1.3.9 Триггер Шмидта

Триггер Шмидта имеет два состояния устойчивого равновесия и преобразует аналоговый сигнал в импульсный.

На рисунке 1.25,а приведена принципиальная схема триггера, на рисунке 1.25,б – его передаточная характеристика.

Резисторы  и   создают положительную обратную связь, которая обеспечивает лавинообразное  переключение выхода триггера из положительного в отрицательное и наоборот. Пороговые напряжения (см. рисунок 1.25,б), при которых происходит переключение триггера, определяются как:

Из рисунка 1.26 видно, что при U_вх = 0, на выходе , так как на неинвертирующем входе U_вх⁺  U_оп>0. Когда  U_вх возрастет до , равное смещению U_вх⁺ триггер переключается в . За счет положительной обратной связи ,  теперь смещение на U_вх⁺ станет равным . Когда U_вх уменьшится до , произойдет обратное переключение триггера в  и т.д.

Так как пороговое напряжение меняется от одного значения к другому скачком, триггер является управляемым  компаратором,

1.4 Генераторы электрических сигналов

1.4.1 RC-генератор синусоидальных колебаний

Достоинствами RC-генератора синусоидальных колебаний – на  ОУ являются простота, дешевизна, малые масса и габариты и недостатком – невысокая стабильность частоты генерации.

Рассмотрим схему генератора с мостом Вина (см. рисунок 1.27).

Мост Вина (элементы R­₁, R₂, C₁,  C₂ ) создает положительную обратную связь. Коэффициент передачи звена обратной связи равен

 на  квазирезонансной частоте .

 

 

 

 

 

 

Е сли  и , то , .

На рисунке 1.28 приведены АЧХ и ФЧХ моста Вина, из которого видно, что на квазирезонансной частоте  фазовый сдвиг  равен нулю, а коэффициент передачи звена обратной связи равен 1/3. Таким образом выполняется условие баланса фаз , так как фазовый сдвиг усилителя  также равен нулю, потому что сигнал обратной связи подан на неинвертирующий вход.

На схеме (см. рисунок 1.27)  сопротивление R включено для подстройки глубины отрицательной обратной связи, которая необходима для выполнения условия баланса амплитуд . Встречно-параллельные диоды VD₁ и VD₂ включены для стабилизации амплитуды выходного сигнала. При слишком больших U_вых диоды попеременно входят в состояние прямой проводимости и увеличивают амплитуду сигнала отрицательной обратной связи, уменьшая коэффициент усиления сигнала.

1.4.2 Генераторы релаксационных колебаний

1.4.2.1 Автоколебательный мультивибратор

Основными свойствами интегральных операционных усилителей (ОУ), используемых при построении импульсных генераторов, является большое входное (сотни килоом) и малое (десятки омов) выходное сопротивление, большой (сотни тысяч) коэффициент усиления и наличие двух парафазных входов. Полярность выходного напряжения ОУ определяется большим из напряжений U⁺_вх и _вх на неинвертирующем и инвертирующим входах соответственно.

 Принцип построения генераторов прямоугольных импульсов на ОУ основан на получении замкнутой резисторной или резисторно-емкостной цепи положительной обратной связи (ПОС) при соединении выхода ОУ с его неинвертирующим входом. ПОС обеспечивает возникновение лавинообразных процессов.

Рассмотрим работу автоколебательного мультивибратора на ОУ, в котором ПОС обеспечивается делителем напряжения R₁, R₂ (см. рисунок 1.29,а) от выхода к неинвертирующему входу. Переключение мультивибратора из одного квазиустойчивого равновесия в другое происходит за счет релаксационного изменения _вх.

Если в момент t=0 (см. рисунок 1.29,б) включить источник питания ОУ, начинает расти выходное напряжение U_вых, за счет делителя R₁, R₂ напряжение на неинвертирующем входе U⁺_вх тоже возрастает, а это приводит к еще большему увеличению U_вых. В результате лавинообразного процесса выходное напряжение U_вых скачкообразно увеличивается до  Е⁺, а входное U⁺_вх  до E⁺, где ^-= R₂/(R₁ +R₂), Е – напряжение источника питания интегрального операционного усилителя. _вх при этом измениться не успевает и равно нулю. Начинается заряд конденсатора С через R. Это приводит к увеличению _вх, стремящегося к Е⁺ с постоянной времени _зар =RC . В момент t₁, когда _вх = U⁺_вх =E⁺ скачкообразно изменяется режим и U _вых изменяется до  , а U⁺_вх = . Процесс этот происходит лавинообразно.

Конденсатор С, соединенный положи-тельной обкладкой к , а отрицательной – к корпусу, стремится перезарядиться до  по цепи: +С, R, выход ОУ, –С. В момент t₂, когда _вх =– , снова происходит опроки-дывание.

Процессы эти периодически повторяются.

Длительность импульса равна

.

Период повторения импульсов

.

Скважность Q=T/t_u =2.

Д ля построения мультивибратора со скважностью Q2 необходимо, чтобы цепь заряда отличалась от цепи разряда (см. рисунок1.30).  Заряд идет по цепи: U_вых, R^’, VD1,  С, корпус, разряд – по цепи: +С, VD2, R^’’, корпус, –С. Длительность положительного импульса

.

Длительность отрицательного импульса

.

Скважность