В огромном количеств схем на логических микросхемах применяется мультивибраторы с частотно-задающими RC-цепями. На КМОП-логике возможно построение мультивибратора с частотой не ниже 0,1 Гц, но дальнейшее снижение частоты потребует увеличение емкости конденсатора, а также сопротивления резистора. В данном случае приходится выбирать конденсаторы с минимальными токами утечки. Увы эти условия делают создания такого рода мультивибратора (0,1 Гц) не возможным.
Но, в некоторых схемах требуется мультивибратор с периодом колебаний не несколько секунд, а несколько минут или часов. Причем, желательно чтобы можно было устанавливать скважность импульсов в широких пределах, например, так, - продолжительность нуля 5 часов, продолжительность единицы всего 3 минуты. И так, чтобы это можно было регулировать в широких пределах.
Достигнуть таких колебаний простой схемой мультивибратора невозможно, но можно удлинить полупериоды мультивибратора при помощи двоичных многоразрядных счетчиков. Например, используя счетчик К561ИЕ16 можно получить продолжительность полупериода до 10 часов используя емкость всего 1т и сопротивление 2,4М.
Принципиальная схема цифрового мультивибратора с отдельной независимой регулировкой протяженности нулевой и единичной полуволн в пределах от 0,6 минуты до 10 часов, показана на рисунке. В основе мультивибратора два одинаковых таймера, на RC-мультивибраторе с регулируемой частотой и двоичном счетчике.
Такие таймеры широко используются радио любителями в самодельных конструкциях охранных устройств и таймеров - выключателей. Установка протяженностей нулевого и единичного логических уровней производится плавно (переменные резисторы R2 и R5) в трех диапазонах, выбираемых переключателями S1 и S2. Для сброса и запуска служит выключатель S3.
Рассмотрим схему. Начинается работа с таймера, выполненного на мультивибраторе D1.1-D1.2 и счетчике D2. Мультивибратор вырабатывает импульсы, частота которых устанавливается переменным резистором R2 и переключателем S1. Эти импульсы поступают на счетчик D2 который считает их. Единица на старшем выходе счетчика появляется через 8192 импульса.
Пока S3 замкнут счетчик D2 обнулен напряжением питания, поступающим на его вход R. На его выходе, в это время, логический ноль, а на выходе инвертора D1.3 - логическая единица. Эта единица обнуляет второй счетчик D4, и на его выходе так же ноль.
После того как мы органами управления R2-S1 и R5-S2 установили необходимые протяженности полупериодов, можно запустить мультивибратор выключив S3. Теперь, на вход R D2 поступает через резистор R3 напряжение логического нуля с выхода D4. Счетчик D2 начинает работать. Спустя время, которое нужно на подсчет 8192-х поступающих на его вход С импульсов, на выходе счетчика появляется логическая единица. Эта единица поступает на выход схемы и на один из входов элемента D1.2 выключая этим мультивибратор. На этом первый полупериод заканчивается.
На выходе инвертора D1.3 уровень меняется и на вход R D4 подается логический ноль. Счетчик D4 начинает подсчет импульсов. Начался второй полупериод.
Спустя время, которое нужно счетчику D4 чтобы подсчитать 8192 импульса, поступивших на его вход С, на выходе D4 появляется логическая единица, которая останавливает мультивибратор D3.1-D3.2 и через резистор R3 поступает на вход R счетчика D2 обнуляя его. На выходе счетчика D2 устанавливается логический ноль. На выходе инвертора D1.3 опять появляется единица, счетчик D4 обнуляется и разрешает работу счетчику D2. На этом второй полупериод заканчивается.
Далее, работа схемы все время повторяется, пока не будет остановлена при помощи выключателя S3.
Есть два выхода, - прямой (Вых.О) и инверсный (Вых.1). На первом выходе работа мультивибратора начинается с логического нуля, а на втором, - с логической единицы.
Конденсаторы С7 и С8 могут и не пригодиться. Как выяснилось, в попавшихся мне экземплярах счетчиков есть дефект, - очень короткие импульсы на выходах, возникающие хаотически. Такой дефект бывает и у многих других счетчиков серии К561 старше 1988 года. Не знаю с чем это связано; с возрастом микросхем, или это конструктивный дефект, который потом устранили. Во всяком случае, более «молодые» экземпляры этим не страдают. Конденсаторы С7 и С8 гасят эти паразитные импульсы.
Мультивибратор легко превратить в одно-вибратор, достаточно разомкнуть петлю обратной связи, - отключить правый вывод R3 от выхода D4 и соединить его с общим минусом питания. В таком включении одновибратор будет формировать один импульс, параметры которого таким же образом задаются при помощи R2-S1 и R5-S2.
Напряжение питание должно быть в допустимых пределах для используемых микросхем (для К561, - от 4 до 15V). На микросхемы К561ЛЕ5 питание подается, - плюс на 14-й вывод, а минус на 7. На микросхемы К561ИЕ16, - плюс на 16-й вывод, минус на 8-й.
Налаживание заключается в более точном подборе номиналов резисторов R1 и R4, а так же емкостей конденсаторов С1-С6. Переменные резисторы R2 и R5 можно снабдить шкалами, на которых подписать значения времени.
Практическое применение данной схемы может быть самым разнообразным. Например, если на выходе сделать какое-то ключевое устройство, можно будет организовать периодическое включение и выключение какой-то нагрузки, электроприбора.
