Мультивибраторы и одновибраторы

Для получения прямоугольных импульсов широко используют устройства, называемые релаксационными генераторами (релаксаторами) (от англ. relax — ослаблять, уменьшать напряжение). Релаксаторы, как и триггеры, относятся к классу спусковых устройств и основаны на применении усилителей с положительной обратной связью или электронных приборов с отрицательным сопротивлением, например туннельных диодов или тиристоров.

В отличие от триггеров, обладающих двумя состояниями устойчивого равновесия, релаксаторы имеют не более одного состояния. Кроме того, они имеют состояния квазиравновесия, характеризуемые сравнительно медленными изменениями токов и напряжений, приводящими к некоторому критическому состоянию, при котором создаются условия для скачкообразного перехода релаксатора из одного состояния в другое.

Релаксаторы могут работать в одном из трех режимов: 1) автоколебаний; 2) ждущем; 3) синхронизации. На практике чаще применяют устройства, основанные на использовании первых двух режимов.

В режиме автоколебаний в релаксаторе нет состояния устойчивого равновесия, имеется только два состояния квазиравновесия. Релаксатор переходит из одного состояния квазиравновесия в другое без внешних воздействий, генерируя импульсы, параметры которых зависят от параметров релаксатора. Такой релаксатор называется мультивибратором.

В ждущем режиме релаксатор имеет состояние устойчивого равновесия и состояние квазиравновесия. Переход из первого состояния во второе происходит под воздействием внешнего за­пускающего импульса, а обратный переход — самопроизвольно по истечении некоторого времени, определяемого параметрами устройства. Таким образом, в ждущем режиме релаксатор генерирует один импульс с определенными параметрами при воздействии запускающего импульса. Отсюда и название устройства — одновибратор.

В режиме синхронизации частота повторения импульсов релаксатора определяется частотой внешнего синхронизирующего напряжения. Релаксатор имеет два чередующихся состояния квазиравновесия, а время пребывания в этих состояниях зависит не только от параметров релаксатора, но также

а) б)

Рис. 3.51. Схема (а) и временные диаграммы (б) мультивибратора на операционном усилителе

от периода синхронизирующего напряжения. Если синхронизирующее напряжение снять, устанавливается режим автоколебаний.

Схемы мультивибраторов разнообразны и по элементной базе и по способам построения. Рассмотрим мультивибраторы на операционных усилителях. На рис. 3.51, а приведена схема мультивибратора, выполненного на основе инвертирующего триггера Шмитта (см. рис. 3.48), в котором отрицательная обратная связь осуществляется через фильтр нижних частот в виде RС-цепи. Допустим, что выходное напряжение мультивибратора равно . Тогда напряжение на инвертирующем входе (равное напряжению на конденсаторе) отрицательно, а на прямом входе положительно и равно

.

Напряжение на конденсаторе возрастает, так как конденсатор начинает перезаряжаться через резистор R, и стремится к (Рис. 3.51,б). Когда достигает уровня выключения триггера Шмитта, напряжение скачком изменяется до . Так как , то конденсатор С начинает перезаряжаться от до и обратное переключение происходит при . Затем процесс периодически повторяется.