2.3. Мультивибраторы.

Мультивибраторы представляют собой генераторы прямоугольных импульсов. Они подразделяются на автоколебательные мультивибраторы, в которых генерация осуществляется непрерывно без внешнего воздействия, и на ждущие мультивибраторы (одновибраторы), формирующие под воздействием внешнего сигнала одиночные прямоугольные импульсы.

Схема симметричного автоколебательного мультивибратора, реализованного на интегральном ОУ, приведена на рис. 2.4. Мультивибратор включает в себя рассмотренный выше триггер Шмитта DA1, R1, R2 и времязадающую цепь C1, R3. На рис. 2.5 представлены временные зависимости выходного и входного напряжений мультивибратора (T – период колебаний мультивибратора).

Рассмотрим работу мультивибратора (см. рис. 2.4). Пусть в момент времени t = 0 мультивибратор переходит по выходу из состояния в состояние (см. рис. 2.5). При этом конденсатор C1 начинает заряжаться по цепи R3, C1 от начального значения. Напряжение на конденсаторе возрастает, оно возрастало бы до значения U_max, но в момент времени t = 0,5T, когда это напряжение достигает значения максимума, срабатывает триггер Шмитта (см. рис. 2.2, 2.5), напряжение на выходе мультивибратора изменяется до значения U_min, и конденсатор C1 начинает разряжаться. Он разряжался бы до значения , но в момент времени, когда входное напряжение достигает значения минимума, опять срабатывает триггер Шмитта, мультивибратор переходит по выходу в состояние , и далее весь процесс повторяется (см. рис. 2.5).

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Определим длительность периода колебаний мультивибратора T при следующих допущениях:

, . (2.6)

Напряжение на конденсаторе C1 изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени τ = N₁R₃; при этом в первый полупериод получаем:

. (2.7)

В момент времени t = 0,5T это напряжение достигнет значения U_вх1 (см. рис. 2.5); при этом соотношение (2.7) примет вид:

. (2.8)

Тогда с учетом допущений (2.6) получаем:

. (2.9)

Длительность фронтов t_фр прямоугольных импульсов на выходе мультивибратора определяется максимальной скоростью нарастания выходного напряжения ОУ :

_{. (2.10)}

3. Экспериментальные результаты.

3.1. Триггеры Шмитта.

Исследуем работу триггера Шмитта на ОУ. Параметры схемы, представленной на рис. 2.1 (   = 10 кОм; = 100 кОм;  = 100 кОм). На лицевой панели РИП установим входное напряжение  = 0 и с помощью ЦМ измерим выходное напряжение = 14,1 В:

Р ис. 3.1

На реальных приборах:

Рис. 3.2

Если оно максимально: = _, то фиксируем его и плавно увеличиваем входное напряжение  до значения = 2 В ( = -1,2 В на реальных приборах), при котором триггер Шмитта изменит свое состояние (см. рис. 2.2, кривая 1).

Р ис. 3.3

На реальных приборах:

Рис. 3.4

Измеряем напряжения , и с использованием РИП отрицательной полярности (SUPPLY-) определяем напряжение = -1,4 В ( = - 0,9 В на реальных приборах), при котором триггер возвратится в исходное состояние.

Р ис. 3.5

На реальных приборах:

Рис. 3.6

По результатам эксперимента необходимо построить характеристику передачи триггера Шмитта (рис. 3.7), определить ширину ее гистерезиса (3,4 В) и сравнить с расчетной величиной (2.4): = 3,4 В (расчётная величина совпадает с экспериментальной); = 0,09 => = 2,5 В. Если в начале эксперимента с триггером (см. рис. 2.1) выходное напряжение минимально: = -14,1 В , то подключаем к входу РИП отрицательной полярности (SUPPLY-), плавно изменяем входное напряжение  = 2 В до значения = -1,4 В и т. д..

Р ис. 3.7