SU1213519A1 - Мультивибратор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсным генераторам и может быть использовано в устройствах автоматики и импульсной техники. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей - достигаетс  путем запуска оптическими сигналами и гальванической разв зки от источника входных сигналов. Мультивибратор содержит операционный усилитель 1, резисторы 2,5, 9, 10 и 13, оптрон- ные пары 3 и 4 и 11и12, конденсатор 6, ЩЩ-транзисторы 7 и 8 с каналами rf ИР соответственно. В мультивибратор введены перва  и втора  оптронные пары с открытым оптическим каналом, фотодиоды которых соединены встречно-последовательно. 1 ил. Вмх.

Description

Изобретение относитс  к импульс- HI-IM генераторам и может быть использовано в устройствах автоматики и

импульсной ТГАНИКИ,

Цель изобретени  - расширение функциональньк возможностей мультивибратора путем обеспечени  запуска оптическими сигналами и гальванической разв зки от источников входных сигналов.

На чертеже приведена схема мультивибратора ,:

Он содержит операционный усилитель 1, у.которого инвертирующий вход через первый резистор 2 соединен с общей шиной и через соединенные встречно-последовательно фотодиоды оптронных пар 3 и 4 - с его выходом, а неинвертирукщий вход соединен с его выходом через соединенные последовательно второй резистор 5 и конденсатор 6, первый и второй МДП-транзисторы 7 и 8 с каналами п- и р-типа соответственно , истоки которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилител  1, затворы - с выходом операционного усилител  1, а сто- . ки через третий и четвертый резисторы 9 и 10 - с первой и второй входными шинами соответственно, и светодиоды оптронных пар 11 и 12 соединенные встречно-параллельно и включенные через п тый резистор 1 между выходом операционного усилител  1 и общей шиной.

Принцип работы мультивибратора заключаетс  в следующем.

Автоколебательный режим.

Пусть в исходном состо нии на пер вую и вторую входные шины мультивибратора подаетс  напр жение одной пол рности, например положительной , на его выходе присутствует напр жение положительной пол рности. При этом первый МДИ-транзистор 7 открыт, второй ВДП-транзистор 8 закрыт , первый светодиод 11 смещен в пр мом направлении выходным напр жением операционного усилител  и излучает оптическое излучение, второй светодиод 12 закрыт, а на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействует оптическое излучение от внещнего источника.

Предположим, что интенсивность излучени  внешнего источника возрастает от некоторого близкого к нулю значени .

10

15

13519.

Увеличение интенсинности излучени  внешнего источника .вызывает уменьшение сопротивлени  смещенного в обратном направлении фотодиода 3, в результате чего через него начинает «протекать ток, создающий падение напр жени  на резисторе 2, Когда падение напр жени  на резисторе 2 увеличитс  настолько, что станет больше напр жени  на неинвертирующем входе операционного усилител  1, равного напр жению на первой входной шине мультивибратора, усилитель переключаетс  в состо ние отрицательного ограничени . Конденсатор 6 начинает перезар жатьс  через резисторы 5 и 10 и открывшийс  транзистор 8,при этом возникает положительна  обратна  св зь, удерживающа  усилитель 1 в состо нии отрицательного ограничени , светодиод 11 закрываетс , светодиод 12 открываетс  и начинает генерировать оптическое излучение. Одновременно за счет кода, протекакмцего через смещенный в пр мом направлении фотодиод 3 и открытый излучением внешнего источника фотодиод 4, на резисторе 2 создаетс  падение напр жени  отрицательной пол рности. Это напр жение сравниваетс  со спадающим напр жением неинвертирующего входа усилител  1 отрицательной пол рности. Когда напр жение положительной обратной св зи уменьшает20

25

30

35

40

45

50

55

с  настолько, что потенциал неинвертирующего входа усилител  1 становитс  меньше по абсолютной величине потенциала его инвертирующего входа, усилитель переключаетс  в состо ние положительного ограничени , светодиод 11 открываетс  и начинает генерировать оптическое излучение, светодиод 12 закрываетс , транзистор 7 открываетс , транзистор 8 закрываетс . Начинаетс  перезар д конденсатора 6 через резисторы 5 и 9 и открытый транзистор 7, что приводит к возникновению положительной обратной св зи, удерживающей усилитель 1 в состо нии положительного ограничени . На инвертирующем входе операционного усилител  устанавливаетс  напр жение положительной пол рности, величина которого определ етс  интенсивностью излучени  внешнего источника , воздействующего на смещен- ньш в обратном направлении фото3 1

