1.2.4.2. Мультивибратор с мостовым времязадающим элементом

Принципиальная схема генератора и поясняющие ее работу диаграммы напряжений приведены на рис. 1.13, 1.14. Принцип работы схемы аналогичен рассмотренному выше в схеме рис. 1.11. Основное отличие состоит в построении канала положительной обратной связи. Здесь она реализуется с помощью ускоряющей цепи C₁, R₁. Выберем значения резисторов и конденсаторов передающих звеньев одинаковыми. Тогда аналитические выражения напряжений U_A, U_B на входах ОУ на интервале времени 0 – t₁ запишутся в виде:

, (1.36)

. (1.37)

(Здесь = R₁C₁. Предполагается, что амплитуды перепадов одинаковы.)

Рис. 1.13 Рис. 1.14

В точке t = t₁ напряжения U_A и U_В сделаются равными и схема перейдет в новое состояние. Приравнивая (1.36) и (1.37), получим значение длительности положительного перепада:

t_и1 = ln 3. (1.38)

Cимметрия схемы позволяет также записать:

t_и2 = ln 3. (1.39)

Период колебаний и частота соответственно оказываются равными:

T = 2 ln 3, (1.40)

f = 1/2 ln 3. (1.41)

Рассмотренные выше схемы мультивибраторов привлекают своей простотой, надежностью, более высокой стабильностью частоты генерируемых импульсов (особенно в схеме с времязадающим мостом, где нестабильность частоты лежит в пределах 1…2 процентов в широком диапазоне изменений окружающей температуры), чем транзисторные схемы. Схема рис. 1.11 более гибка с точки зрения регулирования частоты, легко переводится в ждущий режим (для этого достаточно включить диод параллельно конденсатору С₁, а импульс запуска подать на неинвертирующий вход).

Обратим внимание на наличие в обеих схемах как дифференциального, так и синфазного сигналов между входами ОУ, принимающих максимальные значения:

в схеме рис. 1.11 – U_М диф = 2bU_М, U_М синф = bU_М,

в схеме рис. 1.13 – U_М диф = 2.5U_М, U_М синф = 0.5U_М.

Превышение этих значений является недопустимым и должно учитываться при проектирования схемы.

1.2.4.3. Рекомендации по расчету мультивибраторов на оу

Примем за основу схему рис. 1.11.

Исходными данными для расчета являются: U_M – амплитуда выходного напряжения; f – частота выходных импульсов; t_н, t_с – длительности фронтов импульса; R_н – сопротивление нагрузки; f % = f/f100 % – относительная нестабильность частоты выходных импульсов; t_мин, t_макс – диапазон изменения окружающей температуры. Основными этапами расчета являются следующие.

1. Выбор типа ОУ. Параметры ОУ должны обеспечивать необходимый уровень выходного напряжения; непревышение допустимых уровней дифференциального и синфазного сигналов; требуемый ток нагрузки; достаточную для обеспечения времени нарастания и спада скорость изменения выходного напряжения.

2. Выбор и расчет резисторов R₂, R₃. Обычно задаются коэффициентом b, из которого рассчитывается отношение R₂/R₃. Далее выбирается суммарное значение (R₂ + R₃) из условия минимизации дополнительной нагрузки на усилитель и лежащих обычно в пределах нескольких десятков ком.

3. Рассчитываем величину резистора R₁ из условия , выполнение которого минимизирует влияние разности входных токов на уровень срабатывания ОУ.

4. Рассчитываем значение емкости С₁.

5. Оцениваем нестабильность выходной частоты, учитывая технологический разброс величин элементов схемы и заданный температурный диапазон. Корректируем выбор элементной базы и в случае невозможности выполнения технических условий обращаемся к другому техническому решению.