Мультивибратор на основе оу

Мультивибратор - это генератор прямоугольных импульсов. Мультивибратор преобразует постоянное напряжение источника питания в импульсное напряжение прямоугольной формы заданного периода следования, скважности и амплитуды.

Мультивибратор (рис. 22) состоит из хронирующей цепи (резистора и конденсатора ), которая определяет временные параметры периодической последовательности прямоугольных импульсов и триггера Шмидта.

Рис. 22. Схема симметричного мультивибратора

Временная диаграмма работы мультивибратора представлена на рис.23. При включении питания ОУ напряжение на выходе принимает одно из значений или. . Рассмотрим случай когда напряжение на выходе принимает значение , под его действием через резистор заряжается конденсатор (интервал 0-1), напряжение на конденсаторе увеличивается, стремясь к . В точке 1 напряжение на конденсаторе принимает значение напряжения срабатывания , происходит переключение компаратора, напряжение на его выходе принимает значение . На интервале 1-2, из-за изменения полярности напряжения на выходе мультивибратора начинается процесс перезаряда конденсатора. Напряжение на конденсаторе уменьшается, стремясь к . В точке 2 напряжение на конденсаторе становится меньше напряжения отпускания , происходит переключение компаратора, напряжение на его выходе принимает значение .

Рис.23. Временная диаграмма работы мультивибратора

Далее процессы заряда и разряда конденсатора продолжаются аналогичным образом. В результате на выходе мультивибратора формируются импульсы прямоугольной формы длительностью , с паузой и периодом следования .

Процесс заряда описывается уравнением

решение которого имеет вид

где - напряжение на конденсаторе при ;

- напряжение на конденсаторе при ;

Для определения воспользуемся последним уравнением , в котором, как видно из временной диаграммы (рис. 23):

Разрешая это уравнение относительно , получим

Для определения , поступая аналогично, получим

Если и ,

Мультивибратор, у которого , а скважность , называют симметричным.

Рис. 24. Варианты цепей заряда хронирующего конденсатора несимметричного мультивибратора:

а - , b - , с – универсальный

Для получения скважности заряд конденсатора производят по цепям, варианты которых показаны на рис.24. а, b, c.

Поскольку сопротивление в цепи заряда конденсатора зависит от направления тока, то для цепи а

для цепи b

для цепи c

Временная нестабильность генератора определяется, в основном, постоянством параметров хронирующей цепи

где относительное изменение сопротивления резистора, которое зависит от температуры

относительное изменение ёмкости конденсатора

При расчете схемы следует соблюдать условия ограничения по предельным режимам работы операционного усилителя. Так дифференциальное и синфазное напряжения не должны превосходить допустимые значения

Дифференциальное напряжение принимает наибольшее значение справа от точки 1, т.е. после переключения ОУ

Если учесть, что ОУ не нагружён, то

Отсюда следует, что при выборе резисторов и следует соблюдать неравенство

Синфазное напряжение принимает наибольшее значение слева от точки 1, т.е. до переключения ОУ

Выбор значений сопротивлений , , в схеме производят с учетом максимально допустимого тока операционного усилителя

Выходной ток ОУ образуется из трёх составляющих: тока нагрузки , тока обратной связи и тока заряда ёмкости , который максимален в момент переключения ОУ

Если учесть, что , то

В случае несимметричного мультивибратора это условие должно выполняться для наименьшего сопротивления зарядной цепи.