Мультивибратор

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

Схема мультивибратора показана на рис. 4.18. 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.4.18..

Работа мультивибратора. Временные диаграммы приведены на рис.4.18. 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_{выхюмах} 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 tп 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 повторения

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. 4.3.5. 57.Мультивибратор

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

Схема мультивибратора показана на рис. 4.18. 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.4.18..

Работа мультивибратора. Временные диаграммы приведены на рис.4.18. 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_{выхюмах} 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 tп 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 повторения

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.