3. Мультивибратор

Мультивибратор на основе ОУ

Мультивибратор – это автоколебательный генератор импульсных сигналов. В устройствах автоматики мультивибраторы применяются для формирования импульсных сигналов с заданными параметрами или тактовых генераторов. Принципиальная схема мультивибратора на основе ОУ приведена на рисунке 1.21,а, а временные диаграммы его работы – на рисунке 1.21,б.

Схема мультивибратора представляет собой инвертирующий триггер Шмидта, на вход которого подается напряжение с конденсатора времязадающей RC-цепочки, подключенной к выходу триггера. На выходе мультивибратора формируется напряжение U+max , или U-max . При положительном напряжении на выходе происходит заряд конденсатора С через резистор R по экспоненциальному закону. При достижении напряжения на конденсаторе порога переключения триггера напряжение на выходе ОУ изменяется на обратное и происходит перезаряд конденсатора до второго порога переключения триггера. Далее все процессы повторяются. На выходе мультивибратора формируется импульсная последовательность практически прямоугольной формы со скважностью близкой к двум (Рис.1.21,б).

Расчет временных параметров мультивибратора, т.е. определение длительностей формируемых импульсов и пауз производится на основе формулы для напряжения на конденсаторе в цепи первого порядка при импульсном входном сигнале:

Подставляя в эту формулу в качестве U0 соответствующее напряжение переключения триггера (от этого значения начинается процесс перезаряда конденсатора), в качестве U∞ соответствующее напряжение Umax , в качестве Uc – напряжение второго порога переключения и, решая полученные уравнения относительно t, получим следующие выражения для определения длительностей импульса t1 и паузы t2 мультивибратора:

Как следует из полученных выражений, длительности импульсов и пауз близки по величине, а разница определяется только неравенством положительного и отрицательного максимальных выходных напряжений ОУ. Поэтому данную схему часто называют симметричным мультивибратором. При необходимости получить различные длительности импульсов и пауз можно вместо резистора R в схеме включить параллельно два различных резистора с последовательно включенными и противоположно направленными диодами.

Частота колебаний, формируемых мультивибратором определяется по формуле: f=1/t1+t2. Форма выходных колебаний близка к прямоугольной, причем длительности фронтов определяются в основном максимальной скоростью нарастания выходного сигнала ОУ. Однако, при попытке сформировать сигнал с частотой превышающей 50÷100 кГц формируемые колебания будут по форме приближаться к трапецеидальным, т.к. длительности фронтов для ОУ широкого применения будут не менее нескольких микросекунд.

При расчете номиналов внешних компонентов мультивибратора всегда сначала задаются значением R времязадающей цепочки, а затем по заданным значениям временных параметров определяют необходимое значение С.