6.3. Мультивибратор на операционном усилителе

В мультивибраторе на операционном усилителе (ОУ), схема которого показана на рис. 6.5а, звеном прямой передачи является неинвертирующий усилитель. Звеном обратной связи является делитель напряжения, состоящий из резисторов и. Из делителя напряжения на неинвертирующий вход ОУ подается часть выходного напряжения

, (6.7)

создавая в системе частотно независимую положительную обратную связь. Времязадающую цепь образуют емкость С и резистор . Напряжение конденсатораС, являющееся напряжением ООС, подается на инвертирующий вход . Известно, что выходное напряжение ОУ равно

. (6.8)

Операционный усилитель обладает высоким коэффициентом усиления >10⁴. Поэтому в моменты времени, когда входные напряжения будут равны между собой (), ОУ будет переходить из одного состояния насыщения в другое, например, изви наоборот.

Работу мультивибратора на ОУ поясняют временные диаграммы напряжений, изображенные на рис. 6.5б.

Предположим, что в момент времени на мультивибратор подано напряжение питания. ОУ охвачен положительной обратной связью, поэтому выходное напряжениес равной вероятностью может принять одно из значений напряжения насыщенияили. При этом на его инвертирующем входе напряжение удерживается равным нулю, так как емкостьC была разряжена. За счет положительной обратной связи ОУ лавинообразно насыщается, допустим до значения . Часть выходного напряженияпо безынерционной цепи ПОС, состоящей из резисторови, мгновенно установит положительное напряжение на неинвертирующем входе ОУ. Пока будет выполняться неравенство, на выходе будет сохраняться напряжение(см. формулу (6.5)). ЕмкостьC начинает заряжаться. Когда напряжение на инвертирующем входе сравняется с напряжением неинвертирующем входе , ОУ выйдет из режима насыщения. Состояние схемы за счет ПОС лавинно переключается. На выходе ОУ и на его неинвертирующем входе устанавливаются отрицательные напряжениеи. На протяжении промежутка времени на выходе ОУ сформируется прямоугольный импульс отрицательного напряжения, длительностью . При этом емкостьC будет перезаряжаться, и когда напряжение на ней станет , ОУ опять выйдет из режима насыщения. Квазиустойчивое состояние схемы лавинообразно изменится на противоположное. На выходе ОУ установится положительное напряжение. Процессы изменения напряжений на входах и выходе ОУ будут повторяться. В течении временина выходе ОУ сформируется прямоугольный импульс положительного напряжения, длительностью.

а) б)

Рис. 6.5. Мультивибратор на операционном усилителе

а) схема;

б) временные диаграммы напряжений

Используя формулу (6.5), найдем длительности чередующихся импульсов напряжения и. Они равны длительности квазиустойчивых состояний схемы, определяемых перезарядкой емкостиC через резистор . Если предположить, что напряженияиодинаковы по величине, а;и, то для длительности импульсаполучим:

. (6.9)

Так как в обоих квазиустойчивых состояниях процессы перезарядки емкости С происходят через один и тот же резистор , то и длительности импульсов равны между собой_. При этом период следования импульсов равен

.