МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ОУ

Назначение, область применения и временные диаграммы работы мультивибраторов

Мультивибратоы – генераторы импульсов прямоугольной формы.

Мультивибраторы, построенные на операционных усилителях (ОУ) генерируют разнополярные импульсы прямоугольной формы.

Область применеия этих приборов:

- генераторы синхроимпульсов;

- задатчики временных интервалов;

- генераторы импульсов не только прямоугольной, но и треугольной формы;

- формирователи запускающих входных импульсов для блоков в схемах импульсных и цифровых устройств.

Несимметричные мультивибраторы позволяют получить различные соотношения между длительностями импульса и паузы, что расширяет возможности этих устройств.

u_{ВЫХ МВ}

U⁺_{ВЫХ max ОУ}

t

U^-_{ВЫХ max ОУ}

Рис.1 Диаграммы работы несимметричного мультивибратора

Расчет мультивибратора на операционном усилителе (ОУ)

Рассчитать схему мультивибратора (МВ), выполненного на базе операционного усилителя (ОУ), согласно заданным параметрам, приведенным в таблице 1:

U_{ВЫХ m} - амплитуда выходного напряжения МВ;

f_MIN - f_MAX - диапазон изменения частоты импульсов мультивибратора;

q_MAX - наибольшее значение скважности выходных импульсов МВ;

R_Н – сопротивление нагрузки..

Таблица 1.

№ варианта.	Схема МВ	Исходные параметры
		UВЫХ m, В	fMIN - fMAX, кГц	qMAX	RН, кОм
1	2 а	6,0	1,0…3,0	6	7,5
2	2 а	10,0	1,5…4,0	8	10
3	2 а	12,0	2,0…5,0	10	15
4	2 а	8,0	0,5…1,5	5	8,2
5	2 б	9,0	0,4…1,2	9	12
6	2 б	5,0	2,5…4	4	6,8
7	2 б	11,0	0,25…1,0	12	18
8	2 б	7,0	3…6	15	9,1

Порядок расчета

1. Выбираем тип ОУ – таблица 1, исходя из условия U_{ВЫХ ОУ max} ≥ 1,3 U_{ВЫХ m};

2. Для обеспечения требуемого значения выходного напряжения МВ включаем двусторонний ограничитель на стабилитронах VD3, VD4 с соответствующими напряжениями стабилизации - таблица 7.с четом выражения:

. U_{ВЫХ m} = U_СТ + U_{ПР VD}

либо в цепь ООС (параллельно R3, R4, R5 – схема 2 а), либо на выход МВ – схема 2 б - вместе с резистором R7.

3. Рассчитываем допустимое значение суммы сопротивлений (R1+R2) в цепи положительной обратной связи (ПОС) из условия ограничения выходного тока ОУ:

I_{Н макс} = I_СТ + U_{ВЫХ m} (1/ R_Н + 1/( R1+R2) +

+ 1/ R4) ≤ I_{Н max ОУ}

R1+R2 ≥ U_{ВЫХ m} /[(I_{Н max ОУ} - I_СТ– (U_{ВЫХ m} /R_Н) – (U_{ВЫХ m} / R4)],

где: I_{Н max ОУ} - максимально допустимый выходной ток используемой схемы ОУ (таблица 1);

(Принять первоначально значение R4 = 3,3 кОм)

4. определяем отношение æ=R1/(R1+R2) - из условия допустимого значения дифференциального напряжения на входе схемы ОУ

æ = (0,5 … 0,75)U_{ВХ ДИФ}/ U_{ВЫХ m}

5. определяем сопротивления резисторов R1 и R2 по найденным значениям суммы (R1+R2) и æ:

R1 = æ (R1+R2),

R2 = R1((1 - æ)/æ)

Принимаем R1 и R2 – стандартными по ряду Е24 - таблица 2.

