- •Электронные цепи и микросхемотехника
- •Предисловие
- •1.2. Мультивибраторы [1, 5, 7, 10, 11 15]
- •1.2.1. Автоколебательный мультивибратор с симметричными коллекторно-базовыми связями
- •1.2.1.1. Основные этапы работы схемы
- •1.2.1.2. Рекомендации по расчету схемы
- •Контрольные вопросы
- •1.2.2. Ждущий мультивибратор (одновибратор) на биполярных транзисторах
- •Рекомендации по расчету схемы ждущего мультивибратора
- •Контрольные вопросы
- •1.2.3. Варианты мультивибраторных схем на транзисторах
- •1.2.3.1. Мультивибратор с отсекающими диодами
- •1.2.3.2. Мультивибратор с коллекторно-эмиттерной связью
- •1.2.3.3. Ждущий мультивибратор на транзисторах с эмиттерной связью
- •Контрольные вопросы
- •1.2.4. Мультивибраторные схемы на операционном усилителе [6]
- •1.2.4.1. Мультивибратор с несимметричными обратными связями
- •1.2.4.2. Мультивибратор с мостовым времязадающим элементом
- •1.2.4.3. Рекомендации по расчету мультивибраторов на оу
- •Контрольные вопросы
- •1.2.5. Мультивибраторы на логических элементах [6, 10, 13]
- •Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Поясните назначение элементов схемы рис. 1.7.
Какими элементами схемы рис. 1.7 определяется длительность фронтов выходных импульсов?
Объясните роль диодов в формировании параметров выходных импульсов схемы рис. 1.7.
Чем определяется максимальная частота следования импульсов в схеме рис. 1.7?
Поясните физические основы работы схемы рис. 1.8.
Какую функцию выполняет транзистор VT2 в схеме рис. 1.8?
Чем определяются длительности фронтов импульса на коллекторе VT1 в схеме рис. 1.8?
Какую роль выполняют источники Еэ, Ек2 в схеме рис. 1.8?
Поясните назначение элементов схемы рис. 1.10.
Поясните физические основы работы схемы рис. 1.10.
Запишите условия, обеспечивающие устойчивое состояние равновесия в схеме рис. 1.10.
Какими элементами схемы рис. 1.10 определяются выходные параметры импульсов на коллекторах транзисторов VT1, VT2?
Сопоставьте достоинства и недостатки схем рис. 1.8 и 1.5.
1.2.4. Мультивибраторные схемы на операционном усилителе [6]
Широкой областью применения ОУ, как многофункционального аналогового устройства, являются импульсные преобразователи и импульсные генераторы с различной формой выходного напряжения (импульсы прямоугольной, треугольной, пилообразной форм и пр.). В качестве примеров рассмотрим две популярные схемы генераторов импульсов прямоугольной формы.
1.2.4.1. Мультивибратор с несимметричными обратными связями
Схема мультивибратора и диаграммы напряжений, поясняющие его работу, приведены соответственно на рис. 1.11, 1.12. Рассмотрим интервал времени 0 – t1. Предположим, что в момент t = 0 выходное напряжение скачком приобретает максимальное значение UМ(+), определяемое амплитудной характеристикой ОУ. Усилитель при этом окажется в неактивном режиме. По каналам
Рис. 1.11 Рис. 1.12
отрицательной обратной связи (цепь R1, C1) и положительной (цепь R2, R3) выходной сигнал передается на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ. Так как канал положительной обратной связи является безынерционным, а по каналу отрицательной обратной связи сигнал передается с задержкой, то в момент скачка преобладающую роль играет положительная обратная связь, которая и определяет уровень и знак выходного напряжения. Часть этого напряжения, равная bUM(+), действует на неинвертирующем входе ОУ.. Здесь
. (1.28)
На инвертирующем входе напряжение в интервале 0 – t1 не остается постоянным, а меняется от начального уровня bUМ(–) (как результата предыдущего этапа работы), стремясь к максимальному уровню UМ(+), до которого может зарядиться конденсатор С1. В момент t1 разность напряжений UA и UB на входах ОУ сделается достаточно малой, чтобы усилитель, обладающий большим коэффициентом усиления, перешел в активное состояние. Замыкаются цепи обратной связи, возникает лавинообразный процесс опрокидывания, и усилитель принимает новое состояние, в котором выходное напряжение равняется максимальному отрицательному значению UМ(–).
В момент t2 возникает аналогичная ситуация, т. е. начинается периодический процесс формирования прямоугольного выходного напряжения.
Найдем основные параметры выходных импульсов мультивибратора.
1. Амплитуда импульсов. Этот параметр определяется максимальными значениями положительного и отрицательного уровней выходного напряжения, приведенными в справочной литературе и обозначенными через UМ(+) и UМ(–).
2. Частота повторений импульсов. Запишем закон изменения напряжения в конденсаторе C1 в интервале времени 0 – t1:
. (1.29)
В момент t = t1 реализуется равенство UС1 = bUМ(+) и заканчивается формирование длительности импульса положительной полярности. Из выражения (1.29) получим:
, (1.30)
где = R1C1 – постоянная времени времязадающей цепи.
Из точно таких же соображений рассчитывается длительность отрицательного перепада на выходе схемы:
. (1.31)
Период импульсных колебаний представляет сумму длительностей:
. (1.32)
Частота колебаний легко рассчитывается как величина, обратная периоду, т. е. f = 1/T.
В выражении (1.32) просматривается зависимость периода колебаний от уровней выходного напряжения, что является одной из причин, вызывающих его нестабильность (следовательно, и нестабильность частоты генерируемых колебаний).
Полагая одинаковыми значения UМ(+), UМ(–), получим tи1 = tи2, а также значения периода и частоты:
, (1.33)
. (1.34)
3. Длительности фронтов нарастания и спада. Реальный переход мультивибратора на ОУ из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а за конечное время, определяемое скоростью изменения выходного напряжения V в/мкс. Для рассматриваемой задачи, когда выходное напряжение претерпевает близкое к 2UМ изменение, длительности фронта нарастания и фронта спада достаточно близки и могут быть представлены соотношениями:
tфн = tac = 2UМ/V. (1.35)