Пример решения задачи 4.2

Разработать схему симметричного мультивибратора на операционном усилителе К140УД11. Исходные данные к задаче:

- максимальное значение напряжения =10 В;

- длительность импульса =500 мкс;

- время фронта импульса = 2 мкс.

Необходимо осуществить расчёт и выбор из стандартного ряда сопротивлений и ёмкости генератора. Осуществить моделирование работы мультивибратора в среде Multisim.

Решение.

Мультивибратором называется автогенератор, предназначенный для получения периодически повторяющихся им­пульсов прямоугольной формы.

На рисунке 4.3 приведена схема исследуемого мультивибратора, вырабатывающего периодически повторяющиеся прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности одинаковой длительнос­ти. Такой мультивибратор называется симметричным.

Рисунок 4.3 – Симметричный мультивибратор на операционном усилителе

 

При выборе конкретного типа операционного усилителя для построения симметричного мультивибратора исходим из того, что он должен обеспечивать необходимую скорость нарастания выходного напряжения  и амплитуду импульса U_m < U_П.

Операционный усилитель К140УД11, имеет следующие параметры [8]:

– номинальное напряжение питания U_{пит ном} = ±15 В;

– коэффициент усиления K_{u ОУ} = 30000;

– максимально допустимое выходное напряжение U_выхmax = 12 В;

–скорость нарастания выходного напряжения V_u = 50 В/мкс;

– входное сопротивление R_вх = 0,4 МОм;

– минимальное сопротивление нагрузки R_{Н min}= 2 кОм.

Для обеспечения максимального значение напряжения импульса =10 В необходимо снизить напряжение питания до U_П =±12В, т.к. операционный усилитель обеспечивает U_{вых max} =12 В при номинальном напряжении питания   U_{пит ном} =±15 В.

Скорость изменения выходного напряжения, которую обеспечивает такой усилитель, выше требуемой  =5 В/мкс.

Из условий:

1) 10 ·R_{Н min}< R ₁ ≤ R_вх;

2) R ₂ +R ₃ > 10 ·R_Нmin;

3) R ₂= 10 ·R ₃.

Выбираем R ₁ = 5 0 кОм, R ₂ = 20 кОм, R ₃ = 2 кОм. Ёмкость конденсатора С ₁ рассчитывается из соотношения:

нФ.

Принимаем из стандартного ряда (приложение Б) С ₁ =56 нФ.

Для проверки правильности расчёта осуществим моделирование работы симметричного мультивибратора в среде Multisim.

Модель симметричного мультивибратора на ОУ КР140УД11 (LM318N8) приведена на рисунке 4.4, осциллограмма выходного сигнала на рисунке 4.5.

Рисунок 4.4 – Модель симметричного мультивибратора на ОУ

Рисунок 4.5 - Осциллограмма выходного напряжения мультивибратора

Результаты моделирования: U_m =10 В, t_И =500 мкс, что соответствует условию задачи.