9.4 Загальмовані мультивібратори

При створені радіоелектронної апаратури частот виникає необхідність формування прямокутних імпульсів необхідної тривалості та амплітуди, поява яких жорстко пов`язана з надходженням зовнішніх синхронізуючих імпульсів. Таку задачу вирішують загальмовані мультивібратори, що працюють в очікуваному режимі. При цьому мультивібратор має один стан стійкої рівноваги. Імпульси прямокутної форми формуються лише після надходження імпульсу запуску, який переводить мультивібратор із стійкого стану рівноваги до тимчасового стійкого стану. Момент закінчення тимчасового стійкого стану визначається колом, що задає час. Таким чином, під впливом імпульсу запуску загальмований мультивібратор виробляє один прямокутний імпульс, після чого повертається до стану стійкої рівноваги. Змінюючи сталу часу (дискретно або плавно) кола, що задає час, можна регулювати тривалість вихідних імпульсів у широких межах. Загальмований мультивібратор ще називають одновібратором, спусковою схемою, однотактним релаксатором, кіп-реле та ін. Однак незалежно від назви загальмований мультивібратор являє собою пристрій з позитивним зворотним зв’язком, що має один стійкий та один тимчасово стійкий стан рівноваги.

Загальмовані мультивібратори на операційних підсилювачах. Схеми таких мультивібраторів створюють зі схем автоколивальних мультивібраторів, шляхом переведення останніх з автоколивального режиму в очікуваний.

С хему загальмованого мультивібратора з увімкненням конденсатора у коло негативного зворотного зв’язку за інвертувальним входом показано на рис.9.10. Її одержано зі схеми автоколивального мультивібратора (див. рис.9.7), в якому паралельно конденсатору С1 ввімкнено додатковий діод D1 та введено коло запуску з елементів C2, R4, D2. Ввімкнення діода D1 якраз і забезпечує режим очікування мультивібратора. Коло диференціювання C2, R4 формує імпульси малої тривалості (рис.9.11, U_ВХ ) для перемикання ОП в тимчасово стійкий стан рівноваги. Через діод VD2 до неінвертувального входу ОП надходять імпульси лише позитивної полярності.

Рис.9.10. Формувач імпульсів на ОП

Після ввімкнення джерела живлення за показаної полярності діода D1 на виході ОП формується U ^–_вих–Е_с. Це стан стійкої рівноваги. Якби за рахунок дії зовнішніх завад при вмиканні на виході сформувався рівень U⁺_вих +Е_с (на неінвертувальному вході U⁺=U⁺_вих ), відбулись би процеси заряду конденсатора як і в автоколивальному мультивібраторі. В даному випадку діод зміщується в зворотном напрямі, має великий опір і не впливає на процеси зарядки та перезарядки конденсатора. В результаті коли напруга на ньому ( на інвертувальному вході) перевищить напругу на інвертувальному (U⁺=′U⁺_вих.) ОП перемикається. На виході формується U ^–_вих –Е_с. В такому стані напруга на виході може зберігатись до вимикання живлення, тому що за негативної напруги на виході діод вмикається в прямому напрямі, а значить напруга на конденсаторі фіксується на рівні прямого спаду напруги на р-п переході (0.5…0.9 В). Напруга на неінвертувальному вході: U

Uвх

⁺_вх=U ^–_вих={(R2 || R4)/[(R2 || R4)+R3]}U_вих має достатній негативний рівень, а напруга на інвертувальному вході U^–_вх збігається з напругою на відкритому діоді VD1 (майже дорівнює нулю).

Ц

U^---

U⁺

Uвих

е значить, що повністю виключаються умови для перемикання ОП (U ^–< U⁺_.). Мультивібратор переводиться в стан стійкої рівноваги, за якого на виході встановлюється напруга U ^–_вих–Е_с. Такий стан може бути порушеним під дією зовнішніх вхідних синхроімпульсів, для передачі яких передбачене коло диференціювання C2, R4, що формує імпульси малої тривалості (рис.9.11,а), які перемикають ОП в тимчасово стійкий стан рівноваги. Через діод VD2 на неінвертувальний вхід ОП надходять імпульси лише позитивної полярності.

Імпульс запуску з амплітудою U_mзап > |U ^–_вх|, що надходить до неінвертувального входу ОП, викликає розвиток лавиноподібного процесу перемикання мультивібратора завдяки дії позитивного зворотного зв’язку через резисторний подільник напруги R3, R4. При цьому напруга на виході стрибком збільшується до U⁺_вихЕ_с, і мультивібратор переходить у тимчасово стійкий стан (рис. 9.11, г). Напруга на неінвертувальному вході змінюється на позитивну U⁺=′U⁺_вих, де ′=R2/(R2+R3) – нове значення коефіцієнта передавання напруги з виходу ОП на неінвертувальний вхід (≠′), адже діод VD2 внаслідок зміни полярності вихідної напруги зміщується у зворотному напрямі і від’єднує елементи R4, C1 від подільника напруги R2, R3.

Позитивний рівень вихідної напруги закриває відкритий до цього моменту діод VD1, і конденсатор C починає заряджатися в колі з резистором R1. Напруга на конденсаторі U_c=U ^–_вх експоненційно зростає до асимптотичного рівня U⁺_вих. Коли в момент часу t₂ напруга на інвертувальному вході досягає рівня на неінвертувальному U ^–=U⁺=′U⁺_вих, ОП входить в підсилювальний режим, напруга на виході зменшується. При цьому в результаті дії зворотного зв’язку зменшується також вхідна напруга U⁺, що викликає подальше зменшення вихідної напруги та інші. Розвиток регенеративного процесу призводить до перевертання мультивібратора (підсилювач спрацьовує як двовходовий компаратор) і закінчення процесу формування імпульсу позитивної полярності. Одновібратор повертається до стійкого стану рівноваги.

Тривалість вихідного імпульсу можна визначити так:

t_i=ln[1/(1-)]=ln(1+R1/R3).

Якщо в схемі (рис.9.10) змінити полярність вмикання діода VD1 (катод діода під’єднати до корпусу), то вихідна напруга ОП в режимі стійкого стану мультивібратора буде позитивною, а полярність вихідних імпульсів – негативною.