Одновибраторы на операционном усилителе. Электрическая схема, принцип действия, назначение элементов схемы. Временный диаграммы напряжений.

Наряду с мультивибраторами широкое применение находят одновибраторы. Это устройства, предназначенные для формирования одиночного прямоугольного импульса заданной длительности при воздействии на вход короткого запускающего импульса. Такие схемы часто называют ждущими мультивибраторами. Ждущие мультивибраторы применяются для формирования импульсов заданной длительности или в качестве узла задержки импульсов на заданное время.

Схема ждущего мультивибратора(одновибратора) приведена на рис. 16.4а. На рис. 16.4б приведены диаграммы, поясняющие принцип работы.

В схеме рис. 16.4а ОУ и цепь R3 R4 образуют компаратор с ПОС. Конденсатор С и резистор R образуют интегрирующую цепочку. Источником питания этой цепочки служит выходное напряжение компаратора, нагрузкой – инвертирующий вход ОУ. Диод D1 служит для фиксации начального напряжения на конденсаторе С – UC (0). Конденсатор С5 и резистор R5 образуют дифференцирующую цепочку. Диод D2 пропускает на прямой вход ОУ только положительные импульсы. Эти импульсы служат для запуска ждущего мультивибратора.

В исходном состоянии . Компаратор находится в отрицательном насыщении, т. е. . Отрицательным напряжением диод D1 открыт и поддерживает на конденсаторе С1 напряжение UC = 0. Напряжение обратной связи отрицательное, причем

.

Так как , то исходное состояние устойчиво, одновибратор может находиться в нем как угодно долго.

Пусть в момент времени t1 с выхода дифференцирующей цепочки на прямой вход ОУ поступает короткий положительный импульс, амплитуда которого больше амплитуды . Напряжение на прямом входе становится положительным и компаратор регенеративно переключается в область положительного насыщения, когда . Этим напряжением диод D1 закрывается, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R. На прямой вход ОУ подается положительное напряжение обратной связи

Этим напряжением ОУ поддерживается в состоянии положительного насыщения. Значит входной импульс необходим только для срабатывания компаратора и может быть очень коротким.

Скорость заряда конденсатора С1 определяется постоянной времени RC1, которая и задает длительность формируемого импульса - . Этап формирования импульса завершается в момент времени t2, когда напряжение на конденсаторе достигает значения . В этот момент компаратор регенеративно переключается в область отрицательного насыщения. Длительность формируемого импульса определяется выражением

(16.9)

После переключения компаратора в область отрицательного насыщения, напряжение на конденсаторе скачком не изменяется. Под воздействием UC диод D1 остается закрытым. Поэтому после момента времени t2 начинается этап восстановления исходного состояния, когда конденсатор С1 разряжается через резистор R от источника - . Скорость разряда определяется постоянной времени RC1. В момент времени t3 напряжение на конденсаторе . В этот момент открывается диод D1, который препятствует дальнейшему уменьшению напряжения на конденсаторе С1. Исходное состояние восстановлено. Схема готова к поступлению нового входного импульса. Длительность этапа восстановления определяется выражением

(16.10)

Следовательно, максимально допустимая частота входных импульсов для ждущего мультивибратора равна

(16.11)