Мультивибраторы на операционных усилителях

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 28Следующая ⇒

Принципиальная электрическая схема мультивибратора на ОУ в общем случае содержит времязадающие цепи R₁– C, R₂– C с разделительными диодами VD1, VD2 и компаратор на операционном усилителе DA с положительной обратной связью, образованной резисторами R₃, R₄ (рис. 8.38).

Рассмотрим работу схемы, начиная с момента времени t₁ (рис. 8.39), когда , открыт диод VD₁ и конденсатор С заряжается с выхода ОУ через резистор R – с постоянной времени t₁= R₁C. На инвертирующий вход DA подаётся нарастающее по экспоненте напряжение u_ВХ2 конденсатора С, а на прямой – напряжение положительной обратной связи:

Рис. 8.38

Рис. 8.39

В момент времени t₂ напряжение u_ВХ2достигает значения U₀ и происходит лавинообразное переключение компаратора, которое завершается при

Начиная с этого момента, выполняется условие

компаратор находится в состоянии отрицательного насыщения, а конденсатор С перезаряжается по цепи общая точка (ОТ) – С – VD₂ – R₂– выход DA с постоянной времени t₂=R₂C.

В момент времени t₃ напряжение u_ВХ2 снижается до значения – U₀ и вновь происходит лавинообразное переключение компаратора, завершающееся при . При t > t₃ u_ВХ1= U₀> u_ВХ2 и пока выполняется это условие конденсатор С вновь заряжается с выхода DA через диод VD₁ с постоянной времени t₁=R₁C, т.е. процессы в схеме повторяются.

Параметры генерируемых импульсов определяются из формул

; t_П = t₂ln(1 + 2R₄/ R₃);

T = t_И + t_П = (t₁ + t₂)ln(1 + 2R₄/ R₃); .

Схема симметричного мультивибратора. Мультивибратор является автоколебательной схемой. Выход мультивибратора изменяет свое состояние на противоположное за счет действия времязадающей RC цепи. Составной частью мультивибратора (рис. 8.40, а) является схема триггера Шмитта. При изображении мультивибратора к триггеру Шмитта добавляют времязадающую RC цепь, которая действует на инвертирующий вход ОУ вместо источника внешнего входного сигнала.

а)

б)

Рис. 8.40

Будем рассматривать работу мультивибратора с момента подачи питания в схему. При подаче питания выход примет значение +U_нас или -U_нас (рис. 8.40, б). В первый момент конденсатор С разряжен и напряжение между входами равно U_оп. При установке в исходное состояние конденсатор С начинает заряжаться. Между входами ОУ напряжение U_оп-U_с, т.к. U_оп> U_с, то U_оп определяет выход ОУ. Когда U_с достигнет U_оп, произойдет переключение ОУ на противоположное. В момент равенства этих напряжений ОУ начинает работать в соответствии с его свойствами. Так как при этом напряжение между входами близко к нулю и меняет знак на противоположный, то и выходное напряжение меняется на противоположное. При изменении знака выходного напряжения меняется знак опорного и конденсатор начинает перезаряжаться по пунктирной стрелке. Когда положительное напряжение на конденсаторе сравнивается с положительным опорным (момент времени t₂), выходное напряжение ОУ изменится на противоположное.

При включении схемы интервал (0 – t₁) короче, чем последующие интервалы. Для установившегося режима:

t₁=t₂=t₃=...; T=t₁+t₃º R₃C₁; f=1/T.

В симметричном мультивибраторе R₁= R₂=R:

, , .

Рис. 8.41

Одновибраторы на операционных усилителях. Схема одновибратора на ОУ приведена на рис. 8.41, а (диаграмма работы на рис. 8.41, б). Она подобна схеме симметричного мультивибратора и отличается от неё наличием блокирующего диода VD₁ и цепи запуска (C₂, R₅, VD₂). Диод VD₁ препятствует перезаряду времязадающего конденсатора C₁ до отрицательной полярности и обеспечивает исходное состояние («ждущий» режим) устройства.

В исходном состоянии и диод VD1 открыт током, протекающим по цепи: ОТ –R- выход DA. Напряжение на инверсном входе DA u_ВХ2=u_С1=0, а на прямом , в силу чего это состояние устройства устойчиво. При подаче в момент времени t₁ запускающего положительного импульса ток, протекающий через резистор R₄ становится положительным, u_ВХ1> 0 и компаратор регенеративно переключается. Выходное напряжение скачком принимает значение и начинается интервал формирования выходного импульса. По окончании входного импульса компаратор не изменяет своё состояние, т.к. теперь

Диод VD₁ запирается и конденсатор C₁ начинает заряжаться по цепи: выход DA – R – C₁ – OБЩАЯ ШИНА. Формирование импульса заканчивается в момент зарядки конденсатора до напряжения U₀₂ (при t₂). В этот момент выходное напряжение скачком принимает исходное значение , а конденсатор C₁ начинает перезаряжаться по цепи: ОТ – C₁– R –выход DA. Стадия восстановления заканчивается в момент t₃, когда u_C₁= 0 и отпирается VD₁, препятствуя заряду конденсатора в обратной полярности.

Длительность формируемого импульса и интервала восстановления одновибратора определяются из выражений

t_И=RC₁× ln =t× ln , t_В=RC₁ln =t× ln .

Регулирование длительности импульса t_И одновибратора осуществляется изменением t либо изменением соотношения R₄/R₃.

Сопоставляя различные варианты реализации мультивибраторов, необходимо отметить, что наиболее просты схемы на логических элементах. Однако эти устройства имеют невысокую стабильность и ограниченные возможности регулирования параметров генерируемых импульсов из-за сильной зависимости их от параметров ИМС. Наилучшие показатели имеют генераторы на ОУ, в которых параметры t_И, t_П, T, q зависят только от параметров внешних цепей, что обусловило их широкое применение. Однако они более сложны в реализации. Генераторы импульсов на транзисторах по стабильности параметров и регулировочным свойствам занимают промежуточное положение между схемами на ИМС и ОУ, проигрывая им в габаритах.

Контрольные вопросы

1. Кратко изложите устройство и принципы дифференциального каскада усиления.

2. Приведите эквивалентную схему ОУ.

3. Охарактеризуйте параметры дифференциального каскада усиления.

4. Проанализируйте структуру ОУ.

5. Перечислите основные свойства и характеристики ОУ.

6. Приведите схему компаратора на ОУ и изложите принципы его функционирования.

7. Как осуществляется компенсация входных токов и смещение нуля в ОУ?

8. Приведите схему инвертирующего и неинвертирующего усилителей с отрицательной обратной связью на ОУ.

9. Операционные схемы на ОУ. Устройство и принцип действия сумматоров и интегратора на ОУ. Уравнения и передаточные функции.

10. Приведите частотные свойства и условия самовозбуждения ОУ.

11. Приведите устройство и изложите принцип действия автоколебательного мультивибратора на ОУ.

12. Приведите устройство и изложите принцип действия ждущего мультивибратора на ОУ.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