Релаксационные формирователи и генераторы

Принцип работы релаксационных формирователей и генераторов на базе операционных усилителей основан на использовании процессов заряда – разряда (релаксаций) конденсаторов RC – цепей. При этом заданное время релаксаций реализуется как параметрами самой RC - цепи , так и величиной порогового напряжения срабатывания , устанавливаемого на одном из входов операционного усилителя. Операционный усилитель в данном случае используется в режиме компаратора. Наибольшее распространение получили две схемы этого типа, приведенные ниже.

Релаксационный генератор (мультивибратор) формирует последовательность прямоугольных разнополярных импульсов заданной длительности и скважности, схема мультивибратора приведена на рис. 75.

Рис. 75

Схема мультивибратора

Временные диаграммы, поясняющие работу мультивибратора приведены на рис. 76

Рис.76

Релаксационные процессы в

мультивибраторе

Uос – напряжение положительной
обратной связи,

Uпор = Uос – пороговое напряжение,

Енас – напряжение насыщения ОУ,

Т, Ти, Тп – длительности периода,

импульса и паузы ,

Uс – напряжение на конденсаторе

Напряжение на конденсаторе изменяется по экспоненте, начальный участок которой близок по форме к линейной зависимости (принято на временной диаграмме), при этом напряжение Uс стремится к ± Енас. В момент /Uc/ =/ Uпор/ дифференциальное входное напряжение ОУ изменяет знак на противоположный и напряжение на выходе ОУ скачкообразно (благодаря действию положительной обратной связи) изменяет полярность. Таким образом, мультивибратор может находиться в одном из двух квазиустойчивых состояний, в течение которых формируются длительности импульса и паузы. Пользуясь известными соотношениями для линейных RC- цепей первого порядка можно найти временные интервалы релаксаций для данной схемы:

, ,

, .

Обычно принимается условие: , тогда получим: и , в данном случае выходное напряжение представляет собой импульсную последовательность со скважностью равной двум (меандр). При необходимости получить другие значения скважности, как правило, вместо одного сопротивления R1 устанавливаются два резистора: один для цепи заряда конденсатора (формирование Ти), другой для его разряда (формирование паузы). При этом резисторы развязаны друг от друга диодами, пример такой схемы приведенна рис.77.

Рис. 77

Мультивибратор с регулируемой

скважностью

Очевидно, что значение скважности в данном случае будет зависеть от соотношения величин сопротивлений R1 и R¢1 в соответствии с формулой: .

Ждущий мультивибратор (одновибратор) предназначен для формирования одиночного выходного импульса заданной длительности при поступлении на вход импульса запуска. Таким образом, одновибратор имеет одно устойчивое состояние (до поступления запускающего импульса) и одно квазиустойчивое, в течение которого формируется выходной импульс напряжения. Схема одновибратора приведена на рис.78.

Рис.78

Ждущий мультивибратор

Диод VD фиксирует небольшое отрицательное напряжение на конденсаторе С2 в устойчивом состоянии одновибратора, равное прямому напряжению открытого диода (доли вольта), при этом напряжение на выходе операционного усилителя равно отрицательному
напряжению насыщения
(-Енас.)Процесс формирования выходного импульса аналогичен таковомув мультивибраторе, временные диаграммы работы одновибратора приведены на рис.79.

Рис.79

Релаксационные процессы в одно- вибраторе

Ти.вх. – длительность входного

импульса,

Твх. – период следования

входных импульсов

По вышеизложенной методике с учетом равенства R2 = R3, легко показать, что длительность выходного импульса составит: . Параметры входного импульса должны отвечать двум условиям:

- длительность импульса не должна быть меньше времени срабатывания ОУ,т.е. , где V - скорость нарастания напряжения на выходе ОУ (10 -50 В/мкс),

- амплитуда импульса должна быть больше абсолютного значения порогового напряжения , для того чтобы изменить полярность дифференциального входного напряжения ОУ и тем самым переключить выход ОУ в состояние противоположное предыдущему.

Следует отметить, что как следует из временных диаграмм, минимально возможный период следования входных импульсов должен быть по крайней мере равен или больше 2Ти. Применение одновибратора в качестве линии задержки широко используется в схемотехнике различных электронных устройств.