6. Определяем параметры времязадающей цепи, задавшись значением

C1 = 30…300 нФ (тип конденсатора выбрать из таблицы 5)

Для заданного диапазона изменения частоты импульсов мв

f_MIN = 1/T_MAX = 1/С1(R3 +R4 + R5 + R6) ln(1+2R2/R1)

f_MAX = 1/T_MIN = 1/С1(R3 +R4 + R5) ln(1+2R2/R1)

отсюда

R_MIN = R3 +R4 + R5 = 1/f_MAX С1 ln(1+2R2/R1)

R_MAX = R3 +R4 + R5 + R6 = 1/f_MIN С1 ln(1+2R2/R1)

Наибольшее значение скважности выходных импульсов

q_max = T/ t _{И min} = 1 + (R₃ + R₅)/R₄

Принимаем R4 = R5 = 3,3…10 кОм - стандартные по ряду Е24.- таблица 2 (например, типа МЛТ – таблица 3)

R3 = R5(q_max - 2), R6 = R_MAX - R_MIN

П ринимаем R3; R6 –– регулировочные резисторы – таблица 4 ( по ряду Е6 - таблица 2)..

7. Выбираем диоды (VD1, VD2) – таблица 6 по:

• прямому току I_{ПР СР MAX} > U_{ВЫХ m} / R4

• обратному напряжению U_{ОБР MAX} > 2U_{ВЫХ m}

8. Заполняем таблицу «Перечень элементов»

ГЛИН на ОУ

ГЛИН – генераторы импульсов линейно изменяющейся формы.

Область применения этих приборов:

- генераторы развертки в осциллографах и телевизорах;

- задатчики временных интервалов;

- модуляторы импульсов по длительности и др.

ГЛИН, построенные на операционных усилителях, могут генерировать одно- и разнополярные импульсы треугольной формы с различными длительностями рабочего и обратного хода. , На рис.1 представлена схема, включающая интегратор и компаратор, замкнутые общей обратной связью.

На операционном усилителе DA1 собран компаратор – триггер Шмитта. Делитель на резисторах R1, R2 служит для задания уровня срабатывания и отпускания этой схемы, что определяет как период следования выходных импульсов всей схемы ГЛИН, так и их амплитуду. Интегратор собран на ОУ DA2. Постоянная времени интегрирования при формировании рабочего хода

_РАБ = (R5 + к R3)*С1;

при формировании обратного хода

_ОБР = (R4 + (1 – к) R3)*С1, к = 0…1

9. Амплитуда выходных импульсов ГЛИН: U_{ВЫХ m} = U_{КОМП m} *R1/R2

10. Период следования импульсов ГЛИН:

Т = 1/f_ВЫХ = 2 (R3 + R4 + R5)C1(R1/R2)

11. Длительность рабочего хода t_Р = 2_РАБ(R1/R2)

12. Длительность обратного хода t_О = 2_ОБР(R1/R2)

13. Смещение импульсов по вертикали ΔU_{ВЫХ m} = ± Е₀.

Расчет и выбор элементов схемы ГЛИН на ОУ

Рассчитать схему генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), выполненного на базе операционных усилителей (ОУ), согласно заданным параметрам, приведенным в таблице 1:

U_{ВЫХ m} - амплитуда выходного напряжения ГЛИН;

U_{КОМП m} - амплитуда напряжения на выходе компаратора;

f - частота выходных импульсов ГЛИН;

q_MAX - наибольшее значение соотношения длительностей рабочего и обратного хода;

R_Н – сопротивление нагрузки..

Таблица 1.

№ варианта.	Исходные параметры
	UВЫХ m, В	ΔUВЫХ m, В	UКОМП m, В	f, кГц	qMAX	RН, кОм
1	2,0	1,0	4,0	2	4	5,1
2	3,0	0	8,0	4	5	6,2
3	4,0	2,0	10,0	5	6	10
4	5,0	2,5	12,0	6	8	12
5	2,0	0	6,0	2,5	6	4,7
6	3,0	- 1,5	7,0	1,5	4	6,8
7	4,0	0	9,0	1	8	7,5
8	5,0	- 2,5	11,0	3	5	9,1

В В процессе расчета следует выбрать тип ОУ, напряжения источников питания Е₁ и Е₂ (обычно они равны по модулю), рассчитать и выбрать стандартные значения сопротивлений резисторов и емкости конденсатора времязадающей цепи.