Мультивибраторы. Рисунок 4.22 - Схема (а) и передаточная характеристика (б) инвертирующего триггера Шмитта со смещением уровней включения и выключения

А б

Рисунок 4.22 - Схема (а) и передаточная характеристика (б) инвертирующего триггера Шмитта со смещением уровней включения и выключения

При этом получим

U_ВКЛ = U₀ + U_ВЫХ.MIN

U_ВЫКЛ = U₀ + U_ВЫХ.MAX

На рис.4.23 приведена схема и передаточная характеристика неинвертирующего триггера Шмитта. В таком триггере, в отличие от инвертирующего, напряжение включения превышает напряжение выключения.

Рисунок 4.23 - Схема (а) и передаточная характеристика (б) и неинвертирующего триггера Шмитта

При достаточно большом положительном входном напряжении выходное напряжение компаратора равно U_ВЫХ.MAX. При уменьшении U_ВХ выходное напряжение не изменится, пока потенциал точки а не станет равным нулю. Тогда выходное напряжение скачком изменится до U_ВЫХ.MIN. Так как

I₁=U_ВХ/R₁= -I₂ = - U_ВЫХ/R₂

То при переключении (выключении)

U_ВЫКЛ/R₁= -U_ВЫХ.MAX/R₂ и U_ВЫКЛ = -U_ВЫХ.MAX(R₁/R₂)

Выходное напряжение будет неизменно, пока U_ВХ не превысит значение

U_ВКЛ = -U_ВЫХ.MIN(R₁/R₂)

Триггеры Шмитта широко используют в качестве порогового устройства для регистрации превышения входным напряжением определенного порогового значения (U_ВКЛ или U_ВЫКЛ). Например в схемах переключения направления подачи электродной проволоки с обратного на прямое после возбуждения дуги и достижении напряжением на дуге заданного уровня, в схемах фазового управления тиристорами в сварочных выпрямителях и т.п.

Применяют триггеры Шмитта также в схемах формирования напряжения прямоугольной формы из входного напряжения произвольной формы, как показано на рис.4.24.

Рисунок 4.24 - Формирование напряжения прямоугольной формы из синусоидального инвертирующим триггером Шмитта

Мультивибратором называется генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы.

Мультивибратор может быть построен на транзисторах, элементах цифровой логики или на основе операционного усилителя.

Схема транзисторного мультивибратора приведена на рис.4.25. Выходное напряжение транзистора VT2 передается через конденсатор С2 на базу транзистора VT1, а выходное напряжение транзистора VT1 через С1 подается на базу VT2. Схема имеет два неустойчивых состояния равновесия, когда один из транзисторов открыт, а второй закрыт. Переход из одного состояния в другое происходит скачком, почти мгновенно.

а б

Рисунок 4.25 – Схема (а) и временные диаграммы (б) транзисторного мультивибратора

Предположим, что в начальный момент t = 0 (рис.4.25, б) транзистор VT1 открылся, а VT2 закрылся. Конденсатор С1 при этом заряжен с полярностью указанной на рисунке, а С2 разряжен. Открытие Транзистора VT1 связано с окончанием разряда конденсатора С2 и появлением на базе VT1 положительного напряжения, подаваемого через резистор R_Б1. При открытии VT1 напряжение конденсатора С1 через транзистор VT1 прикладывается к цепи база – эмиттер транзистора VT2, с полярностью, обеспечивающей его запирание.

С момента t = 0 конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R_К2 и цепь база – эмиттер транзистора VT1, а конденсатор С1 – разряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R_Б2 с постоянной времени R_Б2С₁. По мере разряда конденсатора С1 напряжение на базе VT2 становится все менее отрицательным и, наконец через промежуток времени t1 транзистор VT2 откроется положительным напряжением, подаваемым на его базу через R_Б2. Транзистор VT1 при этом закроется напряжением заряженного конденсатора С2, которое будет приложено минусом к базе VT1 через открытый транзистор VT2. Конденсатор С2 к моменту разряда конденсатора С1 будет разряжен, так как R_К всегда значительно меньше R_К и постоянная времени заряда С2 (R_К2С₂) меньше времени разряда С2 - (R_Б2С₁).

С момента t₁ конденсатор С1 начнет заряжаться через резистор R_К1, а конденсатор С2 – разряжается через R_Б1 и открытый транзистор VT2 с постоянной времени R_Б1С₂. После разряда С2 произойдет обратное переключение, то есть VT1 откроется, а VT2 закроется, и далее процессы будут повторятся.

При этом:

Период колебаний T= t₁ + t₂.

В симметричном мультивибраторе R_К1=R_К2, R_Б1=R_Б2, С1=С2, t₁=t₂≈0,7R_БС.

Амплитуда импульсов U_ВЫХ.MAX ≈ 0,9 E_К.

Схема мультивибратора на основе операционного усилителя приведена на рис.4.26. Мультивибратор выполнен на основе инвертирующего триггера Шмитта.

а б

Рисунок 4.26 - Схема (а) и временные диаграммы работы (б) мультивибратора

При включении питания на выходе операционного усилителя может установиться как U_ВЫХ.MAX так и U_ВЫХ.MIN (случайный процесс). Допустим, что в начальный момент t=0 U_ВЫХ=U_ВЫХ.MAX. Тогда напряжение на инвертирующем входе (равное напряжению U_C на конденсаторе) отрицательно, а на прямом входе положительно и равно

Конденсатор С при этом начинает перезаряжаться через резистор R, U_C=U_- возрастает и стремится к U_ВЫХ.MAX. Когда U_C достигнет уровня выключения триггера Шмитта

,

напряжение U_ВЫХ скачком изменится до U_ВЫХ.MIN. Так как U_ВЫХ.MIN = - U_ВЫХ.MAX, то конденсатор начнет перезаряжаться от U_ВЫКЛ до -U_{ВЫХ MAX} и обратное переключение произойдет при

Затем процесс периодически повторяется. Длительность импульсов такого мультивибратора

t₁ = t₂ = RC ln(1+2R₁/R₂),

а период t = 2t₁. При R1=R2 получим T≈2,2 RC.

Получить различные и раздельно регулируемые длительности импульсов пауз мультивибратора можно, применив схему приведенную на рис. 4.27.

Рисунок 4.27 – Мультивибратор с различной длительностью импульсов и пауз

При этом заряд конденсатора положительным напряжением происходит через диод VD1 и резистор R3, а перезаряд конденсатора отрицательным напряжением – через диод VD2 и резистор R4. Тогда

t₁ = R₃C ln(1+2R₁/R₂)

t₂ = R₄C ln(1+2R₁/R₂)

Дата добавления: 2014-01-13