Мультивибратор в интегральном исполнении

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(57) Использование: в устройствах автоматики ивычислительной техники, Сущность изобретения: всостав мультивибратора в интегральном исполнении. входят управляемый двухрежимный мультивибратор, формирователь коротких и промежуточных импульсоа Основной процесс формирования временных интервалов в мультивибраторе протекает в условиях проводимости транзистора, к базе которого подключена хронирующая цепь, чем исключается влияние неуправляемых токов и достигается, если это необходимо, увеличение длительности генерирующих импульсов, Время восстановления может быть резко сокращено благодаря введению специального разрядного транзистора. Электронная перестройка длительности импульса может производиться в широких пределах 3 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники, в частности, в качестве генератора импульсных сигналов, работающих. в авто- колебательном или ждчщем режиме, имеющих высокую режимную стабильность параметров, формирователя коротких импульсов, а также смещенных импульсов с промежуточным положением.Известен автоколебательный мульти- вибратор 1), содержащий два транзисторных каскада, имеющих перекрестные коллекторно-базовые связи, осуществляемые через два конденсатора.Недостатками этого мультивибратора являются плохие фронты импульсов, малая нагрузочная способность, низкая стабильность параметров, обусловленные отсутствием мягкого режима самовозбуждения и сильным влиянием на хранирующие свойства двух конденсаторов тепловых и пробойных токов транзисторов. Кроме того, в мультивибраторах этого типа невозможно обеспечить ждущий режим работы.Наиболее близким к изобретению является мультивибратор 2, содержащий четыре транзистора, пять резисторов, один конденсатор и два диода, в котором база первого транзистора соединена с первым резистором, эмиттер - с общей шиной, коллектор - с вторым резистором и базой второго транзистора, коллектор которого через третий резистор соединен с шиной питания и через конденсатор - с базой первого транзистора, четвертый двухколлекторный транзистор базой непосредственно связан с эмиттером второго транзистора и через четвертый резистор - с общей шиной, а эмиттером - с общей шиной, первый диод встречно-параллельно подключен к эмиттерному переходу первого транзистора, второй диод включен в прямом направлении для полярности питающего напряжения между шиной управления частотой автоколебаний и длительностью импульсов и коллектором второго транзистора, первый и второй ключи, при этом второй вывод первого резистора через первый ключ соединен с общей шиной и через пятый резистор - с эмиттером второго транзистора, а второй вывод второго резистора через второй ключс шиной питания и через шестой резистор - с коллектором второго транзистора и с первым коллектором четвертого транзистора, второй коллектор которого открыт и служит выходом устройства, шина запуска через седьмой резистор связана с базой третьего транзистора, коллектор и эмиттер которого соединены соответственно с коллектором иэмиттером первого транзистора,Однако в данном мультивибраторе невозможно получить короткие и смещенные5 импульсы с промежуточным положением,он имеет недостаточную режимную стабильность параметров, а также ограниченаэлектронная перестройка длительности импульса Ь,Расширение функциональных возможностей мультивибратора, повышение стабильности его выходных характеристик вавтоколебательном и ждущем режимах, управление частотой автоколебаний, получе 15 ние дополнительных импульсов, а такжевозможность непосредственного сопряжения как с ТТЛ, так и КМОП-вентилями позволяют создать мультивибратор,превосходящий классические аналоги по20 физической надежности, экономичности;,управляемости. Этот мультивибратор обладает меньшим числом транзисторов, резисторов и лучшими чем у классическихмультивибраторов параметрами генерируе 25 мых импульсов.