Генераторы прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных импульсов делятся на муль­тивибраторы и блокинг-генераторы. И те и другие могут ра­ботать как в автоколебательном, так и в ждущем режимах.

Автоколебательные мультивибра­торы.

Такие генераторы могут быть построены на дискрет­ных, логических элементах или на операционных усили­телях. Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ представлен на рисунок 4.50.

В данной схеме с помощью резисторов R_l и R₂ введена положительная обратная связь, что является необходимым условием для возникновения в схеме электрических колебаний. Принцип работы мультивибратора поясняют временные диаграммы, приведенные на рисунке 4.51.

Рисунок 4.50 Схема автоколебательного мультивибратора на основе ОУ

В зависимости от на­пряжения на выходе (которое может быть равно либо +Е_пит, либо - Е_пит, где Е_пит - напряжения питания ОУ) на неинвертирующем входе ОУ устанавливается или на­пряжение U₊₁, или напряжение U₊₂.

Причем

Рисунок 4.51 Временные диаграммы работы автоколебательного

мультивибратора

Емкость С, входящая в цепь отрицательной обратной связи, перезаряжается с постоянной времени τ =RC. На­пряжение U_cна емкости, равное напряжению U_ на ин­вертирующем входе, стремится либо к уровню + Е_пит (при U_вых = +Е_пит) либо уровню —Е_пит (при и_вых = — Е_пит). До момента времени t₁ U₊ — U_ = U₊₁ — U_c > О, следователь­но, ОУ находится в режиме насыщения и на его выходе удерживается напряжение +Е_пит. После достижения момента вре­мени t₁ эта разность меняет знак, что приводит к измене­нию напряжения на выходе ОУ на Е_пит. После момента времени t₁ емкость С перезаряжается, причем ее напряже­ние стремится к уровню —Е_пит. Очевидно, что до момен­та времени t₂U₊ — U_=U₊₂ — U_c < 0, что и удерживает вы­ходное напряжение ОУ на уровне —Е_пит. Начиная с момента времени t₂эта разность вновь меняет знак, про­исходит изменение напряжения U_вых ит. д. Таким образом, данный мультивибратор формирует прямоугольные им­пульсы напряжения. Период следования импульсов T оп­ределяется выражением:

где R" > R′.

Рассмотрим ждущий мультивибратор на основе ОУ (рисунок 4.53), который иногда называют одновибратором.

Рисунок 4.53 Схема одновибратора (а) и временные диаграммы его

работы (б)

Нетрудно заметить, что эта схема аналогична схеме автоколебательного мультивибратора, но в нее введены диод D₂ (для осуществления ждущего режима) и цепь за­пуска на элементах С₁, R₃, D₁(рисунок 4.53, а). Схема имеет одно устойчивое состояние, когда напряжение на выходе отрицательное (примерно равно — Е_пит). Если бы по ка­кой-либо причине напряжение на выходе оказалось поло­жительным (+Е_пит), то в результате рассматриваемых даль­ше процессов изменилось бы состояние схемы.

В исходном состоянии (на выходе — Е_пит)диод D₂от­крыт, напряжение на инвертирующем входе U_ пример­но равно нулю, а напряжение U₊ на неинвертирующем входе определяется выражением:

,

Диод D₁, подключений к неинвертирующему входу, закрыт. В момент времени t₁ входной сигнал открывает этот диод, на неинвертирующий вход подается положительный сигнал (на инвертирующем входе остается нулевой сигнал), и ОУ переходит в режим с положительным напряжением на выходе. После этого начинается заряд конденсатора С. Когда напряжение U₊₁, определяемого выражением , дифференциальный сигнал U₊ — U_ становится отрицательным и ОУ возвраща­ется в исходное устойчивое состояние (в таком состоянии дифференциальный сигнал отрицательный).

Из временных диаграмм (рисунок 4.53, б) следует, что лишь после момента времени t₃можно подавать очеред­ной запускающий импульс.