3.5.2 Особливості й фізичні явища. Принцип дії.

0. 3.5.2.1 Компаратор

Компаратор змінює рівень вихідної напруги, коли рівні вхідних сигналів, що безупинно змінюються, стають рівними. На рис. 3.21 наведена схема компаратора на ОП для порівняння напруг одного знака. Компаратори випускаються у вигляді мікросхем.

Вихідна напруга:

Рисунок 3.23 - Схема компаратора на ОП для порівняння напруг одного знака

3.5.2.2 Тригер Шмітта

Тригер Шмітта є граничним елементом, рівні включення й вимикання якого не збігаються. Різниця в рівнях називається гістерезисом перемикання. Тригер Шмітта може бути побудований на двох транзисторних каскадах посилення, охоплених додатним зворотним зв'язком, на компараторі з додатним ОЗ, логічних елементах, у вигляді мікросхем, наприклад, ДО155ТЛ1 (два тригера Шмітта з елементами И на вході). На рис. 3.24,а представлена схема тригера Шмітта на ОП, на рис. 3.24,б, наведено формування напруги прямокутної форми з синусоїдального.

Рисунок 3.24 - а) - схема тригера;

б) - формування напруги прямокутної форми із синусоїдальної

0. 3.5.2.3 Мультивібратори

Мультивібратори працюють у режимі самозбудження і процес одержання імпульсної напруги ґрунтується на перетворенні енергії джерела постійного струму.

Е1

Е2

Рисунок 3.25 - Схема мультивібратора на елементах НІ

Мультивібратори іноді називають релаксаційними генераторами (релаксаторами). Релаксатори, як і тригери, відносяться до класу спускових пристроїв. Вони засновані на застосуванні підсилювачів із гнучким (діючим тільки в перехідні процеси) додатним зворотним зв'язком на біполярних або польових транзисторах, логічних елементах і операційних підсилювачах в інтегральному виконанні або електронних приладах із негативним диференціальним опором, наприклад, тунельних діодах, одноперехідних транзисторах або тиристорах. На відміну від тригерів, що володіють двома станами стійкої рівноваги, мультивібратори мають стани квазірівноваги, які характеризуються порівняно повільними змінами струмів і напруг, що приводять до деякого критичного стану, при якому створюються умови для стрибкоподібного переходу мультивібратора з одного стану в інше. На рисунку 3.25 - наведена схема мультивібратора на логічному елементі НІ (у якості яких можуть бути використані елементи АБО-НІ або І-НІ з об'єднаними входами). Входи елементів НІ з'єднані через відповідні резистори із джерелом ЕРС. +Е, що трохи перевищує за рівнем логічну 1.

Конденсатори С₁ і С₂ включені в ланцюг зворотного зв'язку з виходу одного елемента на вхід іншого елемента. Для зменшення часу відновлення включені діоди VD₁, VD₂, які відкриваються на час розрядки відповідного конденсатора C₁ або С₂.

Стан квазирівноваги («1» на виході одного елемента й «0» на виході іншого) утримується протягом часу, необхідного для перезарядження конденсатора С₁ (або С₂ ) до рівня, що відповідає порогу спрацьовування елемента Е₁ (або Е₂). Після цього стан логічних елементів змінюються на протилежні й процеси повторюються. На виходах 1 і 2 мультивібратор генерує прямокутні імпульси протилежної полярності. Розглянемо роботу мультивібратора з моменту часу перемикання Е₂ в «0». У первісний момент часу й на вході Е₁ буде нульовий рівень сигналу, а на виході Е₁ –«1». По ланцюзі +Е – R₁ – C₁ — -Е₂ починається заряд конденсатора, що приводить до підвищення напруги на вході і при досягненні граничного значення цієї напруги відбудеться перемикання Е₁ в «0», а елемента Е₂ – в «1». Із цього моменту часу починається заряд конденсатора C₁ по ланцюзі +Е – R₂ – C_{1 –}Е₁ і розряд конденсатора С₂ по ланцюзі С₂ – VD₁ + Е -Е₂, тривалість імпульсу визначається часом заряду конденсатора.

(1)

де – рівень логічної одиниці;

– граничний рівень логічного елемента.

R

uвих

Uc

+Umвих

C

DA

A

t

►

B

t₁

t₂

R2

Uвих

tu

+Umвих

R1

u_A,u_B

u_A

u_B

t

а) б)

Рисунок 3.26 - Схема (а) й тимчасова діаграма (б) роботи мультивібратора на операційному підсилювачі

При R₁=R₂=R і С₁=С₂=С, імпульси симетричні. На рис. 3.26 наведена схема й часова діаграма роботи мультивібратора на операційному підсилювачі. Мультивібратор виконаний на основі тригера Шмідта, що інвертує, у якому від’ємний зворотний зв'язок здійснюється через RC - ланцюг, а додатна через дільник на резисторах R1,R2.

Розглянемо роботу мультивібратора. При включені напруга живлення на виході операційного підсилювача +Umвих . На вході В операційного підсилювача буде напруга додатної полярності.

(2)

Через резистор R починається перезаряд конденсатора. Напруга на конденсаторі прагне до Коли досягне рівня , напруга стрибком змінюється до , тому що , те конденсатор С починає перезаряджатися від до , і зворотне перемикання відбувається при . Потім процес періодично повторюється. Напруги і визначаються за виразом (2).

Тривалість імпульсу мультивібратора

,

(3)

а період .