Импульсные генераторы

Разработка генератора импульсов

Импульсные генераторы представляют собой устройства, на выхо­де которых формируются один или последовательность импульсов за­данной формы и длительности.

Среди генераторов прямоугольных импульсов различают мульти­вибраторы и блокинг-генераторы, которые предназначены для форми­рования импульсов большой скважности.

Мультивибраторы могут работать в ждущем и в автоколебатель­ном режимах.

5.11.1 Ждущий мультивибратор обеспечивает получение на выходе од­ного прямоугольного импульса заданной длительности, возникающего при подаче на вход короткого импульса произвольной формы.

Ждущий мультивибратор может быть построен на основе ОУ с гибкой ПОС, которая реализуется с помощью накопительного элемен­та — конденсатора С (рис. 5.57). Временные диаграммы приведены на рис. 5.58.

Рис. 5.57

Рис. 5.58

Состояние выхода мультивибратора зависит от знака е _д:

- если е _д >0, то U _вых =+Е _п;

- если е _д <0, то U _вых =-Е _п.

Когда е _д = 0, происходит смена состояний выхода.

1) Исходное состояние. Пусть U _зап = 0, U _оп>0, тогда . В установившемся состоянии = 0. Поэтому . Это означает, что U _вых =-Е _п (см. рис. 5.58).

2) Запуск. При подаче импульса запуска U _зап <0; | U _зап | > U _оп; станет меньше нуля, поэтому е _д = - >0, а U _вых станет равным + Е _п.

Новое состояние выхода ОУ обеспечит изменение потенциала с помощью ПОС. Изменение будет поддерживать схему в новом состоянии даже после снятия короткого импульса запуска. Это со­стояние называется квазиравновесием.

3) Квазиравновесие. Определим длительность состояния квази­равновесия. Оно завершится, когда (t _и) = U _оп.

Определим (t). Так как (t)= Е _п -U _С(t), а

U _С(t)= U_С (¥) + [ U_C (0)– U_С (¥)] е^-t/RC = Е _п -2 Е _п е^-t/RC, то (t)=2 Е _п е^-t/RC. Следовательно, длительность импульса равна:

t _и= RС ln(2 Е _п / U _оп).

4) Возвращение в исходное состояние. Когда наступает равенст­во (t _и)= U _оп, е _д переходит через нуль и меняет свой знак. Поэ­тому U _вых становится равным –Е _п.

Смена состояния выхода приводит к резкому изменению , пока происходит перезаряд конденсатора С. Для сокращения времени пе­резарядки конденсатора С параллельно сопротивлению R установлен диод VD, что существенно снижает постоянную времени. После завер­шения перезарядки конденсатора С напряжение = 0, и схема готова к новому запуску.

5.11.2. Автоколебательный мультивибратор предназначен для формиро­вания на выходе бесконечной последовательности импульсов. Он мо­жет быть построен на основе ОУ с ООС и ПОС, используемыми одно­временно. При этом может быть применена жесткая ПОС и запазды­вающая ООС (рис. 5.59).

Рис. 5.59

Временные диаграммы приведены на рис. 5.60.

Рис. 5.60

Как и в предыдущем случае, состояние выхода определяется знаком е _д:

- когда е _д >0, то U _вых =+Е _п,

- когда е _д <0, то U _вых =-Е _п.

При переходе через нуль происходит смена состояния выхода. Моменты равенства = 0 определяют длительности импульсов t ₁ и t ₂ (см. рис. 5.60):

где

5.11.3. Генератор пилообразного напряжения (ГПН) может быть реализован на основе интегратора (см. рис. 5.37), в котором на вход подается постоянное напряжение U _вх =const, а кон­денсатор С периодически шунтируется ключом, управляемым, напри­мер, от мультивибратора.

Задание

1. Разработать математическую модель автоколебательного мультивибратора.

2. Разработать автоколебательный мультивибратор с параметрами, указанными в таблице.

3. Выбрать элементы схемы и составить спецификацию на электрическую принципиальную схему.

№ пп	t1, мс	t2, мс	±Eп, В