1.1.3. Мультивибраторы на операционных усилителях

Принципиальная электрическая схема мультивибратора на операционном усилителе (ОУ) в общем случае содержит времязадающие цепи R1-C, R2-C с разделительными диодами VD1, VD2 и компаратор на операционном усилителе DA с положительной обратной связью, образованной резисторами R3, R4 (рис.5,а).

Рассмотрим работу схемы начиная с момента времени t₁ (рис. 1.6), когда , открыт диод VD1 и конденсатор С заряжается с выхода ОУ через резистор R1 с постоянной времени ₁ = R₁C. На инвертирующий вход DA подается нарастающее по экспоненте напряжение u_ВХ2 конденсатора С, а на прямой - напряжение положительной обратной связи

.

В момент времени t₂ напряжение u_ВХ2 достигает значения U₀ и происходит лавинообразное переключение компаратора, которое завершается при . Начиная с этого момента, выполняется условие

,

компаратор находится в состоянии отрицательного насыщения, а конденсатор С перезаряжается по цепи ОТ - С - R2 - VD2 - выход DA с постоянной времени ₂=R₂C.

В момент времени t₃ напряжение u_ВХ2 снижается до значения -U₀ и вновь происходит лавинообразное переключение компаратора, завершающееся при . При t >t₃ u_ВХ1 = U₀ > u_ВХ2 и, пока выполняется это условие, конденсатор С вновь заряжается с выхода DA через диод VD1 с постоянной времени ₁=R₁C, т.е. процессы в схеме повторяются.

Параметры генерируемых импульсов определяются из формул

,

t_П = ₂ ln(1 + 2R₄ / R₃ ),

T = t_И + t_П = (₁ + ₂)ln(1 + 2R₄ / R₃),

.

В симметричном мультивибраторе R1= R2=R (рис. 5,б)

,

, .

1.2. Одновибраторы

1.2.1. Одновибраторы на биполярных транзисторах

С хема одновибратора на биполярных транзисторах приведена на рис.7,а. Устройство содержит транзисторы VT1 и VT2, времязадающую цепь R_Б, C2, резистор положительной ОС R_Э, цепь смещения R1, R2 и коллекторные сопротивления R_К1, R_К2 (причем R_К1>R_К2).

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии VT2 насыщен базовым током, протекающим по цепи +E_К - R_Б - Б2 - Э2 - R_Э - ОТ. При этом u_КЭ2  0 и . Параметры делителя выбраны так, что в исходном состоянии U_Э1 > u_R2 и транзистор VT1 заперт. Конденсатор C2 заряжен в указанной полярности до наибольшего напряжения (при I_К01= I_К02= 0)

.

При поступлении входного импульса положительной полярности в момент времени t₁ (рис.7,б) напряжение на резисторе R2 возрастает так, что u_R2>U_Э1 и транзистор VT1 отпирается, при этом VT2 запирается обратным напряжением конденсатора C2, прикладываемым к его эмиттерному переходу через открытый транзистор VT1. Выходное напряжение одновибратора возрастает до величины u_ВЫХ  E_К. Так как R_K1>R_K2 падение напряжения на резисторе R_Э резко уменьшается и выполняется условие

u_R2 > U_Э2 = R_ЭE_К / (R_Э+R_К1).

За счет этого по окончании входного импульса VT1 останется в открытом, а VT2 в закрытом состоянии. Конденсатор C перезаряжается по цепи +E_К - R_Б – C2 - VT1 - R_Э - ОТ с постоянной времени ₁  R_БC2 (при R_Б>>R_К1 и R_Б>>R_Э), а его напряжение стремится к минимальному значению

.

В момент времени t₂ напряжение u_C2 достигает нуля, что ведет к лавинообразному отпиранию VT2 и запиранию VT1. Устройство возвращается в исходное состояние; процесс формирования выходного импульса закончен. Конденсатор C2 быстро перезаряжается до исходного напряжения по цепи +E_К - R_К1 - Б2 - Э2 - R_Э - ОТ с постоянной времени ₂  (R_К1+R_Э)C2 << ₁, после чего устройство готово к формированию очередного импульса.

Из описания принципа действия устройства следует, что при (I_К01=I_К02=0) напряжение конденсатора при разряде изменяется по закону

,

откуда определяется длительность формируемого импульса (при u_с=0)

t_И = ₁ln2  0,7₁.

Время восстановления одновибратора (длительность зарядки конденсатора до исходного напряжения)

t_В = (34)₂ = (34)(R_К1+R_Э)C2.