Это достигается тем, что в схему мультивибратора, содержащего четыре транзистора и-р-и-типа проводимости, пятьрезисторов, один конденсатор и два диода,З 0 в котором коллектор первого транзисторасоединен с первым выводом четвертого резистора, коллектором второго транзистораи базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом конденЗ 5 сатора, первый вывод которого соединен сбазой второго транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второгорезистора, первый вывод второго резистора40 соединен с вторым выводом третьего резистора, базой четвертого двухколлекторноготранзистора и змиттером третьего транзистора, первый вывод третьего резистора соединен с эмиттером двухколлекторного45 четвертого транзистора и с общей шиной,второй коллектор четвертого двухколлекторного транзистора соединен с коллектором третьего транзистора и анодом пятогодиода, катод которого соединен с шиной50 управления, первый коллектор двухколлекторного четвертого транзистора соединен спервой выходной шиной, введены пятый,шестой, седьмой. восьмой, девятый, десятый, двенадцатый и тринадцатый транзи 55 сторы и-р-и-типа проводимости иодиннадцатый транзистор р-и-р-типа проводимости, при этом эмиттер пятого транзистора соединен с вторым выводомчетвертого и пятого резисторов, коллекторпятого транзистора - с первым выводомседьмого резистора, вторым выводом девятого резистора, коллектором двенадцатого транзистора и первой шиной питания, второй вывод седьмого резистора соединен с базой пятого транзистора и с коллектором шестого транзистора, база которого соединена с вторым коллектором многоколлекторного седьмого транзистора и пятым коллектором многоколлекторного одиннадцатого транзистора,эмиттер которого соединен с первым выводом девятого резистора и второй шиной питания, эмиттер шестого транзистора соединен с эмиттером .седьмого транзистора, первым выводом восьмого резистора, первым выводом десятого резистора, эмиттером второго транзистора, базой десятого транзистора, коллектором и базой девятого транзистора, первым выводом шестого резистора, эмиттером двухколлектооного восьмого транзистора, первым выводом двенадцатого резистора, эмиттером тринадцатого транзистора и с общей шиной, второй вывод восьмого резистора соединен с катодом девятого диода и базой седьмого многоколлекторного транзистора, первый коллектор которого соединен с вторым выводом первого резистора, база одиннадцатого многоколлекторного транзистора соединена с его первым коллектором и с вторым выводом десятого резистора, второй коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с базой двенадцатого транзистора, коллектором третьего транзистора, первым выводом пятого резистора, первой шиной подключения задающего конденсатора, третий коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с коллектором десятого транзистора, эмиттером девятого транзистора, базой восьмого двухколлекторного транзистора, второй коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора, эмиттер двенадцатого транзистора соединен с вторым выводом одиннадцатого резистора, первый вывод которого соединен с базой тринадцатого транзистора и вторым выводом двенадцатого резистора, коллектор тринадцатого транзистора соединен с второй выходной шиной, четвертый коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с анодами седьмого и восьмого диодов, катод восьмого диода - с анодом девятого диода, шестой коллектор иногоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с анодами первого и второго диодов, катод седьмого диода - с шиной изменения режима, катод первого диода - с шиной внешнего запуска, катод второго диода - с анодами третьего и чет 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 вертого диодов, катод четвертого дноц. шиной блокировки запуска, катод третьео диода - с анодом шестого диода, катод которого соединен с базой первого транзистора и вторым выводом шестого резистора, первый коллектор двухколлекторного восьмого транзистора соединена с второй шиной подключения времязадающего конденсатора,Нэ фиг, 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого мультивибратора; на фиг. 2 - блочная интегральная схема мультивибратора; на фиг. 3 - временные диаграммы сформированных импульсов,Мультинибратор содержит транзисторы 113, диоды 14,22, резисторы 2334, конденсатор 35 и имеет шину 36 изменения режима (логический "0" - антоколебательный, "1" - заторможенный), шину 37 внешнего запуска (ЗИ) Ози, шину 38 блокировки запуска, шину 39 управления (сигнал управления Еу), первую шину 40 подключения задающего конденсатора, вторую шину 4 1 подключения задающего конденсатора, первую шину 42 питания (Еп), вторую шину 43 питания (Ен), первую выходную шину 44 (Оо), вторую выходную шину 45 (Опр), общую шину 46, третью выходную шину 47 (Бу).Коллектор первого транзистора 1 соединен с первым выводом резистора 26, коллектором второго транзистора 2 и базой третьего транзистора 3, коллектор которого соединен с вторым выводом конденсатора 35, Первый вывод конденсатора соединен с базой второго транзистора 2 и первым выводом резистора 23, второй вывод которого соединен с вторым выводом резистора 24, Первый вывод резистора 24 соедине с вторым выводом резистора 25, базой .