иод 3 и смещенный в пр мом направении фотодиод 4. В процессе перезар дки конденсатора 6 потенциал  ейнвёртирующего входа усилител  1 уменьшаетс  и в некоторьй момент становитс  меньше потенциала его инвертирующего входа, В этот мо- - мент операционньй усилитель 1 переключаетс  в состо ние отрицательного ограничени . Начинаетс  формирование следующего выходного импульса ,

Дальнейшее увеличение интенсивности излучени  внешнего источника приводит к увеличению напр жени  на инвертирующем входе операционного усилител  и, как следствие, к увеличению частоты следовани  выходных импульсов. Рост частоты следовани  выходных импульсов продолжаетс  до тех пор, пока напр жение на инвертирующем входе усилител  1 не превысит сумму напр жений, действующих на неинвертирующем входе операционного усилител  1 напр жени  полозштельной обратной св зи и входного напр жени . После этого мультивибратор устанавливаетс  в устойчивое состо ние положительного ограничени , в котором находитс  до тех пор, пока не уменьшитс  .интенсивность оптического излучени  внешнего источника.

Если на каждьй из фотодиодов воздействует излучение от различных источников, то при фиксированном значении входных напр жений их независимое изменение интенсивности вызывает независимое изменение длительности полуволн генерируемых импульсов . Это позвол ет сравнивать интенсивность входного оптического излучени .

При отрицательной пол рности входных напр жений устройство работает аналогично.

Ждущий, режим.

Пусть на первом и втором входных шинах мультивибратора присутствует напр жение отрицательной пол рности , усилитель Г находитс  в то нии отрицательного ограничени , транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 11 закрыт, свето- диод 12 открыт и генерирует оптическое излучение. Предположим, что первый фотодиод 3 открыт непрерывным излучением внешнего источника све135194

та или имеет оптическую св зь с первым светодиодом 11.

Пусть в некоторый момент времени на фотодиод l поступает импульс оптического излучени  от внешнего источника или от светодиода 12 и вызывает его отпирание. На инверти- рующий вход операционного усилител  1 поступает напр жение отрицатель- ,0 ной пол рности, превышакицее напр жение на его неинвертирующем входе. Усилитель 1 переключаетс  в состо ние положительного ограничени ,транзистор 7 открываетс , транзистор 8 закрываетс , конденсатор 6 начинает перезар жатьс  через резисторы 5 и 9 и транзистор 7. Возникает положительна  обратна  св зь, удерживающа  усилитель 1 в состо нии положительного ограничени  до тех пор, пока напр жение на неинвертирующем входе не станет меньше напр жени  на его инвертирующем входе. Напр жение на инвертирующем входе усилител  1 после его переключени  в состо ние положительного ограничени  имеет положительную пол рность и величину, завис щую от интенсивности излучени , воздействующего на фотодиод 3,

15

20

25

0

5

0

5

0

5

Когда потенциал неинвертирутощего входа становитс  меньше потенциала инвертирующего входа операционного усилител  1, он переключаетс  в состо ние отрицательного ограничени . При этом транзистор 7 .закрьгоаетс , транзистор 8 открываетс , начинаетс  перезар д конденсатора 6 через резисторы 5 и 10, а инвертирующий вход операционного усилител  оказываетс  зазег-шенным через резистор 2, поскольку фотодиод 4 смещаетс  в об

t ратном направлении выходным напр жением усилител  1 и его сопротивление становитс  велико. После окончани  перезар да конденсатора 6 мультивибратор возвращаетс  в исходное устойчивое состо ние.

Если фотодиод 3 не подвергаетс  воздействию оптического излучени 

;ОТ внешнего источника и не имеет оптической св зи со светодиодом 11, то после запуска мультивибратора импульсом излучени  на фотодиод 4 инвертирующий вход усилител  1 имеет нулевой потенциал, с которым и сравниваетс  напр жение на неинвертирующем входе. В результате на выходе мультивибратора формируетс  импульс напр жени  положительной пол рности , а также импульс оптического излучени  светодиода 11,

Бистабильный режим.

Пусть в исходном состо нии на первую входную шину мультивибратора подаетс  напр жение положительной пол рности, на вторую - отрицательной , на выходе присутствует напр жение отрицательной пол рности, транзистор 7 закрыт, транзистор 8 открыт, светодиод 4 заперт, свето- диод 12 открыт и генерирует оптическое излучение.

