Мультивибратором – наз. генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала

Схема мультивибратора показана на рис. 3.14. В этой схеме конденсатор С и резисторы R1,R2 образуют интегрирующую RC-цепь, при заряде конденсатора открыт диод V1,ток проходит через R1, при разряде – открыт V2, ток идет через R2. Источником напряжения Е является выходная цепь ОУ. Компаратор выполнен на ОУ с ПОС через цепь R3,R4. При переключении компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда конденсатора С, т.е. ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжения заряда и разряда конденсатора, компаратора и ключа.

.Рис.3.14.. Схема и временные диаграммы мультивибратора

Работа мультивибратора. Временные диаграммы приведены на рис.3.14. Пусть при t<t₁источники питания отключены: E_п=0, -E_п =0. Конденсатор С разряжен и U_c=0. В момент подключим Е_п и –Е_п. При включении выходное напряжение ОУ будет либо положительное, либо отрицательное (процесс случайный). Допустим, что произошло положительное приращение выходного напряжения. Через цепочку R₃,R₄ это приращение подается на прямой вход ОУ, усиливается и в свою очередь вызывает приращение ΔU^`_вых. Процесс развивается лавинообразно, в результате в момент t₁ скачком устанавливается U_вых= U_{вых.мах}.

Начиная с момента t₁ конденсатор С заряжается напряжением U=U_{вых.мах} через резистор R₁ , так как к аноду диода V₁ приложено положительное напряжение, постоянная времени τ =R₁C . Нарастающее по экспоненте напряжение U_с подается на инвертирующий вход ОУ. На прямой вход ОУ через цепочку ПОС подается напряжение

U_ос=U_выхмахR₄/(R₃+R₄)=U₀

В момент t=t₂ напряжение на конденсаторе U_с достигает значения U₀ и происходит срабатывание компаратора. Его переключение протекает лавинообразно (регенеративный процесс)и завершается при U_вых= - U_выхмах . Напряжение на конденсаторе не может меняться скачком и, начиная с момента t₂ происходит перезаряд конденсатора через резистор R₂ напряжением U= - U_{вых мах} с постоянной времени τ=R₂С (на диоде прямое напряжение – минус на катоде). Можно отметить, что воздействуя на диод V₁и V₂ , компаратор осуществляет переключение цепей заряда (V₁, R₁) и разряда (V₂, R₂) конденсатора С. При t₂<t<t₃ напряжение на прямом входе ОУ

Конденсатор С не успевает разрядиться до напряжения –U_{вых.мах}, так как в момент t₃ напряжение на нем достигает значения –U₀ и снова происходит регенеративное переключение компаратора, при этом устанавливается U_вых=U_{вых.мах}, U_ос=U₀ . Вновь начинается этап заряда конденсатора С через резистор R₁. При напряжении на конденсаторе U_с(t₄)= U₀ происходит очередное срабатывание компаратора.

Установившийся процесс начинается при t=t₂ и характеризуется изменением напряжения на конденсаторе от U₀ к –U₀ и обратно. Интервал t₃-t₄ определяет длительность импульса t_и, длительность паузы t_п=t₃-t₂.

Найдем t_и и t_п . Для этого воспользуемся анализом схемы заряда конденсатора, проведенным раннее.

Для нахождения рассмотрим заряд конденсатора С от источника E=U_{вых.мах} с постоянной времени τ=R₁C. Процесс начинается при U_с(0)= - U₀ (момент t₃) и завершается при U_с(t_и)=U₀. Получим

Учитывая зависимость U₀ от U_выхмах получим

t_и=R₁Cln(1+2R₄/R₃)

Интервал паузы t_п найдем при рассмотрении перезаряда конденсатора С от источника E= - U_выхмах с постоянной времени τ=R₂C, U_c(0)=U₀, U_c(t_п) = - U₀ . Получим

Период повторени T_п=t_и+t_п=(R₁+R₂)Cln(1+2R₄/R₃)

Скважность Q=T_п/t_и =(R₁+R₂)/R₁

Отметим, что значения t_и, t_п,T_п, Q не зависят от параметров ОУ. Это обусловливает высокую стабильность частоты и скважности мультивибратора.

