото рого превьппает величину напряжения на второй входной шине, усилитель 1 переключается в состояние положитель. - ного ограничения, Транзисторы 9 и 10 открываются, транзисторы 7 и 8 закрываются, конденсатор 6 начинает заряжаться через резисторы 3 и 5 и транзистор 9. Процесс заряда конденсатора 6 продолжается до тех пор, пока потенциал неинвертирующего входа опе рационного усилителя 1 не станет меньше потенциала его инвертирующего входа из-за уменьшения напряжения положительной обратной связи. В этот момент операционный усилитель 1 пере. З 5 ключается в состояние отрицательного ,ограничения, транзисторы 9 и 10 запи-. раются, транзисторыи 8 открываются, конденсатор 6 йачинает перезаряжаться и после окончания перезаряда устройство возвращается в исходное состояние. На выходнбй шине мультивибратора формируется импульс напряжения положительной полярности, длительность которого зависит от величи 45 ны напряжений на его первой и четвертой входных шинах.Предположим теперь, что напряжения входных сигналов удовлетворяют ус- ло виям 50"вх"вхПвтл)вх,ъ (4) да после окончания переэаряда конденсатора 6.Переключение мультивибратора из состояния положительного ограничения в состояние отрицательного ограничения осуществляется сигналами положительной полярности, поступающими на четвертую входную шину и имеющими амплитуду, превышающую напряжение на первой входной шине.Переключение мультивибратора из состояния. отрицательного ограничения в состояние положительного ограничения осуществляется сигналами отрицательной полярности, поступающими на его третью входную шину и имеющими амплитуду, превышающую величину напряжения на второй входной шине; Следовательно, в бистабильном режиме мультивнбратор может выполнять функцию 15 -триггера, характеристическое уравнение которого записывается в виде И.вР(5) где О - состояние выходной шины вФмомент Сф-1О - состояние выходной шины впредшествующий момент.Если условно принять за единичное состояние выходной шины устройства состояние положительного ограничения, а за нулевое - состояние отрицательного ограничения, то третья выходная шина мультивибратора будет являться входом установки в единичное состоя"ние Я, а четвертая входная шина -входом установки в нулевое состоя- ние К. Переключение мультивибратора из единичного состояния в нулевое происходит при Х 4Х 1, следовательно в этом случае К = 1, а при Х 4Х 1 К = О. Аналогично для едияичного входа получаем, что приХЗ 1 Х 2 5 = 1, а при ХЗ ( Х 2 8 -" О.Это позволяет переписать выражение(3) в видеЦ -5 Х 2 Х 31 ч й (Х;Х 4)ч Ц где Я(Х 2, ХЗ) и К(Х 1, Х 4) - функции двух независимых переменных.Если входные сигналы мультивиб В этом случае оба состояния мультивибратора являются устойчивыми, таккак потенциал неинвертирующего входа 55операционного усилителя 1 не уменьшается по абсолютной величине меньше потенциала его инвертирующего вхоратора являются некоторыми логическими величинами, то, используя,принятые обозначения,можно записать,что для установления автоколебательного режима должно выполняться условиеХ 1 Х 4; Х 2 ХЗ Простота схемного решения данного ХЗ 25;устройства, минимальное число конденсаторов, отсутствие критичных к температуре элементов и использование вкачестве прерывателей технологически1единых элементов МДП-транзисторовпозволяет реализовать его в микроминиатюрном исполнении.= Х Х 2; Х 3; Х+),1 Х 4 Х 2 5 Х 1 Х 21 ч й Ъ 1)Х 4)чО Х 1 Х 4; Х 2 ХЗ где Р (Х 1,Х 2 фХЗ,Х 4) - частота следования выходных импульсов как функция входных переменных. 30Отсюда следует, что состояние выходной шины мультивибратора позволяет судить .о соотношении входных сигналов. При этом в автоколебательном режиме по длительности положительной и отри 3 35 цательной полуволн выходного сигнала можно определить соотношение входных сигналов количественно.Таким образом, схемное решение, мультивибратора позволяет работать Предлагаемое устройство позволяет заменить собой ряд устройств импульсной техники и автоматики, а именно ждущий и автоколебательный мультивибратор, триггер, пороговое устройство, широтно-импульсный модулятор, преобразователь напряжение-частота, делитель частоты, логическое устройство. Составитель С.АгеевТехредМ.Гергель Корректор О.Тигор Редактор Т.Колб Заказ 9804/43 Тираж 861 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 7 1132342 8КХ,Х 4 лЬХг; Х З) =1 как в ждущем и автоколебательном реЗто соответствует операции услов- жимах, так и в бистабильном режиме в ного логического умножения входных зависимости от комбинации выходных переменных. сигналов. Кроме того, устройство позДля моностабильного режима с ус воляет сравнивать электрически сигнатойчивым состоянием положительного лы по амплитуде, осуществлять одновреограничения необходимо выполнение менное преобразование электрических условия сигналов положительной и отрицательной полярности в частоту следованияЯ;х 1х 4) лЯХ 2ХЗ)=11 Ои длчтельность импульсов, получать а для получения моностабильного режи- одиночные импульсы как положительной, ма с устойчивым состоянием отрица- так и отрицательной полярности, а тельного ограничения условия также выполнять логические операции.Благодаря широким функциональнымВХ;Х 4) АЬХ 2;ХЭ=1. 15 возможностям мультивибратор можетВ общем случае работа устройства быть использован в автоматике, вычисможет быть описана в зависимости.от лительной технике и телеметрии, накомбипации входных сигналов следую- пример, для преобразования сигналов щим выраженим: датчиков различных физических полей,20 а такж для построения систем авто 0 Х 1 Х 4 Х 2 ХЗ в ,матического контроля необслуживаемойаппаратуры связи.