71.Мультивібратори на операційних підсилювачах

Розглянемо принцип дії автоколивального мультивібратора. Його схема зображена на рис. 8.

Рис. 8. Схема автоколивального мультивібратора на ОП.

Автоколивальний мультивібратор генерує імпульси прямокутної форми. За схемою він схожий на компаратор з гістерезисом. Єдина відмінність полягає в тому, що тут замість генератора вхідної напруги ввімкнений конденсатор.

Резистори R₁ і R₂ утворюють подільник напруги, з якого частота вихідної напруги потрапляє на інвертуючий вхід. Якщо U_вих=U_нас, то напруга апаратного зв’язку називається верхньої пороговою напругою і визначається за формулою:

                                                                                         (6.1)

При цьому струм І через R₁₃  заряджає С. Заряд відбувається до тих пір поки напруга на конденсаторі U_с буде залишатися меншою U_в.п, при цьому на ньому зберігається напруга U_нас.

В момент коли напруга на конденсаторі U_с досягає дещо більшої величини ніж U_в.п , напруга на інвертую чому вході по відношенню до напруги на неінвертуючому вході стає позитивною. При цьому відбувається переключення схеми, напруга U_вих змінюється від рівня U⁺_нас до U^-_нас . В цей час на неінвертуючому вході буде підтримуватися негативний потенціал:

                                                                                         (6.2)

В момент переключення схеми в стан U_вих=U^-_нас (рис.9) початкова напруга на конденсаторі U_в.п і через конденсатор буде протікати струм, який буде перезаряджати його до U_н.п. Коли U_с  стає меншою ніж напруга зворотного зв’язку U_н.п, схема переключається в стан  U_вих=U⁺_нас. Схема повертається до початкового стану. Конденсатор С має початковий заряд U_н.п, він буде розряджатися від U_н.п до 0 В і перезаряджатися знову до U_в.п.

Рис. 9. Часові діаграми. 

Для визначення періоду коливань і частоти генерації використаємо співвідношення для визначення часу переривання експоненціального процесу:

                                                                                                (6.3)

де х₀, х_п – відповідно початкові і кінцеві значення фізичної величини на 

                  інтервалі t_п;

     х_∞ - асимптотичне значення фізичної величини при t→∞.

         Після перетворень (6.3) отримуємо:

         Оскільки t₁=t₂ , то період коливань:

                                          

         Якщо R1=R2, то:

                                                   Т=2,2R₃₃C,                                                        (6.4)

         Частота генерацій:

                                                                                   (6.5)

         Розглянемо принцип роботи очікувального мультивібратора (ОМ). Як відомо, протяжність генерованого імпульсу ОМ залежить лише від зовнішніх елементів підключених до ОП. З рис. 10 видно , що ОМ спрацьовує по негативному фронту вхідного імпульсу Е_вх. Причому, протяжність вхідного імпульсу може бути як більшою, так і меншою власної протяжності t_і вихідного імпульсу мультивібратора.

 

 

Рис. 10. Часові діаграми роботи ОМ.

В технічній літературі очікувальні мультивібратори називають одно вібраторами.

Типова схема ОМ на ОП показана на рис. 11.

Рис. 11. Схема очікувального мультивібратора на ОП.

Розглянемо режим роботи очікувального мультивібратора.

Режим очікування. Як видно з рис. 11 U_вих=U⁺_нас на  неінвертуючий вхід ОП з подільника R1, R2 потрапляє напруга зворотного зв’язку U_вп, значення якої визначається за формулою (6.1).

Діод  VD1 фіксує на інвертую чому вході ОП позитивну напругу на рівні = 0.5 В. При цьому напругу на інвертую чому вході позитивна по відношенню до напруги на інвертую чому вході, тому ОП підсилює диференційну вхідну напругу, підтримуючи на вході  U_вих=U⁺_нас .

Перехід в стан витримки. Якщо вхідний сигнал являє собою постійну напругу з встановленим значенням, то на неінвертуючому вході зберігається позитивний відносно інвертую чого входу потенціал і U_вих=U⁺_нас. Якщо Е_вх скачком стає негативним і приймає пікове значення Е_вх  |Е_вх.пік|>|U_п.в| , то напруга на неінвертуючому вході падає нижче рівня напруги на інвертуючому вході. Вихід схеми переключається U_вих=U^-_нас і ОМ переходить в режим витримки.

Режим витримки – постійний стан у якому ОМ не може довго перебувати. Розглянемо особливості цього режиму. З подільника   R1, R2 на інвертуючий вхід потрапляє від’ємна напруга U_п.н , схема переключається в стан U_вих=U⁺_нас . Це момент закінчення циклу роботи ОМ; вихідний імпульс закінчився і схема повернулася в стійкий стан. Діод VD2 від’єднав коло запуску від одно вібратора на час генерування імпульсу. Щоб отримати одно вібратор, генеруючий позитивний імпульс при збудженні позитивним вхідним сигналом, достатньо змінити полярність підключення діодів.

Для визначення тривалості імпульсу і часу відновлення скористаємося формулою для визначення часу переривання експоненційного процесу. За час генерування імпульсу напруга на С змінюється від = 0,5 В до U_в.п. , тоді:

                                                 (6.6)

 

                                                 (6.7)