§ 3.4. Мультивибраторы

Мультивибраторы относятся к классу узлов импульсной техники, предназначенных для генерирования периодической последовательности импульсов напряжения прямоугольной формы с требуемыми параметрами (амплитудой, длительностью, частотой следования и др.). Подобно генераторам синусоидальных колебаний , мультивибраторы работают в режиме самовозбуждения : для формирования импульсного сигнала в мультивибраторах не требуется внешнее воздействие, например подача входных сигналов. Процесс получения импульсного напряжения основывается на преобразовании энергии источника постоянного тока.

Мультивибратор в подавляющем большинстве случаев выполняет функцию задающего (ведущего) генератора , формирующего запускающие входные импульсы для последующих узлов и блоков в системе импульсного или цифрового воздействия.

Существует большое разнообразие средств и методов построения схем мультивибраторов. В настоящее время для построения мультивибраторов наибольшее распространение получили операционные усилители в интегральном исполнении.

Возможность создания мультивибратора на операционном усилителе основывается на использовании ОУ в качестве порогового узла (компаратора). Схема симметричного мультивибратора на ОУ приведена на рис. 3.8, а. Ее основой служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью (см. рис. 3.7,а), обладающий передаточной характеристикой вида рис. 3.7,б. Автоколебательный режим работы создается благодаря подключению к инвертирующему входу ОУ времязадающей цепи конденсатора С и резистора R. Принцип действия схемы иллюстрирует временные диаграммы, приведенные на рис. 3.8, б-г.

Предположим, что до момента времени напряжение между входами ОУ . Это определяет напряжение на входе ОУ и на его неинвертирующем входе (рис. 3.8, б,в), где - коэффициент передачи цепи положительной обратной связи. Наличие на выходе схемы напряжения обусловливает процесс заряда конденсатора С через резистор R с полярностью, указанной на рис. 3.8, а без скобой. В момент времени экспоненциально изменяющееся напряжение на инвертирующем входе ОУ (рис. 3.8, г) достигает напряжения на неинвертирующем входе . Напряжение становится равным нулю, что вызывает изменение полярности напряжения на выходе ОУ: (рис. 3.8, б). Напряжение изменяет знак и становится равным (рис. 3.8, в), что соответствует и .

С момента времени начинает перезаряд конденсатора от уровня напряжения . Конденсатор стремится перезарядиться в цепи с резистором R до уровня с полярностью напряжения, указанной на рис. 3ю8, а в скобках. В момент времени напряжение на конденсаторе достигает значения . Напряжение становится равным нулю, что вызывает переключение ОУ в противоположное состояние (рис. 3.8, б-г). Далее процессы в схеме протекают аналогично.

Частота следования импульсов симметричного мультивибратора

f=1/T= (3.16)

Время можно определить по длительности интервала (рис. 3.8, б), характеризирующего перезаряд конденсатора С в цепи с резистором R и напряжением . от до (рис. 3.8, г). Процесс перезаряда описывается известным из ТОЭ управлением

(3.17)

Где , ,

Отсюда

) (3.18)

Положив в выражение (3.18) , находим:

(3.19)

И

f= (3.20)

Если принять для ОУ , то соотношения (3.19), (3.20) примут вид

(3.21)

f = (3.22)

На рис. 3.9, а приведена схема несимметричного мультивибратора на ОУ, для которого . Не симметричному режиму работы отвечают неодинаковые постоянные времени времязадающих цепей мультивибратора по полупериодам. В схеме рис. 3.9, а это достигается включением вместо резистора R двух параллельных ветвей, состоящих из резистора и диода. Диод открыт при положительной полярности выходного напряжения , а диод - при отрицательной. В первом случае во втором - . Вид кривой выходного напряжения напряжения при показан на рис. 3.9,б. Длительность импульсов , несимметричного мультивибратора рассчитывают по формуле (3.21) с подстановкой соответствующего значения , а его частоту – по формуле f=1/T= .