Предположим, что на первый 3 и второй 4 фотодиоды воздействуют импульсы оптического излучени  от внешнего источника. Первый импульс излучени  -вызывает отпирание фотодиода 4 и напр жение с выхода усилител  1 поступает на его инвертирующий ьход, где сравниваетс  с напр жением на неинвертирующем входе. Если напр жение инвертирующего входа оказываетс  больше напр жени  на неинвертирующем входе, то усилитель 1 переключаетс  из устойчивого состо ни  отрицательного ограничени  в состо ние положительного ограничени . Транзистор 8 закрываетс , транзистор 7 открываетс  И на неинвертирующий вход операционного усилител  поступает напр жение положительной пол рности с первой входной шины мультивибратора. Одновременно запираетс  светодиод 1 и открываетс  светодиод 11.

Состо ние положительного ограничени  также  вл етс  устойчивым, так как инвертирующий вход операционого усилител  1 после окончани  импульса оптического излучени  оказываетс  заземленным через резистор 2, а на неинвертирующем входе присутствует напр жение положительной пол рности с первой входной шины устройства. Второй импульс оптического излучени  отпирает фотодиод и выходное напр жение усилител  1 через смещенный в пр мом направлении фотодиод 4 и открытый фотодиод поступает на его инвертирующий вход где сравниваетс  с напр жением на неинвертирующем входе. Если напр жение на инвертирующем входе операционного усилител  1 оказываетс  больше напр жени  на неинвертирующем входе, то он переключаетс  в состо ние отрицательного ограничени

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

транзистор 7 запираетс , -транзистор 8 открываетс , на неинвертирующий вход усилител  1 поступает напр жение отрицательной пол рности с второй входной шины, светодиод 11 запираетс , светодиод 12 открываетс  и начинает генерировать оптическое излучение. Это состо ние мультивибратора  вл етс  устойчивым, так как после окончани  импульса оптического излучени  инвертирующий вход операционного усилител  1 оказываетс  заземленным через первый резистор 2, а на неинвертирующий вход подаетс  напр жение отрицательной пол рности с второй входной шины.

В рассмотренном случае мультивибратор работает как счетный триггер, причем излучение светодиода 11 можно рассматривать как логическую единицу на пр мом выходе, а излучение светодиода 12 - как логическую единицу на его инверсном выходе .

Если импульсы оптического излучени  поочередно воздействуют на первый и второй фотодиоды, то мульти- виб:затор работает как асинхронный RS-триггер. При этом в качестве внешнего источника импульсов оптического излучени  могут быть использованы светодиоды аналогичного устройства , что позвол ет использовать мультивибратор дл  построени  гальванически разв занных узлов вычислительной техники, например счетчиков и регистров Возможность регулировки порогов переключени  мультивибратора из одного устойчивого состо ни  в другое обеспечивает его повьш1енную помехозащищенность.

Таким образом, схемное решение предлагаемого устройства позвол ет работать как в ждущем и автоколебательном режимах, так и в бистабиль- ном режиме, причем выбор рабочего режима осуществл етс  электронным способом.

Эффект от использовани  мультивибратора заключаетс  в том, что он может срабатывать от оптических сигналов без синхронизирующего электрического сигнала, осуществл ть преобразование оптического излучени  двух внешних источников в длительность и частоту следовани  ге нерируемых импульсов и сравнивать их

ночные импульсы под воздействием входных оптических сигналов. Это позвол ет использовать мультивибратор в качестве нескольких различных устройств , например оптоэлектронного триггера, фотопреобразовател , ждущего мультивибратора с гальваническо раэвйзкой от источников входных сигналов .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Мультивибратор, содержащий опера- ционньй усилитель, в котором инвер- тируниций вход через первый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий через соединенные последовательно второй резистор и конденсатор с выходом операционного усилител , два. МДП-транзистора с каналами п- и р-типа соответственно, истоки

   которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилител , затворы - с выходом операционного усилител , а стоки через третий и

   четвертый резисторы соединены с первой и второй входными шинами соответственно , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет

   обеспечени  запуска оптическими сигналами и гальванической разв зки от источников входных сигналов, в него введены перва  и втора  оптронные пары с открытым .оптическим каналом , фотодиоды которых соединены встречно-последовательно и включены между выходом операционного усилител  и его инвертирующим входом, а светодиоды соединены встречно-параллельно и через п тый резистор включены между выходом операционного усилител  и общей шиной.