Мультивибратор

/28 3/02 0 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф 8;3 ц Бюл. У 7в88,8)свидетельстН 03 К 3/28идетельство03 К 3/28,о СССР1982.СССР1983.(54) ИУЛЬТИВИ (57) Изобрете пульснымгене использовано ки и импульсн АТОРе относитсяторам и можустройствахтехники. Ц к имт быт автомат ль изоб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3768976/2 (22) 23.07,84 (46) 23.02.86, (72) О,И.Хлыст (53) 631.373 ( (56) Авторское У 1035783кл.Авторское с .91132342, кл. ретения - расширение функциональныхвозможностей - достигается путемзапуска оптическими сигналами игальванической развязки от источниквходных сигналов. Иультивибраторсодержит операционный усилительрезисторы 2,59, 10 и 13, оптронные пары 3 и 4 и 11 и 12, конденсатор 6, ИДП-транзисторы 7 и 8 с каналами 6 и р соответственно. В мультивибратор введены первая и втораяоптронные пары с открытым оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно.1 илФ12Изобретение относится к импульсным генераторам и может быть использованов устройствах автоматики иимпульсной тг.сники.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей мультивибратора путем обеспечения запуска оптическими сигналами и гальванической развязки от источников входных сигналов.На чертеже приведена схема мультивибратора,Он содержит операционный усилитель 1, у.которого инвертирующийвход через первый резистор 2 соединен с общей шиной и через соединенные встречно-последовательно фо-,тодиоды оптронных пар 3 и 4 - сего выходом, а неинвертирующий входсоединен с его выходом через соединенные последовательно второй резистор 5 и конденсатор б, первыйи второй ИДП-транзисторы 7 и 8 сканалами и- и р-типа соответственно, истоки которых соединены с неинвертирующим входом операционногоусилителя 1, затворы - с выходомоперационного усилителя 1, а сто. ки через третий и четвертый резисторы 9 и 10 - с первой и второйвходными шинами соответственно,и светодиоды оптронных пар 11 и 12,соединенные встречно-параллельнои включенные через пятый резистор 13между выходом операционного усилителя 1 и общей шиной.Принцип работы мультивибраторазаключается в следующем.Автоколебательный режим.Пусть в исходном состоянии напервую и вторую входные шины мультивибратора подается напряжение однойполярности, например положительной иа его выходе присутствует напряжение положительной полярности.При этом первый 1 ЩП-транзистор 7. открыт, второй ИДП-транзистор 8 закрыт, первый светодиод 11 смещенв прямом направлении выходным напряжением операционного усилителяи излучает оптическое излучение,второй светодиод 12 закрыт, а напервый 3 и второй 4 фотодиоды воздействует оптическое излучение отвнешнего источника.Предположим, что интенсивностьизлучения внешнего источника возрастает от некоторого близкого к нулюзначения.13519 5 10 15 го г 5 30 35 40 45 50 55 2Увеличение интенсивности излучения внешнего источника. вызывает уменьшение сопротивления смещенного в обратном направлении Фотодиода 3, в результате чего через него начина ет протекать ток, создающий падение напряжения на резисторе 2, Когда падение напряжения на резисторе 2 увеличится настолько, что станет больше напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 1, равного напряжению на первой входной шине мультивибратора, усилитель переключается в состояние отрицатель. ного ограничения. Конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 5 и 10 и открывшийся транзистор 8,при этом возникает положительная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии отрицательного ограничения, светодиод 11 закрывается, светодиод 12 открывается и начинает генерировать оптическое излучение. Одновременно эа счет кода, протекающего через смещенный в прямом направлении Фото- диод 3 и открытый излучением внешнего источника фотодиод 4, на резисторе 2 соэдается падение напряжения отрицательной полярности. Это напряжение сравнивается со спадающим напряжением неинвертирующего входа усилителя 1 отрицательной полярности, Когда напряжение положительной обратной связи уменьшается настопько, что потенциалнеинвертирующего входа усилителя 1 становится меньше по абсолютной величине потенциала его инвертчрующего входа, усилитель переключается в состояние положительного ограничения, светодиод 11 открывается и начинает генерировать оптическое излучение, светодиод 12 закрывается, транзистор 7 открывается, транзистор 8 закрывается. Начинается пере- заряд конденсатора 6 через резисторы 5 и 9 и открытый транзистор 7, что приводит к возникновению положительной обратной связи, удерживающей усилитель 1 в состоянии положительного ограничения, На инвертирующем входе операционного усилителя устанавливается напряжение положительной полярности, величина которого определяется интенсивностью излучения внешнего ис" точника, воздействующего на смещенный в обратном направлении фото13519 4та или имеет оптическую связь с первым светодиодом 11.