9.3 Генераторы импульсов

Среди генераторов импульсных сигналов наиболее распространенные генераторы прямоугольных импульсов, пилообразного и треугольного напряжений, которые могут работать в автоколебательном и ждущем режимах, а так же в режиме синхронизации.

Среди генераторов наиболее распространенные автоколебательные и ждущие мультивибраторы.

Наиболее простые генераторы импульсов (мультивибраторы) обычно строят охватывая ОУ цепями положительной и отрицательными обратными связями (ПОС и ООС), причем действие ПОС должна опережать действие ООС. Тогда цепь ПОС обеспечивает лавинообразный переход мультивибратора из одного состояние в другое, а цепь ООС совместно с ПОС ограничивает время пребывания устройства в каждом из состояний.

На рис. 9.10 (а) показан один из вариантов построения такого мультивибратора. Цепь ПОС в этой схеме выполнена на элементах R₁R₂, а цепь ООС содержит пассивный интегратор С, R₃. Коэффициент передачи по петле ПОС в этой схеме определяется формулой: .

На рис. 9.10 б представлена временная диаграмма работы мультивибратора.

Рис.9.10. Типовые схемы мультивибраторов на ОУ

Поскольку коэффициент передачи по ПОС (с выхода на неинвертирующий вход) определяется выражением _п=R₁(R₁+R₂), то на неинвертирующий вход поочередно подаётся положительное U⁺ или отрицательное U^- выходное напряжение величиной U⁺ или U^-. Выходным сигналом положительной полярности через резистор R₃ конденсатор заряжается, а выходным сигналом отрицательной полярности разряжается. Когда напряжение на заряжающемся конденсаторе U_С (t) достигает и затем начинает превышать величину U⁺, то на инвертирующем входе потенциал становится более положителен, чем на неинвертирующем, и ОУ лавинообразно по своему выходу переходит в отрицательную область, формируя сигнал U^-. Конденсатор через резистор R₃ выходным напряжением начинает разряжаться до величины U^-, после чего начинает преобладать напряжение на неинвертирующем входе по отношению к инвертирующему, и ОУ переходит в область положительного выходного напряжения U⁺.

Длительность импульса положительной полярности на интервале t₀  t₁ определяется выражением: , а отрицательной полярности – выражением: .

Период повторения импульсов определяется отношением T = t₁+t₂. Скважность импульсов определяется отношением Q = T / t₁.

При симметричном напряжении питания ОУ U⁺=U^-, тогда справедливо соотношение ;T = 2t₁; Q = 2.

В мультивибраторе, собранном по схеме рис. 9.10 в, цепь ПОС выполнена как дифференцирующая (элементы С₁, R₁, R₃), а цепь ООС образована резистивным делителем R₂R₁.Для этой схемы п=R₃ /(R₃+R₄), а ₀=R₁/(R₁+R₂). Введем постоянную времени, определяемую по формуле:  = С(R₃+R₄).

Тогда справедливо выражение:

.

Мультивибратор по схеме 9.10 в, работоспособен при _П  ₀, т.е. должно выполняться соотношение R₃/R₄>R₁/R₂. Нестабильность длительности генерируемых колебаний в рассматриваемых схемах определяется нестабильностью источников питания. Для реализации мультивибраторов, генерирующих импульсы с различной скважностью, используют различные цепи перезаряда ёмкости от напряжений U⁺ и U^-. Пример такого мультивибратора приведен на рис. 9.10 г.

Разделение цепей производится диодами VD1 и VD2. При формировании сигнала U⁺ конденсатор заряжается через диод VD1 и резистор R₃ с постоянной времени R₃C, при этом диод VD2 заперт. Конденсатор заряжается до момента времени t₁, когда напряжение на обеих входах ОУ станут равны и далее на выходе усилителя сформируется сигнал U^-. Если пренебречь влиянием напряжения на открытом диоде VD1, то при U⁺=U^-, получим:

t⁺ = R₃C ln(1+2(R₁/R₂)) .

Когда на выходе ОУ сформировано напряжение U⁺, диод VD1 запирается, а конденсатор перезаряжается через открытый диод VD2 и резистор R₄, при этом:

t^- = R₄Cln(1+2(R₁/R₂)) ;

T = (R₃+R₄)Cln(1+2(R₁/R₂));

Q = 1+(R₃ /R₄).

Со схемотехникой построения других типов импульсных генераторов можно познакомиться в специальной литературе.