Релаксационные генераторы

Наибольшее распространение получили генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения.

Генераторы прямоугольных импульсов делятся на мультивибраторы и блокинг-генераторы. Они могут быть построены на дискретных, логических элементах или на операционном усилителе.

Мультивибраторы состоят из двух транзисторов, соединённых таким образом, что один из них полностью открыт и насыщен, а другой закрыт. В зависимости от используемых элементов ОС все мультивибраторы можно разделить на три типа:

1)Бистабильный мультивибратор, который может оставаться сколь угодно долго в одном из двух устойчивых состояний. Чтобы переключить его из одного состояния в другое, необходимо подать внешний запускающий импульс. Мультивибратор остаётся в этом другом состоянии, пока на него не воздействует второй внешний импульс, и т.д.

2)Моностабильный мультивибратор, который имеет лишь одно устойчивое состояние равновесия. Под воздействием внешнего импульса он переключается в другое состояние и остаётся в этом состоянии квазиравновесия в течение отрезка времени, который определяется постоянной времени элементов ОС, после чего самостоятельно возвращается в исходное состояние.

3)Автоколебательный мультивибратор, который является генератором свободных колебаний. Он не имеет определённого устойчивого состояния и непрерывно переходит из одного состояния квазиравновесия в другое и обратно и т. д.

Автоколебательный мультивибратор

К онтур обратной связи характеризуется двумя постоянными времениС1R1 и C2R2. Когда включается источник питания, через один из транзисторов проходит больший ток, чем через другой. Благодаря наличию цепи ОС это приводит к тому, что один из транзисторов приходит в состояние насыщения, а другой – в состояние отсечки. Пусть транзистор Т1 открыт и насыщен, а Т2 закрыт. Затем С1 заряжается до –U и удерживает Т2 в запертом состоянии. Конденсатор С1 начинает разряжаться через резистор R2, пытаясь перезарядиться до +U. В момент, когда потенциал источника – 2 проходит через 0, транзистор Т2 открывается, закрывая транзистор Т1. Конденсатор С1 теперь скачком перезаряжается в отрицательном направлении, сохраняя транзистор Т1 закрытым. Как только С2 разрядится через R2, откроется транзистор Т1 ит. Д. Выходной сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов снимается с коллектора из транзисторов.

Мультивибраторы на основе логических элементов обычно используют в цифровых устройствах.

Логические схемы Э3 и Э4 служат для создания режима мягкого самовозбуждения колебаний в схеме. При включении питания и возможном появлении на обоих выходах элементов Э1 и Э2 сигналов логической 1 срабатывают элементы Э3 и Э4. На вход Э2 поступает высокий уровень напряжения, который вызывает переключение Э2 в состояние логического 0 на выходе и приводит к возникновению режима автоколебаний

Рисунок - Принципиальная схема

автоколебательного мультивибратора на элементах И-НЕ.

Для построения мультивибраторов всё чаще используются ОУ.

При подаче питания на инвертирующий вход ОУ поступает напряжение U1=0, так как конденсатор С не успевает зарядиться, а на неинвертирующий вход с делителя R1R2 – напряжение U2. Полярность U2 определяется полярностью напряжения на выходе ОУ. Пусть U2 то, при этом конденсатор С начнёт заряжаться через резистор R(интервал 0-t,) стремясь зарядиться до +Uвых мах. В момент t, напряжение на С достигнет уровня +U2, а потом немного превысит его, то есть напряжение на инвертирующем входе ОУ окажется больше, чем на неинвертирующем.

Выходное напряжение ОУ при этом скачком изменит свою полярность, становится равным-Uвых мах и начинает перезарядку конденсатора С в противоположном направлении. Как только напряжение U достигнет уровня – U2(момент t), полярность выходного напряжения вновь изменится, т.е. становится положительной. Затем начинается перезарядка С и процесс повторяется.