Пусть в некоторый момент временина фотодиод 4 поступает импульс оптического излучения от внешнегоисточника или от светодиода 12 ивызывает его отпирание. На инверти -рующий вход операционного усилителяпоступает напряжение отрицатель.ной полярности, превышающее напряз 12 диод 3 и смещенный в прямом направлении фотодиод 4. В процессе перезарядки конденсатора 6 потенциал иеинвертирующего входэ усилителя 1 уменьшается и в некоторый момент становится меньше потенциала его инвертирующего входа, В этот мо-" мент операционный усилитель 1 переключается в состояние отрицательного ограничения, Начинается формирование следующего выходного импульса.Дальнейшее увеличеьие интенсивности излучения внешнего источника приводит к увеличению напряже ния на инвертирующем входе операционного усилителя и, как следствие, к увеличению частоты следования выходных импульсов. Рост частоты следования выходных импульсов про должается до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 не превысит сумму напряжений, действующих на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 напря 25 жения положительной обратной связи и входного напряженияПосле этого мультивибратор устанавливается в устойчивое состояние положительного ограничения, в котором находится до тех пор, пока не уменьЗО шится.интенсивность оптического излучения внешнего источника.Если на каждый из фотодиодов воздействует излучение от различных источников, то при фиксированном значении входных напряжений их независимое изменение интенсивности . вызывает независимое изменение длительности полуволн генерируемых импульсов, Это позволяет сравнивать4 б интенсивность входного оптического излучения. При отрицательной полярностивходных напряжений устройство работает аналогично.Щцущий режим,Пусть на первом и втором вхо -ных шинах мультивибратора присутствует напряжение отрицательной полярности, усилитель 1 находится в сос-";тоянии отрицательного ограничения,транзистор 7 закрыт, транзистор 8открыт, светодиод 11 закрыт, светодиод 12 открыт и генерирует оптическое излучение, Предположим, что первый фотодиод 3 открыт непрерывнымизлучением внешнего источника свежение на его неинвертирующем входе, Усилитель 1 переключается в состояние положительного ограничения транэистор 7 открывается, транзистор 8 закрывается,. конденсатор 6 начинает перезаряжаться через резисторы 5 и 9 и транзистор 7. Возникает положитель ная обратная связь, удерживающая усилитель 1 в состоянии положительного ограничения до тех пор, пока напряжение на неинвертирующем входе не станет меньше напряжения на его инвертирующем входе, Напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 после его переключения в состояние положительного ограничения имеет положительную полярность и величину зависящую от интенсивности излучения, воздействующего на фотодиод 3Когда потенциал неинвертирующего входа становится меньше потенциала инвертирующего входа операционного усилителя 1, он переключается в состояние отрицательного ограничения. При этом транзистор 7 закрывается, транзистор 8 открывается, начинается перезаряд конденсатора 6 через резисторы 5 и 10, а инвертирующий вход операционного усилителя окаэываетсч заземленным через резистор 2в поскольку фотодиод 4 смещается в об ратном направлении выходным напряжением усилителя 1 и его сопротивление становится велико. После окончания перезаряда конденсатора 6 мультивибратор возвращается в исходное устойчивое состояние.Если фотодиод 3 не подвергается воздействию оптического излучения ,от внешнего источника и не имеет оп"тической связи со светодиодом 111то после запуска мультивибратораимпульсом излучения на фотодиод 4 инвертирующий вход усилителя 1 имеет нулевой потенциал, с которым и сравнивается напряжение на неинве -ртирующем входе. В результате на выходе мультивибратора формируется им-.пульс напряжения положительной по 121351925 лярности, а также импульс оптического излучения светодиода 11.Бистабильный режим.Пусть в исходном состоянии на первую входную шину мультивибратора подается напряжение попожительной полярности, на вторую - отрицательной, на выходе присутствует напряжение отрицательной полярности, транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 4 заперт, светодиод 12 открыт и генерирует оптическое излучение.Предположим, что на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействуют импульсы оптического излучения от внешнего источника. Первый импульс излучения вызывает отпирание фото- диода 4 и напряжение с выхода усилителя 1 поступает на его инвертирующий ьход, где сравнивается с напряжением на неинвертирующем входе, Если напряжение.