Мультивибратор на операционном усилителе
Конденсатор С и резисторы R1, R2 образуют интегрирующую RC-цепь: при заряде конденсатора открыт диод V1, ток проходит через R1, при разряде — открыт V2, ток идет через R2. Источником напряжения E является входная цепь ОУ. Компаратор выполнен на ОУ с положительной обратной связью через цепь R3R4. При переключении компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда конденсатора C, то есть ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и ключа.
Мультивибратор на операционном усилителе
В вычислительной технике, радиотехнике, телевидении, системах автоматического управления используют генераторы, колебаний несинусоидальной формы (прямоугольной, треугольной и т. д.). Генераторы, предназначенные для получения колебаний прямоугольной формы, называют мультивибраторами. В отличие от генераторов гармонических колебаний в мультивибраторе используется цепь обратной связи первого порядка, а активный элемент работает в нелинейном режиме.
Мультивибраторы работают в режиме автоколебаний или в ждущем режиме. Соответственно, различают автоколебательные и моностабильные (ждущие) мультивибраторы.
Схема
автоколебательного мультивибратора
на операционном усилителе показана на
рис. 6.4.1. Активным элементом является
инвертирующий триггер Шмитта, реализованный
на ОУ и резисторах 
, 
.
Резистор 
и
конденсатор 
формируют
времязадающую цепь, определяющую
длительность формируемых импульсов.
Операционный
усилитель охвачен положительной обратной
связью (цепь
–
)
и находится в режиме насыщения, поэтому
напряжение на выходе 
.
Переключение ОУ из положительного
насыщения в отрицательное и обратно
происходит, когда напряжение на
инвертирующем входе достигает
положительного и отрицательного порогов
срабатывания, равных 
и 
соответственно.
Здесь 
–
коэффициент обратной связи: 
.
Передаточная характеристика триггера Шмитта показана на рис. 6.4.2.
Рис. 6.4.1 Рис. 6.4.2
Назначение таких устройств – получение одиночных импульсов заданной длительности. Схема ждущего мультивибратора показана на рис. 6.4.5. Импульс на выходе возникает при подаче на вход специального запускающего сигнала. Поскольку на входе включена дифференцирующая цепь, форма и длительность такого сигнала могут быть произвольными.
43.
Триггер Шмитта — электронный двухпозиционный релейный (переключающий) элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности (петлю гистерезиса). Триггер Шмитта используется для восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтрах дребезга, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения. Этот триггер стоит особняком в семействе триггеров: он имеет один аналоговый вход и цифровой выход.
Механический триггер Шмитта с механическим гистерезисом применяется в регуляторах температуры холодильников.
Фазовая траектория (статическая характеристика) триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.
В триггере Шмитта весь входной диапазон возможных напряжений делится входным троичным компаратором на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения (трит) в чёткой троичной логике, в верхнем из которых (трит = +1) триггер устанавливается в "1", в среднем из которых (трит = 0) действия не производятся, а в нижнем из которых (трит = -1) триггер устанавливается в "0". Логическая часть триггера Шмитта выполняет сложную унарную троичную логическую функцию с памятью - "повторитель (F1073 = F810) с запоминанием в RS-триггере двух (трит = +1 и трит = -1) из трёх возможных состояний трита"
Триггер Шмитта применяют для преобразования синусоидального напряжения в последовательность прямоугольных импульсов. При подаче на вход синусоидального напряжения U(t) = Um sin ωt с амплитудой, превышающей уровень срабатывания триггера, на его выходе формируются импульсы, фронты которых совпадают с моментами равенства входного напряжения и уровней срабатывания и отпускания (рис.11.17,в).
Приведенный анализ преобразователей с обратными связями базировался на статических моделях, отображаемых резистивными эквивалентными схемами. Наличие емкостей, индуктивностей и инерционности усилителей создает задержку сигналов в контуре обратной связи, что может вызвать ложные (непредусмотренные при заданном входном сигнале) срабатывания и даже привести к возникновению самопроизвольной (паразитной) генерации.
Эффект возбуждения периодических колебаний напряжения в контурах обратной связи без внешнего воздействия заложен в основу функционирования специальных устройств, называемых автогенераторами. С энергетической точки зрения генерирование сигналов можно трактовать как автономное преобразование энергии источника электропитания в энергию периодического сигнала (последовательности импульсов).
ТРИГГЕР ШМИТТА НА ОУ
Передача имеет гистерезис. ОУ охватывает положительную обратную связь по инвертирующему входу.
æ
æ
æ
Рис. 6.4.2
Передаточная характеристика триггера Шмитта показана на рис. 6.4.2.
