Импульсный генератор на триггере Шмитта, построенном на двух инверторах

Генераторы, построенные на логических элементах, находят широкое применение. Схема генератора на триггере Шмитта показана на Рисунке 1, а схема самого триггера Шмитта, построенная на инверторах – на Рисунке 2. Классическая схема генератора на триггере Шмитта, построенном на трех инверторах представлена на Рисунке 3. Однако, данную схему возможно упростить. Триггер Шмитта, собранный на инверторах, имеет два выхода: инвертирующий и неинвертирующий (Рисунок 2). Более того, обычно неиспользуемый ВЫХ1 не нагружен на резистор, а значит, сигнал с него имеет более крутые фронты, т.е. третий элемент на Рисунке 3 явно лишний.

Рисунок 1.	Схема генератора на триггере Шмитта.

Рисунок 2.	Схема триггера Шмитта, на инверторах.

Преобразованная схема изображена на Рисунке 4.

Рисунок 3.	Классическая схема генератора на триггере Шмитта, построенном на трех инверторах.

Рисунок 4.	Схема генератора на триггере Шмитта, построенном на двух инверторах.

По сравнению с простейшей схемой генератора прямоугольных импульсов на двух инверторах (Рисунок 5) полученная схема содержит на два резистора больше, но у нее есть и некоторые преимущества. Во-первых, в качестве С1 можно использовать полярный конденсатор, во-вторых, с С1 можно снимать сигнал почти треугольной формы (Рисунок 6). Правда, в случае низкоомной нагрузки для обеспечения работоспособности схемы необходимо применение буферного усилителя. Его можно выполнить на освободившемся элементе микросхемы. И, в-третьих, наличие на ВЫХ1 и ВЫХ2 противофазных сигналов.

Рисунок 5.	Простейшая схема генератора прямоугольных импульсов на двух инверторах.

Рисунок 6.	Эпюры сигналов на выходах генератора.

При использовании КМОП микросхем генератор работоспособен при следующих соотношениях сопротивлений резисторов:

R1 > 1.5R2;
R2 > 4R3.

При нарушении указанных соотношений стабильность генератора уменьшается. Для приближения формы импульсов на ВЫХ3 к треугольным, отношение R1/R2 должно быть увеличено (при этом амплитуда импульсов уменьшится). При больших значениях сопротивлений R1-R3 конденсатор С1 должен иметь низкий ток утечки. Сопротивление резистора R2 не должно быть меньше 10 кОм.

Период колебаний определяем по формуле

Амплитуда напряжения на ВЫХ3 равна

На ВЫХ1 и ВЫХ2 она практически равна напряжению питания U_П.

Частота колебаний практически не зависит от напряжения питания, но с понижением его уменьшается скважность импульсов.

Схему можно построить также на ТТЛ и ТТЛШ элементах, при этом ориентировочно частоту генератора можно определить по формуле

причем сопротивление резистора R3 должно быть в пределах 200…800 Ом для элементов ТТЛ и до 2 кОм для ТТЛШ.

В качестве инверторов можно также использовать логические элементы «ИЛИ-НЕ» или «И-НЕ», соединив их входы.

Литература

1. Е.А. Зельдин. Импульсные устройства на микросхемах, 1991 г.