етвертого двухколлекторного транзистора 4 и эмиттером третьего транзистора 3, Первый вывод резистора 25 соединен с эм:,ттерю двухколлекторного четвертого транзисто;а 4 и с общей шиной 46. Второй коллектор четвертого двухколлекторного тра з;етс ",- 4 соединен с коллектором третьего транзистора 3 и с анодом диода 18, катод;аторог; соединен с шиной 39 управления. Первый коллектор двухколлекторного четвертого транзистора 4 соединен с первой выходной шиной 44. Эмиттер пятого транзистора 5 соединен с вторыми выводами резисторов 26 и 27, коллектор пятого транзистора сое динен с первым выводом резис-ора 29, вторым выводом резистора31, коллекторои двенадцатого транзистора 12 и первой шиной 42 питания. Второй вывод резистора 29 соединен с базой пятого транзистора 5 н коллектором шестого транзистооа 6, базакоторого соединена с вторым коллектором многоколлекторного седьмого транзистора 7 и пятым коллектором многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11, Эмиттер последнего соединен с первым выводом резистора 31 и второй шиной 43 питания. Эмиттер шестого транзистора 6 соединен с эмиттером седьмого транзистора 7, первыми выводами резистора 30 и 32, эмиттером второго транзистора 2, базой десятого транзистора 10, коллектором и базой девятого транзистора 9, первым выводом резистора 28, змиттером двухколлекторного восьмого транзистора 8, первым выводом резистора 34, эмиттером тринадцатого транзистора 13 и с общей шиной 46, Второй вывод резистора 30 соединен с катодом диода 22 и базой седьмого многоколлекторного транзистора 7, первый коллектор которого соединен с вторым выводом резистора 23, База одиннадцатого многоколлекторного транзистора 11 соединена с его первым коллектором и с вторым выводом резистора 32. Второй коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с базой двенадцатого транзистора 12, коллектором третьего транзистора 3, первым выводом резистора 27, первой шиной 40 подключения задающего конденсатора, Третий коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с коллектором десятого транзистора 10, эмиттером девятого транзистора 9, базой восьмого двухколлекторного транзистора 8, второй коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора 1, Эмиттер двенадцатого транзистора 12 соединен с вторым выводом резистора 33, первый вывод которого соединен с базой тринадцатого транзистора 13 и вторым выводом резистора 34. Коллектор тринадцатого транзистора 13 соединен с второй выходной шиной 45. Четвертый коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с анодами диодов 20 и 21, катод диода 21 - с анодом диода 22, Шестой коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора 11 соединен с анодами диодов 14 и 15, катод диода 20 - с шиной Зб изменения режима, катод диода 14 - с шиной 37 внешнего запуска, катод диода 15 - с анодами диодов 16 и 17, Катод диода 17 соединен с шиной 38 блокировки запуска, катод диода 16 - с анодом диода 19, катод которого соединен с базой первого транзистора 1 и вторым выводом резистора 28. Первый коллектор двухколлекторного восьмого транзистора 8 соединен с третьей выходной шиной 47. База второго транзистора 2 соединена с вто рой шиной 41 подключения времязадающего конденсатора,Мультивибратор работает следующим образом,При установке на шине 36 сигнала низкого уровня устройство представляет собой автоколебательный мультивибратор. Транзистор 2 находится в насыщении, а транзистор 3 закрыт, По постоянному току каждый 10 из этих транзисторов охвачен глубокой отрицательной обратной связью, цепи которой как бы вложены одна в другую, что гарантирует устройству мягкий режим само- возбуждения и высокую режимную стабиль 15 ность, Общий коэффициент передачи от базы транзистора 2 до коллектора транзистора 3 становится больше единицы с фазовым сдвигом, равным 2 й рад, так что благодаря наличию конденсатора 35 оказы 20 25 вается замкнутой цепь положительной обратной связи и начинается генерация импульсных автоколебаний, На стадии заряда конденсатора 35 транзистор 2 проводит, а транзистор 3 и 4 выключены, Большая часть зарядного тока ответвляется в базу транзистора 2, меньшая отводится к общей шине 46 цепочкой резисторов. Когда уменьшающийся зарядный ток выводит транзистор 13 из насыщения, формирование 30 35 40 45 50 55 1=(1 и 1+ти 2) Если на шине 36 установить сигнал высокого уровня, то устройство превратится в интервала ти 1 прекращается. Этот момент времени достигнут либо