Генератори на світосхемах ТТЛ, Електричні схеми
Схема, представлена малюнку 1 зібрана на трьох елементах мікросхеми 155 ЛА3 і працює у режимі автогенератора завдяки затримці поширення сигналу через елементи. Для простої логіки серії 155 час затримки одного елемента дорівнює 20 нс, отже частота генератора, зібраного на трьох елементах приблизно дорівнює 8 МГц.
Для зменшення частоти генерації кількість елементів потрібно збільшити, враховуючи, що кількість їх має бути непарною. Вхід Упр. служить керувати роботою генератора (високий рівень дозволяє роботу схеми, низький забороняє). Якщо керування генерацією не потрібно, то керуючий висновок потрібно підключити до плюс джерела живлення через резистор 1 Ком або з'єднати його з другим входом цього ж елемента (за схемою нижній вхід D1.1).
Класична схема найпростішого генератора з ланцюгом, що задає час, зображена на рис.2. Зібрати його можна практично на будь-яких елементах з інверсією (НЕ, І-НЕ, АБО-НЕ), частота проходження вихідних імпульсів залежить від ємності конденсатора С1 і опору R1. Варто враховувати, що при збільшенні опору R1 більше 470 Ом генерація буде нестійкою. При номіналах R1=300 Ом та С1=0.047 мкФ частота генерації становитиме приблизно 10 кГц.
Схема, зображена на рис.3 містить ще два елементи, один з яких (D1.3) служить для більш стійкої роботи генератора, а інший (D1.4) використовується як буферний для поліпшення форми вихідного сигналу. При зазначених на схемі номіналах R1 і ємності конденсатора 0.047 мкФ частота проходження імпульсів дорівнюватиме 10 КГц.
Частоту генерації мультивібратора на мікросхемах ТТЛ нескладно змінювати не тільки номіналами опору і ємності, але і зміною напруги. На схемі, представленій нарис.4 керуюча напруга подається на вхід Упр. і може змінюватись від нуля до напруги живлення мікросхеми. При збільшенні напруги на входах у елементів швидше настає поріг спрацьовування в процесі перезаряджання конденсаторів, а отже, і збільшується частота генерації.
У всьому діапазоні зміни напруги залежність «керуюча напруга/частота» практично лінійна. При ємності частотозадаючих конденсаторів С1 і С2, що дорівнює 0.1 мкФ, частоту мультивібратора можна регулювати в діапазоні 1-8 кГц, а при 1000 пФ - 120 - 750 кГц. Швидкість сигналу легко змінювати різницею в номіналах конденсаторів. Сигали на виходах 1 і 2 будуть у протифазі, завдяки поліпшенню форми сигналу має сенс додати на виходи ще по одному інвертору (наприклад, елементи, що не використовуються D1.3 і D1.4).
Схема генератора, частоту та шпаруватість якого можна оперативно змінювати за допомогою змінних резисторів, зображена на рис. 5. При зазначених на схемі номіналах резисторів та ємності конденсатора С1=0.1 мкФ шпару можна змінювати від 1.5 до 3 (резистором R2), а частоту від 8 до 25 кГц (R1). Для іншого діапазону частот доведеться змінити ємність конденсатора С1.
Особливість керованого генератора імпульсів, зображеного на рис.6 полягає в тому, що тривалість останнього імпульсу, що генерується, не залежить від часу закінчення керуючого сигналу. Коли сигнал Упр. не зник, генератор у разі відпрацює період остаточно. Досягнуто це тим, що з входів керуючого елемента D1.1 підключений до виходу мультивібратора, зібраного на елементах D1.2 – D1.4.
Запускається мультивібратор низьким рівнем входу Упр. і якщо в процесі роботи генератора цей сигнал пропаде (стане високим), то завдяки зворотному зв'язку(вихід D1.4 – вхід D1.1) мультивібратор зупиниться лише тоді, коли відпрацює період повної тривалості та рівень на його виході не стане низьким. На додаток, частоту генератора можна плавно змінювати змінним резистором R2 (при зазначених на схемі номіналах від 4 до 25 кГц).
Зазвичай при побудові генераторів на ТТЛ мікросхемах використовуються резистори невеликого номіналу і тому ємності конденсаторів, що задають час, виходять відносно великими, а діапазон регулювання частоти невеликий. Збільшити діапазон регулювання до 200 разів можна, включивши під час ланцюга транзистор з досить великим вхідним опором, як зображено на рис.7. При зміні ємності часзадаючого конденсатора від 10 мкФ до 20 пФ, середню частоту генератора можна змінювати від часток герца до декількох МГц.
Ще одна схема, але вже з польовим транзистором дозволяє за допомогою резистора R1 змінювати частоту генератора в 50 000 разів (рис.8). Крім того, високий вхідний опір затвора польового транзистора дозволяє отримувати низьку частоту генерацію при відносно невеликій ємності конденсатора, що задає час. Наприклад, при зазначених на схемі номіналах і максимальному значенні R1 частота генерації становитиме приблизно 0.5 Гц. Цілком очевидно, що для плавної зміни частоти в такому великому діапазоні бажано, щоб резистор R1 був багатооборотним.
Всі вищеописані мультивібратори не відрізняються високою стабільністю частоти, яка залежить від напруги живлення, температури навколишнього середовища та ще цілого ряду факторів, тому у випадках, коли до стабільності частоти, що генерується, пред'являються високі вимоги, в схему вводяться кварцові резонатори, що працюють на необхідній частоті (рис. 9). Будуючи подібні генератори, слід мати ввиду, що наближення частоти, що генерується, до граничної частоти перемикання елементів, погіршує форму сигналу, наближаючи її форму до синусоїдальної.