3.2. Мультивибратор на таймере кр1006ви1
Существует много схемных решений получения периодических прямоугольных импульсов, в том числе и на таймерах [2, 4, 5]. Они имеют свои достоинства и недостатки, поэтому целесообразно рассмотреть базовую схему, раскрывающую основные эксплуатационные показатели (рис. 3.2).
Рис. 3.2
Работа мультивибратора в автоколебательном режиме основана на автоматической зарядке и разрядке конденсатора Сt. После подачи напряжения питания конденсатор Сt начинает заряжаться от 0 до напряжения питания, которое практически существует на выходе (вывод 3). Но как только через отрезок времени t0 (рис. 3.3) напряжение на конденсаторе достигнет 2Uп/3, состояние таймера изменится.
Рис. 3.3
На его выводах 3 и 7 напряжение станет равным 0 и конденсатор Сt начнет разряжаться по цепи R1 – вывод 7 – общая шина через открытый внутренний транзистор VT1. Через время t2 произойдет разряд конденсатора, но не до нуля, а до напряжения Uп/3. Снижение напряжения на конденсаторе меньше этой величины приводит к изменению состояния таймера, на выходе устанавливается напряжение, близкое к напряжению питания. В таком состоянии по выводу 7 таймер обладает огромным сопротивлением и тогда по цепи Uп – Rt – R1 происходит заряд конденсатора Сt. Рабочий цикл таймера в режиме мультивибратора определяется суммарным временем заряда конденсатора Сt от Uп/3 до 2Uп/3 и временем разряда от 2Uп/3 до Uп/3, то есть период колебаний будет равен Т = t1 + t2 . Временной отрезок t0 характеризует время выхода таймера на рабочий режим и определяется из уравнения заряда конденсатора до величины 2Uп/3:
Uп (1 – e– t0 / (Rt + R1) Ct) = 2Uп/3. (3.1)
Упрощая и логарифмируя по натуральному основанию (3.1), получим:
(3.2)
Определим время заряда t1 конденсатора в рабочем цикле (участок bс на рис. 3.3). Если бы не было ограничения на заряд конденсатора на уровне 2Uп/3, то он бы продолжал заряжаться до напряжения Uп, а по отношению к заряду в точке b подзарядился бы на 2Uп/3. А так как он заряжается в течение времени t1, то подзарядится всего лишь на Uп/3:
2Uп/3(1 – e – t1 / (Rt + R1) Ct) = Uп /3. (3.3)
Упрощая (3.3), получим:
. (3.4)
Аналогично рассуждая с учетом, что конденсатор разряжается через резистор R1, получим время разряда t2:
.
(3.5)
Период колебаний составит:
, (3.6)
а частота генерируемых прямоугольных колебаний составит:
f =1/T = 1,443/ (Rt +2 R1)·Ct. (3.7)
Надо обратить внимание, что в формулах (3.4)–(3.7) нигде не присутствует напряжение питания. Из этого следует, что от него временные параметры не зависят.
Кроме того необходимо отметить, что длительность импульса и длительность паузы не одинаковы из-за различных параметров цепей заряда и разряда. Так как (Rt + R1) > Rt, то длительность заряда больше, чем время разряда (t1 > t2).
Одним из параметров, характеризующих работу генераторов прямоугольной волны, является скважность q = T/t1 выходных импульсов. Для симметричного мультивибратора с одинаковой длительностью импульса и паузы скважность равна 2. Чтобы получить такую скважность необходимо обеспечить равенство сопротивлений цепей заряда и разряда. С этой целью параллельно резистору R1 включить шунтирующий его во время заряда диод VD1 (рис. 3.2) и величины сопротивлений R1 и Rt взять равными.
В тех случаях, когда скважность больше или меньше 2-х, требуемая длительность регулируется изменением сопротивлений в цепях заряда и разряда конденсатора Сt.