Одновибратор

Одновибратор – это формирователь одиночных импульсов прямоугольной формы и фиксированной длительности, возникающих на выходе при поступлении на вход запускающего короткого импульса.

Одновибратор применяется либо в качестве формирователя прямоугольных импульсов, либо для задержки импульсов на заданное время. Схема одновибратора приведена на рис..3.15. Схема содержит конденсатор С₁, связанный с выходом компаратора на ОУ через резистор R. В качестве компаратора используется хорошо известная схема ОУ с ПОС через цепочку R₃, R ₄. ОУ в схеме выполняет несколько функций: компаратор, , источник напряжения для заряда конденсатора и ключа, так как коммутация цепей заряда и разряда конденсатора осуществляется при переключении компаратора.источник напряжения для заряда конденсатора и ключа, так как коммутация цепей заряда и разряда конденсатора осуществляется при переключении компаратора

Рис.3.15 Схема и временные диаграммы одновибратора

Диод V₁ служит для фиксации начального напряжения на конденсаторе. Элементы C₂, R_4, R₅, V₂, составляют цепь запуска, через них на схему поступает короткий запускающий импульс. Цепочка C_2, R₅ является дифференцирующей. Рассмотрение работы одновибратора необходимо проводить по этапам

· Исходное состояние (ждущий режим), u_вх.=0. Будем считать, что компаратор раннее приведен в состояние u_вых.= - U_{вых.мах.}. Конденсатор С₁ разряжен, так как диод V₁ препятствует его заряду выходным напряжением ОУ через R . Нетрудно убедиться, что рассматриваемое состояние устойчиво, т.е. может длиться сколь угодно долго: u_ос.<u_c следовательно, компаратор действительно находится в состоянии отрицательного насыщения.

· Формирование импульса. При u_вх>0 к прямому входу ОУ прикладывается входное напряжение, которое действует сильнее, чем сигнал с выхода ОУ через R₃ . Напряжение на прямом входе становится положительным. Поскольку на инвертирующем входе сохраняется u_c(t)=0 , то компаратор регенеративно переключается и напряжение на его входе скачком достигает u_вых=U_{вых.мах.} . На этапе формирования импульса надобность в поддержании напряжения на входе после переключения отпадает, так как положительное напряжение ОУ поддерживается положительным напряжением , подаваемым с его выхода на прямой вход по цепи R₃ R₄. Поэтому входной импульс одновибратора может быть весьма коротким. При t>t₁ конденсатор С₁ заряжается напряжением U_выхмах через резистор R , причем τ=RC₁, . Этап формирования импульса завершен в момент t₂ , когда напряжение на конденсаторе достигает значения напряжения ПОС на прямом входе

В этот момент компаратор регенеративно переключается.

· Стадия восстановления исходного состояния. В момент t₂ скачком устанавливается u_вых= - U_выхмах. Конденсатор С₁ начинает разряжаться через резистор R от источника напряжения –U_{выхюмах} , притом τ=RC₁ . В момент t₃ напряжение на конденсаторе достигает значения u_c(t₃)=0, диод V1 открывается и препятствует дальнейшему уменьшению напряжения на конденсаторе. В момент t₃ стадия восстановления завершена.

Рассмотрение принципа действия одновибратора, позволит убедиться, что в ней используются принципы, которые рассмотрены раннее. Рассчитаем длительность импульса. Расчет аналогичный расчету, проведенному в разделе мультивибратор. Аналогично проводится расчет и длительности восстановления.

Регулировка длительности импульса и восстановления может проводиться следующими способами:

· Изменением R или C,при этом изменяется скорость заряда конденсатора.

· Изменение соотношения R₃/R₄ . При этом изменяется напряжение срабатывания компаратора U_*2 и время, в течение, которого напряжение на конденсаторе нарастает до величины U_*2. Необходимо не забывать, что схемы с ПОС имеют низкую помехоустойчивость.

Поиск по сайту: