Автоколебательный мультивибратор

Генераторы импульсов на операционном усилителе.

На базе ОУ разнообразные схемы генераторов: гармонических сигналов и несинусоидальных колебаний, в том числе генераторы прямоугольных импульсов, которые называются мультивибраторами.

Мультивибраторы могут работать в автоколебательном режиме и в ждущем.

В режиме автоколебаний мультивибратор осуществляет непрерывную генерацию входных импульсов.

Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора приведена на рисунке 38,а. Временные диаграммы, поясняющие ее работу – на рисунке 38,б.

а) б)

Рисунок 38 Автоколебательный мультивибратор

Резисторы R1 и R2 образуют цепь положительной обратной связи (ПОС), которая обеспечивает быстрое изменение напряжения во время формирования переднего и заднего фронтов выходного импульса. Длительность выходного импульса определяется элементами R3 и C1, включенными между выходом и инвертирующим входом ОУ.

Полагаем, что перед началом работы схемы напряжение на конденсаторе С1 отсутствует. При включении источника питания с напряжением +Е, – Е в результате действия ПОС на выходе устанавливается напряжение U_ВЫХ =+ Е.

Обозначим через γ коэффициент деления делителя цепи ПОС:

γ = .

Тогда напряжение на неинвертирующем входе составит = γЕ.

Конденсатор С1 начинает заряжаться от положительного напряжения U_ВЫХ =+ Е через резистор R3 с постоянной времени τ = R₃ C₁ .

В момент времени t₁ (рисунок 38,б) напряжение на конденсаторе, а следовательно, на инвертирующем входе станет равным :

U_C = = Е (1– ).

На этом формирование положительного импульса заканчивается. Так как это напряжение приложено к инвертирующему входу, то на выходе ОУ устанавливается напряжение U_ВЫХ = – Е, а на неинвертирующий вход через цепь ПОС подается напряжение = – γЕ.

В промежутке времени t₁ – t₂ конденсатор С1 перезаряжается напряжением противоположной полярности и стремиться зарядиться до напряжения U_ВЫХ = – Е. В момент времени t₂ напряжение на конденсаторе станет равным U_C = . Это напряжение, приложенное к инвертирующему входу, изменит состояние ОУ и на выходе его устанавливается напряжение U_ВЫХ =+ Е. С момента t₂ начинается процесс формирования второго положительного импульса.

Указанные процессы происходят периодически, в результате чего на выходе мультивибратора формируется последовательность прямоугольных импульсов.

Первый импульс формируется при отсутствии начального напряжения на конденсаторе, и его длительность определяется из соотношения:

t ₁ = τ ln .

Второй и последующие импульсы формируются при перезаряде конденсатора от напряжения = – γЕ до напряжения = γЕ. Поэтому они имеют несколько большую длительность:

t _И = τ ln .

Так как в рассмотренной схеме заряд и разряд конденсатора происходит по одной и той же цепи, то длительности выходных положительных и отрицательных импульсов равны, а период следования импульсов равен Т= 2 t _И.

Для изменения соотношения длительностей положительных и отрицательных импульсов, цепи заряда и разряда конденсатора выполняются раздельными. В этом случае в цепи ПОС вместо одного резистора R₃ включают параллельно два резистора разных номиналов. Последовательно с резисторами включают диоды, направление включения которых определяется током заряда и разряда.

Ждущий мультивибратор.

В ждущем режиме мультивибратор осуществляет генерацию одиночных импульсов в момент подачи на его вход запускающих импульсов. Принципиальная схема ждущего мультивибратора (ЖМВ) приведена на рисунке 39,а. Временные диаграммы, поясняющие ее работу – на рисунке 39,б.

В исходном состоянии на выходе мультивибратора поддерживается отрицательное напряжение U_ВЫХ = – Е. Часть выходного напряжения поступает на инвертирующий вход и обеспечивает открытое состояние диода VD1, шунтирующего конденсатор С1. Таким образом, U_Д =U_{ВЫХ ,} где R_Д – сопротивление диода.

а) б)

Рисунок 39 Ждущий мультивибратор.

Напряжение на неинвертирующем входе = –γЕ. При подаче на вход короткого положительного импульса с амплитудой U_ЗАП > схема переходит в состояние, при котором U_ВЫХ = + Е. Напряжение на неинвертирующем входе становится равным = γЕ. С этого момента в схеме развивается переходный процесс, определяющий длительность положительного выходного импульса ЖМВ. На этом этапе диод VD1 закрыт и конденсатор С1 заряжается через резистор R₃ . Напряжение на конденсаторе приложено к инвертирующему входу, и когда оно достигнет значения , начинается переход схемы в исходное состояние. На выходе ОУ устанавливается напряжение U_ВЫХ = – Е. Конденсатор начинает перезаряжаться напряжением противоположной полярности. Когда напряжение на конденсаторе станет равным нулю, открывается диод VD1 и перезаряд конденсатора прекращается. Новый цикл начинается с приходом запускающего импульса.

Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы период следования запускающих импульсов Т был больше суммы, определяемой временем формирования импульса t_И и временем восстановления t_В:

Т ≥ t_И + t_В.

Длительность выходного импульса, формируемого ЖМВ, равна:

t_И = = τ ln ,

где τ == R₃ C₁ , а γ = .

Длительность импульса можно регулировать изменением τ или γ.

Время восстановления t_В= τ ln (1+γ).

Дата добавления: 2015-05-06