12.1. Исходные данные

1. В лабораторной работе рассчитываются, собираются и исследуются две схемы мультивибраторов на ОУ: простейшая и с интегратором и триггером Шмитта. Справочные данные на ОУ типа TL072 приведены в приложении.

2. Параметры выходных импульсов задаются преподавателем.

3. Для питания схем следует использовать стабилизированные напряжения U_п1 = +12 В и U_п2 = –12 В.

4. Контроль формы и амплитуды напряжений в исследуемых схемах осуществляется с помощью осциллографа.

12.2. Основные теоретические сведения

М ультивибратор на операционном усилителе имеет две цепи обратной связи (рис. 12.1). Цепь обратной связи, действующая на неинвертирующий вход, является положительной ОС. Сигнал для этой ОС снимается с делителя напряжения, образованного резисторами R₂ и R₃. Величина этого сигнала u_вх⁺ зависит от уровня выходного напряжения, а знак совпадает со знаком U_вых.

Обратная связь, действующая на инвертирующий вход, является отрицательной ОС и образована цепочкой R₁С, которая также может рассматриваться во время переходных процессов как делитель напряжения. В отличие от сигнала положительной обратной связи, напряжение на инвертирующем входе u_вх^– зависит не только от напряжения на выходе усилителя, но и является функцией времени, поскольку u_вх^– = u_с(t).

Рассмотрим процессы, протекающие в мультивибраторе, начиная с момента времени, когда напряжение на выходе меняет знак с отрицательного (U_вых^–) на положительное (U_вых⁺).

Конденсатор C в результате процессов, протекавших в предшествующие моменты времени, заряжен таким образом, что к инвертирующему входу ОУ приложено отрицательное напряжение. На неинвертирующем входе действует положительное напряжение, снимаемое с делителя R₂, R₃. Напряжение u_вх⁺ остается постоянным, а напряжение на инвертирующем входе u_вх^– с течением времени увеличивается, стремясь к уровню U_вых⁺ , поскольку в схеме протекает процесс перезарядки конденсатора С. Однако пока u_вх⁺ > u_вх^– состояние усилителя обусловлено напряжением на неинвертирующем входе и на выходе схемы сохраняется уровень U_вых⁺.

Дальнейшее увеличение напряжения на u_вх^– приводит к тому, что дифференциальное (разностное) напряжение на инвертирующем входе усилителя оказывается положительным, поэтому напряжение на выходе схемы резко уменьшается и становится отрицательным U_вых^–. Пренебрегая напряжением смещения ОУ можно считать, что скачкообразный переход схемы в состояние с противоположным по знаку выходным напряжением происходит тогда, когда напряжения на входах операционного усилителя становятся равны:

u_вх^– = u_вх⁺= U_вых⁺ · R₃/(R₂+R₃).

Так как напряжение на выходе операционного усилителя изменило полярность, то конденсатор С в дальнейшем перезаряжается и напряжение на нем стремится к U_вых^–. Далее все повторяется. Таким образом, на выходе схемы генерируются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы.

Перезарядка конденсатора С во время паузы происходит точно в таких же условиях, что и при формировании импульса, поэтому схема работает как симметричный мультивибратор.