Лекции

Рис. 4.5

Компаратор переключается в моменты равенства Uвх1=Uвх2, и напряжение на выходе имеет форму прямоугольных импульсов. Естественно, что при постоянной амплитуде и частоте синусоиды длительность импульсов зависит от величины Uвх2, играющего роль опорного напряжения.

4.6.ТРИГГЕР ШМИТТА

Широкое распространение получил компаратор, в котором ОУ охвачен ПОС по неинвертирующему входу с помощью рези-

сторов R1 и Rос (рис. 4.6, а).

Приведенная схема известна как триггер Шмитта, или пороговый элемент. Переключение схемы в состояние –Uвых max происходит при достижении Uвх напряжения (порога) срабатывания Uср, а возвращение в исходное состояние при снижении Uвх до порога отпускания Uотп. Значение пороговых напряжений находят при Uо=0; cхема, очевидно, обладает передаточной характеристикой с гистерезисом. Переход от одного состояния в другое происходит скачкообразно под действием ПОС. Действительно, при Uвх=Uср выходное напряжение начнет уменьшаться, т.к. Uвх подается по инверсному входу. Отрицательное приращение Uвых по цепочке ПОС Rос, R1 поступит на прямой вход ОУ, которое его усилит и, следовательно, дополнительно уменьшится Uвых, т.е. появится дополнительное отрицательное приращение Uвых, которое вновь уменьшит напряжение по прямому входу ОУ.

тественно, что передаточная характеристика такого компаратора становится симметричной относительно оси ординат, т.е. смещается влево так, что U'оп = 0 (см. рис. 4.6, б).

4.7.НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ТРИГГЕР ШМИТТА

Схема неинвертирующего триггера Шмитта показана на рисунке 4.7. Если Uоп=0, и Uвых=+Uвых m, тогда надо, чтобы на неинвертирующий вход для перевода триггера в состояние –Uвых m было подано отрицательное напряжение, которое в точке А создаст потенциал относительно земли, равный нулю, с учетом действия ОС. Иными словами:

или Uвх Uср Uвых m R1 . При этом Uвых= –Uвых m. Поэтому для

Rос

отпускания необходимо:

ненте. Напряжение же на выходе (Uвых(t)=Uвх(t)–Uс(t)) по мере заряда конденсатора экспоненциально спадает к нулю. В момент t2

напряжение Uвх меняется скачком на Uвх= –2Um и становится равным –Um. Начинается перезаряд конденсатора С через резистор R до напряжения –Um.

Рис. 4.9

Так как предыдущее напряжение на конденсаторы было +Um, то на сопротивлении R выделяются разнополярные экспоненциально спадающие импульсы амплитудой 2Um. Длительность импульсов зависит от постоянной времени T=RC (и чем меньше Т, тем короче импульс). Аналитически выходное напряжение запишется как

t

Uвых 2 Um e T .

Интегрирующие RC-цепи

RC-цепь, включенная по схеме (рис. 4.10), где напряжение снимается с емкости, называется интегрирующей, т.к. напряжение на ее выходе экспоненциально растет во времени, если на вход подано постоянное напряжение Uвх.

При условии, что U(0)=0,

t

Uвых Uс(t) Uвх (1 e T ),

где Т=RC – постоянная интегрирующей цепи. Если на выходе RC- цепи подключить компаратор, на второй вход которого подано не-

χ

χ

χ

χ

а)

б)

Рис. 4.11

Допустим, что при t < t1 (см. рис. 4.11, б) источники питания отключены, конденсатор С разряжен. В момент t = t1 включаем источники питания, начинает изменяться входное и выходное напряжение на ОУ. Предположим для определенности, что Uвых>0, тогда это положительное приращение через цепь RосR1 подается на прямой вход ОУ, усиливается, чем вызывает дальнейшее положительное приращение Uвых, которое скачком в результате этого достигает своего предельного значения Uвых = +Uвых m. С момента t1 конденсатор C через сопротивление R начинает заряжаться под действием напряжения +Uвых m с постоянной заряда Тзар = CR. Нарастающее по экспоненте напряжение на емкости Uс подается на инвертирующий вход, а на прямой вход ОУ подается напряжение ПОС:

В момент t=t2 напряжение Uс достигает значения +Uвых m χ, напряжение Uо меняет знак на противоположный и происходит срабатывание компаратора (действительно до момента t2 Uо=Uвх1– –Uвх2=Uос–Uс > 0, а после t2 Uо<0). Процесс этот идет лавинообраз-

Рис. 4.12

Общим для обоих мультивибраторов является независимость tи, tп и Тп от параметров самого ОУ, но это теоретически. Практически в результате различия напряжений Uвых ОУ при прямом и обратном насыщении, а также наличия напряжения смещения нуля срабатывание компаратора происходит при ненулевом значении Uo=Uос – Uc, что снижает стабильность работы схемы.

4.10. ОДНОВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ

Одновибратор, или ждущий мультивибратор, или спусковая схема является формирователем одиночного импульса прямоугольной формы и определенной длительности. Схема одновибратора приведена на рисунке 4.13, а.

Практически основой здесь служит схема мультивибратора, изображенная на рисунке 4.11, с той лишь разницей, что параллельно конденсатору С1 включен диод V1 таким образом, что при Uвых= –Uвых m шунтирует эту емкость, чем обеспечивает ее разряженное состояние. Цепочка С2R2 является дифференцирующей, а диод V2 обеспечивает прохождение только положительных запускающих импульсов. Работа проиллюстрирована на диаграммах

(рис. 4.13, б).