69) Мультивибраторы на основе базовых логических элементов

Положим в момент t0 напряжение u_вых1(t0)=U¹, аu_вых2(t0)=U⁰. если ток через конденсатор С1 не протекает, то напряжение на нем u_С1=U⁰, а на входе ЛЭ1 u_вх1=0. В схеме протекает ток зарядки конденсатора С2 от ЛЭ1 через резистор R2.

Напряжение на входе ЛЭ2 по мере зарядки С2 уменьшается, но пока u_вх2= u_R2>Uпор, ЛЭ2 находится в состоянии нуля на выходе. В момент времени t1 u_R2(t1)=u_вх2(t1)=Uпор и на выходе ЛЭ2 u_вых2(t1)=U¹. в результате на вход ЛЭ1 через конденсатор С1, который заряжен до напряжения U⁰ подается напряжение u_вх1(t1)=U¹ – U⁰ >Uпор и ЛЭ1 переходит в состояние нуля u_вых1(t1)=U⁰. Т.к. напряжение на выходе ЛЭ1 уменьшилось, то С2 начинает разряжаться. В результате на резисторе R2 возникнет напряжение отрицательной полярности, откроется диод VD2 и конденсатор С2 быстро разрядится до напряженияu_С2=U⁰. После окончания этого процесса напряжение на входе ЛЭ2 u_вх2=0.

Одновременно в схеме протекает процесс зарядки конденсатора С1 и с течением времени напряжение на входе ЛЭ1 уменьшается. Когда в момент времени t2 напряжениеu_вх1(t2)= u_R1(t2)= Uпор, u_вых1(t2)=U¹, , u_вых2(t2)=U⁰. Процессы начинают повторяться. Опять происходит зарядка конденсатора С2, а конденсатор С1 разряжается через открытый диод VD1. поскольку сопротивление открытого диода намного меньше сопротивления резисторов R1 и R2, разрядка конденсаторов С1 и С2 происходит быстрее чем их зарядка.

Длительность импульса определяется из формулы: 

Длительность паузы определяется по формуле: 

70) Мультивибраторы на основе оу

Автоколебательный режим работы создается благодаря подключению к инвертирующему входу ОУ времязадающей цепи из конденсатора С и резистора R.

П редположим до момента t1 напряжение между входами ОУu₀>0. Это определяет напряжение на выходе ОУ u_вых= –U^-_вых max и на его неинвертирующем входе u₍₊₎= –χU^-_выхmax , где χ=R1/(R1+R2) – коэффициент передачи цепи положительной обратной связи. Наличие на выходе схемы напряжения – U^-_вых max обуславливает процесс заряда конденсатора С через резистор R с полярностью, указанной на рис.1 без скобок. В момент t1 экспоненциально изменяющиеся напряжение на инвертирующем входе ОУ достигает напряжения на неинвертирующем входе –χU^-_выхmax. Напряжение u₀ становится равным нулю, что вызывает изменение полярности напр-ия на выходе ОУ: u_вых= U⁺_выхmax. Напряжение u₍₊₎ изменяется и становится равным u₍₊₎= χU⁺_вых max, что соответствует u₀<0 и u_вых= U⁺_вых max.

С момента t1начинается перезаряд конденсатора от уровня напряжения –χU^-_выхmax . Конденсатор стремиться перезарядиться в цепи с резистором R до уровня U⁺_вых max с полярностью напряжения в скобках. В момент времени t2 напряжение на конденсаторе достигает значения χU⁺_вых max. Напряжение u₀ становится равным нулю, что вызывает переключение ОУ в противоположное состояние. Далее процессы повторяются.

71)Ждущие мультивибраторы

Обычное назначение ждущего мультивибратора – получение одиночного импульса заданной длительности. Отсчет длительности импульса начинается от фронта (или уровня) специального запускающего импульса. Для того, чтобы перейти от схемы автоколебательного к схеме ждущего мультивибратора, необходимо ввести дополнительно цепь запуска и цепь “торможения”. Схема одновибратора приведена на рис. 34а.

Рис. 34. Схема одновибратора (а) и временнaя диаграмма его работы (б)

Если выходное напряжение ОУ отрицательное максимальное, то диод VD1 открыт, и напряжение на времязадающем конденсаторе u_c небольшое отрицательное, равное примерно 0,5 В. При правильном выборе параметров схемы напряжение на неинвертирующем входе ОУ

,

поэтому при отсутствии запускающего импульса U_зап схема находится в устойчивом состоянии. По приходе положительного запускающего импульса достаточной амплитуды операционный усилитель за счет положительной обратной связи переключается в такое состояние, при котором его выходное напряжение равно +U_м. Диод VD2 закрывается и на р-входе ОУ устанавливается напряжение U_п, определяемое выражением (37). К времязадающей цепи RCтеперь приложено напряжение +U_м, под действием которого закрывается диод VD2 и начинается заряд конденсатора С. Когда, спустя время t₁, напряжение u_cдостигнет порога U_п, операционный усилитель переключится и вернется в первоначальное состояние. Конденсатор С начнет разряжаться и, спустя промежуток времени t_р, называемый временем релаксации, напряжение u_c станет отрицательным, диод VD1 откроется и цикл закончится.

Процессы в схеме описываются тем же уравнением (38), но начальное условие иное, и его решение для одновибратора имеет вид:

u_c(t) = U_M - (U_M + U_Д)e^-t/RC,

где U_Д – падение напряжения на открытом диоде VD1. Отсюда по условию u_c(t₁) = U_п найдем длительность импульса одновибратора:

t₁ = RCln{[1 + (R₁/R₂)][1 + (U_Д/U_М)]}.

Из последнего выражения видно, что длительность импульса одновибратора зависит от выходного напряжения насыщения ОУ, которое, в свою очередь определяется напряжением питания. Другим недостатком рассмотренной схемы является значительное время релаксации, в течение которого на одновибратор нельзя подавать запускающий импульс (иначе будет сокращена длительность выходного импульса). Эти недостатки отсутствуют у одновибратора, выполненного на специализированных ИМС, называемых аналоговыми таймерами.