путем приближения конденсатора 35 к своему предельному значению Оз, либо путем принудительного прерывания процесса с помощью внешнего напряжения Еу, На выходе второго коллектора транзистора 4 появляются непрерывно идущие импульсы, причем их амплитуда и степень насыщения транзистора 4 по второму коллектору зависят от сопротивления питающего напряжения. Развязывающий транзистор 4 обеспечивает крутые фронты и срез импульсов, кроме того, он обеспечивает предотвращение влияния на его длительность внешних цепей. Диод 18 служит ключевым элементом, с помощью которого управляющее напряжение Еу воздействует на частоту автоколебаний, Стадия разряда тп 2 конденсатора 35 начинается с отпирания транзистора 3, вследствие чего на его коллекторе образуется весьма крутой отрицательный перепад фиг. 3), Разряд происходит через открытые транзисторы 3 и 4. Частота автоколебаний определяется суммарной продолжительностью интерва- ЛОВти 1 И ти 2:10 2004062 5 10 20 25 30 40 45 0 05-5 10 50 55 определяется хронирующейцепочкой 50 заторможенный мультивибратор, для его возбуждения понадобится внешний запускающий импульс ЗИ нэ шине 37 (фиг. 3). Короткий запускающий импульс отпирает транзистор 1, который, насыщаясь, выключает транзистор 3. Начинается заряд конденсатора 35. Уже в начале этого процесса падение напряжения на резисторе 23 отпирает транзистор 2 и дальнейший заряд конденсатора происходит через эмиттерный переход транзистора 2, поддерживаемого в насыщении током заряда конденсатора 35. На последней стадии через открытые транзисторы 3 и 4 конденсатор быстро восстанавливает. свой заряд до исходного уровня. При этом экстраток автоматически ограничивается до безопасного для базы транзистора 4 уровня. Выходной импульс Оо(шина 44) имеет положительную полярность. Длительность выходных импульсов ээторможенного мультивибратора в широких пределах может перестраиваться сигналом управления Еу с шины 39, Электронная перестройка частоты обеспечивается в пределах 2503300 Гц, т,е. на 22 дБ, длительность - в пределах 32500 мкс или 54 дБ при частоте запуска 570 Гц. Заторможенный мультивибратор имеет малое время восстановления, не превышающее 15 О от длительности выходного импульса,Формирование короткого импульса Оук осуществляется диодом 14 и транзисторами 8, 9, 10 (шина 47). Укороченный импульс по длительности равен времени восстановления схемы (фиг, 3). На это время схема "за щелкивается" и становится нечувствительной к импульсам повторногозапуска. Смещенный импульс с промежуточным положением Опр (шина 45) формируется транзисторами 12 и 13 благодаря линейному нарастанию потенциала базу транзистора 13. И нтер вал смещения ( Ь 1)см определяется величиной зарядного тока конденсатора 35, суммарной емкостью времязадэющего конденсатора 35 и отношениЕм ВЗЗ/ВЗ 4: Л тсм = С 35(1+Взз/ЙЗ 4) Ебо/1 сзб,где Ебо - прямое падение напряжения на эмиттерных переходах транзисторов,Экспериментальные исследования дискретного анализа показали, что схема работоспособна в диапазоне питания напряжения ЕП=415 В при величине потребляемого тока 1 п 0,2 мА.Предложенный мультивибратор в интегральном исполнении может быть изготовлен методом инжекционной технологии (И Л). Независимо от величины напряжения Еп (шины 42 и 43) мультивибратора может непосредственно сопрягаться как с ТТЛ, так и с МОП-вентилями, если будут обеспечены соответствующие допустимые напряжения всего лишь трем диодам 17, 14, 20. В 14-выводном корпусе может быть размещена одна интегральная схема с суммарной мощностью менее 150 мВт.Нормально открытый транзистор классических мультивибраторов, основу которых составляет двухтранзисторный мультивибрэтор, в переходных режимах поочередно подвергается воздействию экстремальных факторов - больших обратных напряжений на обоих р-п-переходах и большого прямого тока базы. Этого недостатка полностью лишен предлагаемый мульти- вибратор. Экономичность предложенного технического решения как минимум на порядок выше, чем у классического мультивибратора. Электронная перестройка длительности импульсов тп может производиться в очень широких пределах.