5.3.3 Мультивибраторы на оу

Мультивибраторы – генераторы прямоугольных импульсов. В озможность создания мультивибратора на ОУ основывается на использовании ОУ в качестве порогового узла (компаратора).

К

U_ВЫХ

омпаратор на ОУ с положительной ОС (ПОС - R1, R2) – рис. 1, имеющий передаточную характеристику в виде петли (триггер Шмитта), является основой схемы мультивибратора, автоколебательный режим которого обеспечивается благодаря подключению к инвертирующему входу (в цепь ООС) времязадающей (интегрирующей) цепочки R3C1.

Принцип работы схемы

Пусть в момент времени t₁, U_ВЫХ = U⁺_{ВЫХ max ОУ}.

В тот же момент за счет ПОС на неинвертирующем входе устанавливается напряжение u⁺ = æ U⁺_{ВЫХ max ОУ} ,

где: æ = R₁/(R₁+R₂) – коэффициент передачи положительной обратной связи. При этом конденсатор C1 заряжается полярностью «+»; «-» (сверху вниз) через R3, стремясь достигнуть значения выходного напряжения.

Н о в момент времени t₂ напряжение на конденсаторе, то есть на инвертирующем входе достигает напряжения, равного напряжению на неинвертирующем входе, что в соответствии с принципом работы компаратора изменяет полярность выходного напряжения на противоположную т.е U_ВЫХ = U^-_{ВЫХ max ОУ}. С момента t₃ начинается перезарядка конденсатора и все повторяется, но с противоположным знаком..

Частота выходного напряжения МВ

f = 1/T = 1/(t_u1 + t_u2)=1/2t_u – для симметричной схемы.

t_u = τ ln(1+2R₁/R₂); τ = R3C1;

t_u = R3C1 ln(1+2R₁/R₂);

f= 1/2t_u =1 /2R3C1 ln(1+2R₁/R₂);

Несимметричный мультивибратор т.е.

t_u1 ≠ t_u2

Для получения такого результата необходимо задать различные постоянные

времени времязадающих целей, что обеспечивается диодами . VD1, VD2

При этом

τ1 = R3C1;` τ2 = R4C1``

На выбор коэффициента передачи æ=R₁/(R₁+R₂) и значений R_1,R₂ накладываются определенные ограничения.

Длительности импульса и паузы для несимметричного МВ равны:

t_И=R₃C₁ln(1+2R₁/R₂),

t_П=R₄C₁ln(1+2R₁/R₂)

Скважность импульсов q = T/t_И = 1 + t_П/t_И = 1 + R₄ /R₃

Диаграммы работы несимметричного МВ представлены на рис. 4.

При необходимости регулирования скважности импульсов МВ применяется схема – рис. 5

Период колебаний напряжения на выходе МВ (рис. 5)

T = (R₃ +R₄ +R₅)C₁ln(1+2R₁/R₂),

На дифференциальном входе существует напряжение 2æU^-_{ВЫХ max ОУ}, действующее в момент переключения схемы, тогда

æ ≤ U_ВХДИФ/2æU_ВЫХм, или æ ≤ U_ВХДИФ / 2 U_П

где U_ВХДИФ – допустимое значение напряжения на дифференциальном входе ОУ.

Выбор R₁, R₂, R₃ и R₄ связан с максимально допустимым током на выходе ОУ I_{ВЫХ m}, который определяется тремя составляющими:

• током нагрузки - I_Н = U_{ВЫХ м} /R_Н

• током ООС - I_ПОС = U_{ВЫХ m} (1+æ)/R₃ , (если R₃ < R₄)

током ПОС - I_ООС = U_{ВЫХ m} / (R₁+R₂)

Для несимметричного мультивибратора условие должно выполняться

U_П (1/R_Н+1/(R₁+R₂)+ (æ+1)/R) ≤ I_{ВЫХ ОУ МАХ}

По цепи ООС - для меньшего значения сопротивления из двух – R3 и R4.

Ограничения по максимальным R₁ и R₂ вводят для уменьшения нестабильности входного сопротивления..