1.5. Ждущие мультивибраторы

Для схем релаксационных генераторов, работающих в ждущем режиме (ЖМВ), характерно наличие закрытого устойчивого состояния активного элемента, который открывается только на время формирования выходного импульса. В таких схемах есть одно устойчивое и одно квазисостояние, а переход из одного состояния в другое определяется процессом регенерации. Выходной импульс ЖМВ по форме (амплитуде, длительности, а иногда и полярности) может отличаться от параметров сигнала запуска.

Внешний, короткий с произвольными параметрами сигнал запуска вызывает переход схемы ЖМВ в неустойчивое квазиравновесное состояние, в результате генерируется один выходной импульс, после чего схема восстанавливается в устойчивое исходное состояние. Для реализации такого рабочего цикла в схеме есть петля широкополосной ПОС в виде RC-цепи.

Рассматриваемый тип генераторов применяют как устройство для формирования выходных импульсов с определённо заданными параметрами, поэтому их ещё называют одновибраторами и относят к классу заторможенных релаксационных генераторов.

Схемы одновибраторов выполняются на различной элементной базе: транзисторах, ИЛЭ, ОУ, интегральных таймерах и как с дополнительным источником смещения Е_СМ, так и без него.

ЖМВ на элементах И-НЕ и на основе RS–триггеров (у них процесс переключения имеет регенеративный характер) и с элементами задержки, имеют более широкий диапазон длительностей выходных импульсов и меньшие значения положительного фронта и времени среза , чем в схемах нерегенеративных формирователей на ИЛЭ.

ЖМВ на ОУ имеют повышенную температурную нестабильность, широкий диапазон регулировки длительности и амплитуды выходных импульсов.

Схемы на интегральных таймерах имеют наибольшую стабильность и малое время восстановления.

Пример ЖМВ на ИЛЭ с дополнительным источником смещения Е_СМ и его временные диаграммы изображены на рис. 4.16.

В исходном состоянии, в отсутствие сигнала запуска U_ЗАП, на входе ИЛЭ DD1 будет напряжение : ИЛЭ DD1 - открыт, а DD2 - закрыт. Тогда начальное напряжение на конденсаторе С будет равно: .

При подаче на вход схемы короткого запускающего импульса напряжения , произойдёт лавинообразный процесс переключения ИЛЭ DD2 и DD1. На выходе ИЛЭ DD2 образуется логический перепад напряжения и установится уровень напряжения .

Н аступает стадия квазиравновесия: происходит зарядка конденсатора С от источника смещения Е_СМ через резистор R и выходное сопротивление . Напряжение на входе ИЛЭ DD1 растёт до значения , после чего наступает процесс регенерации, и конденсатор разряжается до исходного напряжения . Этот разряд характеризует длительность стадии восстановления . Так как влияет на частоту повторения сигналов запуска, время среза выходного импульса , его длительность при малой скважности, то для сокращения этой стадии резистор R шунтируется обратносмещённым диодом (аналогично применяется и в схемах на рис. 4.9, 4.10).

Длительность импульса определяется по изменению напряжения на входе ИЛЭ DD1, которое близко к изменению напряжения на конденсаторе при зарядке: . Максимальное напряжение на конденсаторе при зарядке стремится к значению и в момент времени напряжение на нём будет равно .

Длительность импульса с учётом упрощений будет равна:

.

Это же выражение для длительности импульса можно получить по ранее приведённой формуле для переходного процесса:

.

Рассмотренный процесс генерации импульса и его фронтов в ЖМВ на ИЛЭ носит упрощённый характер, так как в нём не учитывается подлинный характер изменений в схеме от вида передаточных характеристик конкретных ИЛЭ.

В схемах ЖМВ на ОУ хронирующий конденсатор С может подключаться к любому из входов ОУ. В схеме на рис. 4.17 конденсатор включён в цепь ООС – к инвертирующему входу.

В отсутствие запускающего сигнала на выходе ОУ будет напряжение вследствие наличия небольшого положительного напряжения на конденсаторе С (инвертирующем входе ОУ), образуемого от протекания через диод VD1 обратного тока I_ОБР. На неинвертирующем входе ОУ будет напряжение создаваемое резистивным делителем определяемое как:

,

где , , и, считая значения напряжений

источников питания равными, будем иметь ;

- глубина положи

тельной обратной связи в схеме ЖМВ;

При подаче на вход схемы короткого положительного сигнала запуска равного возникает регенеративный процесс, и на выходе ОУ устанавливается уровень напряжения . Наступает стадия квазиравновесия: происходит зарядка конденсатора, изменение напряжения на котором стремится к установившемуся значению при закрытом диоде VD1.

Когда напряжение на инвертирующем входе ОУ достигнет значения , происходит регенерация схемы, и восстанавливается её исходное состояние, так как ОУ работает как усилитель с большим коэффициентом усиления .

Напряжение на выходе схемы станет равным , происходит перезарядка конденсатора С через резистор R до этого напряжения, и когда открывается диод VD1, фиксируется напряжение на инвертирующем входе ОУ - , и схема ЖМВ возвращается в исходное состояние.

Длительность импульса определяется выражением:

.

Длительность времени восстановления будет равна:

.

Регулировка длительности выходных импульсов может, осуществляется как изменением глубины ПОС, так и изменением постоянной времени зарядки конденсатора С.