Одновибраторы

Одновибраторы предназначены для формирования пря­моугольного импульса напряжения тре­буемой длительности при воздействии на входе короткого запускающего им­пульса.

Одновибраторы, так же как мульти­вибраторы и триггеры, относятся к классу схем, обладающих двумя состоя­ниями. Однако в отличие от мульти­вибраторов, в которых оба состояния являются неустойчивыми, в одновибраторах (часто называемых также ждущими мультивибраторами) одно состояние устойчивое, а другое — неустойчивое. Устойчивое состояние ха­рактеризует исходный режим работы (режим ожидания) одновибратора. Неустойчивое состояние наступает с приходом входного запус­кающего импульса. Оно продолжается некоторое время, определяемое время- задающей цепью схемы, после чего одновибратор возвращается в исходное устойчивое состояние.

Выходной импульс формируется в результате следования одного за другим двух тактов переключения схемы.

В настоящее время для построения одновибраторов используют преимуще­ственно интегральные операционные усилители. Наибольшее распространение получила схема одновибратора, приведенная на рис. 3.11, а.

Ее основой служит схема мультивиб­ратора рис. 3.8, а, в которой для созда­ния ждущего режима работы параллель­но конденсатору С включен диод Д₁.

При показанном на рис. 3.11, а направлении включения диода Д₁ схема запускается входным импульсом напряжения положительной полярности. При обратном включении диода Д₁ (а также Д₂) требуется запускающий импульс отрицательной поляр­ности, чему соответствует также изменение полярности выходного импульса.

В исходном состоянии напряжение на выходе одновибратора равно U^-_выхmax что определяет напряжение на неинвертнрующем входе ОУ u₍₊₎=x U^-_выхmax (рис. 3.11,б —г). Напряжение на инвертирующем входе ОУ u_(-) равное падению напряжения на диоде Д₁ от протекания тока по цепи с резистором R, близко к нулю (рис. 3.11, д).

Поступающий входной импульс в момент времени t₁ переводит ОУ в состояниеU⁺_выхmax. На неинвертирующий вход ОУ передается напряжение x U⁺_выхmax (рис. 3.11, г), поддерживающее его изме­нившееся состояние. Воздействие напряжения положительной по­лярности на выходе ОУ вызывает процесс заряда конденсатора С в цепи с резистором R, в которой конденсатор стремится зарядиться до напряженияU⁺_выхmax (рис. 3.11, д). Характер процесса заряда на­ходят из уравнения (3.17), где u_с(∞) = U⁺_выхmax, и_с(0) = 0, τ = CR:

Однако в процессе заряда напряжение на конденсаторе не дости­гает значения U⁺_выхmax, так как в момент времени t₂ приu_с=u_(-)= x U⁺_выхmax происходит возвращение ОУ в исходное состояние (рис. 3.11, в, г). Положив в (3.27) u_c(t_и) находим длительность импульса, формируемого одновибратором:

После момента времени t₂ в схеме наступает процесс восстановле­ния исходного напряжения на конденсаторе u_с = 0 (рис. 3.11, д), который обусловливается изменившейся полярностью напряжения на выходе ОУ. Процесс перезаряда конденсатора в цепи с резистором R определяется зависимостью (3.17), где u_с(∞) = — U^-_выхmax, u_c(0)= =x U⁺_выхmax,отсюда:

Режим восстановления заканчивается тем, что напряжение на кон­денсаторе достигает напряжения отпирания диода Д₁ которое можно принять равным нулю. Положив в формуле (3.29) u_с — 0 при t=t_восст, находим время восстановления:

Поскольку коэффициент передачи х < 1 и 1/(1 — х)> 1+х - длительность импульса t_и > t_восст.

Процесс восстановления исходного состояния схемы должен быть завершен к приходу очередного запускающего импульса. В тех случа­ях, когда длительность t_и соизмерима с периодом следования запус­кающих импульсов, возникает задача сокращения времениt_восст. С этом целью параллельно ре­зистору R включают ветвь из диода Д₂ и резистора R', умень­шающую постоянную времени этапа восстановления. При этом постоянная τ в выражении (3.31) составит C(R || R'), а для t_и она останется без изменения.

На выбор x и сопротивлении резисторов накладываются те же ограничения, что и для схемы мультивибратора (см. рис. 3.8, а).