Тема 8. Формирователи импульсных сигналов

Классификация формирователей импульсных сигналов. Параметры импульсных сигналов. Основные электрические характеристики формирователей сигналов. Формирователи одиночных и периодических импульсов. Автоколебательный и ждущий мультивибраторы и блокинг генераторы. Пути повышения стабильности частоты и амплитуды формируемых сигналов.

Мультивибратор – бистабильное релаксационное устройство, в котором переключение состояний определяется характером заряда-разряда RC -цепей. Автоколебательный мультивибратор – импульсное устройство, состояния которого чередуются периодически с постоянной продолжительностью пребывания в них. Ждущий мультивибратор – устройство, в котором переключение состояния на заданную продолжительность происходит при поступлении запускающего импульса, по завершении которого устройство возвращается в исходное состояние. Автоколебательный мультивибратор относится к числу генераторов периодических импульсов. Ждущий мультивибратор относится к числу генераторов одиночных импульсов.

Автоколебательный мультивибратор. Принцип работы мультивибратора основан на использовании положительной обратной связи. Устройство (рис. 3.1, а) содержит времязадающую цепочку, включающую сопротивление R ₁ и конденсатор С, и цепь положительной обратной связи, состоящую из потенциометрического делителя, реализованного на сопротивлениях и . ОУ используется в качестве компаратора, состояние которого изменяется при выполнении условия:

если > , то = ;

если < , то = ,

где и – соответственно напряжение на неинвертирующем и инвертирующем входах ОУ, и – соответственно положительный и отрицательный уровни насыщения ОУ. При симметричном питании ОУ, как правило, êê= êê = .

Рассмотрим принцип работы. Допустим, что при подключении ОУ к питанию на его выходе установилось напряжение = (рис. 3.1, в). Это вызовет заряд конденсатора по цепи . Заряд будет длиться до тех пор, пока не достигнет уровня = b. Как только =

= достигнет уровня U _ВХ+, состояние ОУ изменится в соответствии с приведенным ранее условием и на его выходе установится напряжение = . Теперь на неинвертирующем входе установится напряжение = b, а конденсатор С начнет перезаряжаться до уровня =

= b. Таким образом, процесс заряда-перезаряда С будет определяться изменением состояний ОУ.

Продолжительность заряда (перезаряда) конденсатора С, а следовательно, и длительность импульса будут определяться соотношением =

= ln[(1 + b)/(1 – b)], а период следования импульсов = 2, так как заряд-перезаряд С осуществляется через одну и ту же цепь . Скважность импульсов, формируемых рассматриваемой схемой (рис. 3.1, а), Q = /=

= 2. Для формирования импульсов произвольной скважности необходимо разделить цепи заряда и перезаряда С. Это достигается введением в схему полупроводниковых диодов и (рис. 3.1, б), которые обеспечат заряд С по цепи , а разряд – по цепи . Длительность формируемых импульсов для рассматриваемой схемы будет определяться соотношением =

= ln[(1 + b)/(1 – b)], а период следования = ( + )ln[(1 + b)/(1 –

– b)].

Ждущий мультивибратор. Для рассматриваемой схемы (рис. 3.2, а) в исходном состоянии напряжение на выходе ОУ = , так как только при таком напряжении диод VD ₁ будет открыт и выполнится условие

= +b> = ,

где – напряжение прямо смещенного p-n- перехода диода .

Рис. 3.1. Автоколебательный мультивибратор:

а – симметричный; б – с импульсами произвольной скважности; в – временные диаграммы

Подаваемый на вход ждущего мультивибратора запускающий импульс дифференцируется цепочкой . Импульсы отрицательной полярности с сопротивления поступают через диод на неинвертирующий вход ОУ, который до этого момента имел исходное смещение = b. Дифференцированный импульс отрицательной полярности смещает вход ОУ до уровня ниже = , что переводит ОУ из состояния = в состояние = . В этот момент времени диод закрывается, а конденсатор начинает перезаряжаться с уровня до уровня = = b(рис. 3.2, б). Достигнув этого уровня, ОУ изменит свое состояние до уровня = , что мгновенно откроет диод и переведет мульти-

Рис. 3.2. Ждущий мультивибратор:

а – функциональная схема; б – временные диаграммы

вибратор в исходное устойчивое состояние до поступления очередного запускающего импульса. Длительность формируемого импульса не зависит от временных характеристик запускающего импульса и будет равна:

= ln[( + )( + )/()] ~

~ ln[( + )/].

В том случае, когда период следования запускающих импульсов будет меньше длительности формируемых ждущим мультивибратором импульсов , он не будет реагировать на очередной запускающий импульс, пока не вернется в исходное состояние, т. е. будет пропускать часть запускающих импульсов. Таким образом, ждущий мультивибратор будет работать как делитель частоты импульсного сигнала с коэффициентом деления =

= Entire( / ).

Контрольные вопросы

1. Каким образом глубина обратной связи b влияет на амплитуду и длительность импульсов, формируемых автоколебательным и ждущим мультивибраторами?

2. Какие элементы схемы мультивибраторов влияют на стабильность частоты и длительности формируемых импульсов?

3. Какие параметры импульсов, формируемых автоколебательным и ждущим мультивибраторами, изменятся при изменении напряжения питания ОУ?

4. При какой амплитуде запускающих импульсов ждущий мультивибратор не будет срабатывать?

5. Объясните работу ждущего мультивибратора в режиме деления частоты.

6. Как влияют характеристики диодов, используемых в схемах автоколебательного и ждущего мультивибраторов, на параметры формируемых импульсов?

7. Какие элементы схемы мультивибраторов определяют предельную частоту и ограничивают длительность формируемых импульсов?

Дата добавления: 2014-01-06