инвертирующего входа оказывается больше напряжения на неинвертирующем входе, то усилитель 1 переключается из устойчивого состояния отрицательного ограничения в состояние положительного ограничения. Транзистор 8 закрывается, транзистор 7 открывается и на неинвертирующий вход операционного усилителя поступает напряжение положительной полярности с первой входной шины мультивибратора. Одновременно запирается светодиод 12 и открывается светодиод 11.Состояние положительного ограничения также является устойчивым, так как инвертирующий вход операционного усилителя 1 после окончания импульса оптического излучения оказывается заземленным через резистор 2, а на неинвертирующем входе присутствует напряжение положитель ной полярности с первой входной шины устройства. Второй импульс оптического излучения отпирает фотодиод 3 и выходное напряжение усилителя 1 через смещенный в прямом направлении фотодиод 4 и открытый фотодиод 3 поступает иа его инвертирующий вход, где сравнивается с напряжением наФ иеинвертирующем входе. Если напряжение на инвертирующем входе опе 55 рациоиного усилителя 1 оказывается больше напряжения на неинвертирующем входе, то он переключается в состояние отрицательного ограничения,транзистор 7 запирается, транзистор 8открывается, на неинвертирующий входусилителя 1 поступает напряжение отрицательной полярности с второйвходной шины, светодиод 11 запирается, светодиод 12 открывается иначинает генерировать оптическоеизлучение, Это состояние мультивибратора является устойчивым, таккак после окончания импульса оптического излучения инвертирующийвход операционного усилителя 1 оказывается заземленным через первыйрезистор 2, а на неинвертирующийвход подается напряжение отрицательной полярности с второй входнойшины,В рассмотренном случае мультивибратор работает как счетный триггер,причем излучение светодиода 11 можно рассматривать как логическуюединицу на прямом выходе, а излучение светодиода 12 - как логическую единицу на его инверсном выходе,Если импульсы оптического излучения поочередно воздействуют напервый и второй фотодиоды, то мультивибратор работает как асинхронныйКЯ-триггер, При этом в качествевнешнего источника импульсов оптического излучения могут быть использованы светодиоды аналогичного устройства, что позволяет использовать мультивибратор для построениягальванически развязанных узлов вычислительной техники, напримерсчетчиков и регистров Возможностьрегулировки порогов переключениямультивибратора из одного устойчивого состояния в другое обеспечивает его повышенную помехозащищенность.Таким образом, схемное решениепредлагаемого устройства позволяетработать как в ждущем и автоколебательном режимах, так и в бистабильном режиме, причем выбор рабочегорежима осуществляется электроннымспособом.Эффект от использования мультивибратора заключается в том, что онможет срабатывать от оптическихсигналов без синхронизирующегоэлектрического сигнала, осуществлятьпреобразование оптического излучения двух внешних источников в длительность и частоту следования генерируемых импульсов и сравнивать ихЗаказ 785/60 Тираж 818 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 по интенсивности, генерировать одиночные импульсы под воздействиемвходных оптических сигналов. Это позволяет использовать мультивибраторв качестве нескольких различных устройств, например оптоэлектронноготриггера, фотопреобраэователя, ждущего мультивибратора с гальваническойразвязкой от источников входных сигналов,Формула изобретения Иультивибратор, содержащий операционный усилитель, в котором инвертирующий вход через первый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий через соединенные последовательно вгорой резистор и конденсаторс выходом операционного усилителя, два, МДП-транзистора с каналами и- и р-типа соответственно, истоки которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя,затворы - с выходом операционногоусилителя, а стоки через третий ичетвертый резисторы соединены с первой и второй входными шинами соответственно, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счетобеспечения запуска оптическими сигналами и гальванической развязки отисточников входных сигналов, в неговведены первая и вторая оптронныепары с открытым, оптическим каналом, фотодиоды которых соединенывстречно-последовательно и включенымежду выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, асветодиоды соединены встречно-параллельно и через пятый резисторвключены между выходом операционного усилителя и общей шиной.