Получение дополнительных импульсов с иными, чем у основного, параметрами при наличии только одного времязадэющего конденсатора в схеме достигается минимальными аппаратурными затратами, в то время как в классическом мультивибраторе это недопустимо при использовании более или менее приемлемых схемотехнических приемов, Мультивибратор в интегральном исполнении имеет высокую режимную стабильность. практически зависящую от ТКЕ конденсатора 35. Технические характеристики мультивибратора в интегральном исполненииНапряжение питания, В 4 - 15Ток потребления,мА 0,2 - 5Диапазон рабочих температур, К 323-358Диапазон формируемыхзадержек, мксДиапазон генерируемыхчастот Гц 0,1 - 3 10Стабильность задержкии генерируемой часто- ты Пределы регулированиячастоты, дБПределы регулированиязадержки, дБ(56) 1. Ерофеев Ю,Н. Импульсная техника. М.: Высшая школа, 1984, с, 276, рис. 6.86. Формула изобретения Мультивибратор, содержащий четыре транзистора и-р-и-типа проводимости, пять резисторов, один конденсатор и два диода, в котором коллектор первого транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом конденсатора, первый вывод которого соединен с базой второго транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго резистора,первый вывод которого соединен с вторым выводом третьего резистора, базой четвертого двухколле кто рного транзистора и эмиттером третьего транзистора, первый вывод третьего резистора соединен с эмиттером двухколлекторного четвертого транзистора и с общей шиной, второй коллектор четвертого двухколлекторного транзистора соединен с коллектором третьего транзистора и с анодом пятого диода, катод которого соединен с шиной управления, первый коллектор двухколлекторного четвертого транзистора соединен с первой выходной шиной, отличающийся тем, что в него введены с пятого по десятый, двенадцатый и тринадцатый транзисторы и-р-и-типа проводимости и одиннадцатый транзистор р-и-р-типа проводимости, причем эмиттер пятого транзистора соединен с вторым выводом четвертого и пятого резисторов, коллектор пятого транзистора соединен с первым выводом седьмого и вторым выводом девятого резисторов, коллектором двенадцатого транзистора и первой шиной питания, второй вывод седьмого резистора соединен с базой пятого транзистора и коллектором шестого транзистора, база которого соединена с вторым коллектором многоколлекторного седьмого транзистора и пятым коллектором многоколлекторного одиннадцатого транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом девятого резистора и второй шиной питания, эмиттер шестого транзистора соединен с эмиттером седьмого транзистора; первыми входами восьмого и десятого резисторов. эмиттером второго транзистора, базой десятого транзистора,2. Авторское свидетельство СССРМ 1474830, кл, Н 03 К 3/28, 1989,коллектором и базой, девятого транзистора, первым выводом шестого резистора,эмиттером двухколлекторного восьмого транзистора, первым выводом двенадцатого резистора, эмиттером тринадцатого транзистора и с общей шиной, второй вывод восьмого резистора соединен с катодом девятого диода и базой седьмого многоколлекторного транзистора, первый коллектор которого соединен с вторым выводом первого резистора, база одиннадцатого многоколлекторного транзистора соединена с его первым коллектором и с вторым выводом десятого резистора, второй коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с базой двенадцатого транзистора, коллектором третьего транзистора, первым выводом пятого резистора, первой шиной подключения задающего конденсатора, третий коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с коллектором десятого и эмит 1 ером девятого транзисторов, базой восьмого двухколле кто рного транзистора, второй коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора, эмиттер двенадцатого транзистора соединен с вторым выводом одиннадцатого резистора, первый вывод которого соединен с базой тринадцатого транзистора и вторым выводом двенадцатого резистора, коллектор тринадцатого транзистора соединен с второй выходной шиной, четвертый коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора - с анодами седьмого и восьмого диодов, катод восьмого - с анодом девятого диода, шестой коллектор многоколлекторного одиннадцатого транзистора соединен с анодами первого и второго диодов, катод седьмого диода - с шиной изменения режима, катод первого диода - с шиной внешнего запуска, катод второго диода - с анодами третьего и четвертого диодов, катод четвертого диода - с шиной блокировки запуска, катод третьего диода - с анодом шестого диода, катод которого соединен с базой первого транзистора и вторым выводом шестого резистора, первый коллектор двухколлекторного восьмого транзистора соединен с третьей выходной шиной, база второго транзистора - с второй шиной подключения времязадающего конденсатора,2004062. Ипр Составитель В.АндросенкоТехред М.Моргентал Корректор С. Шекма Редакт Зак Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101