Схемотехника: Лабораторный практикум, страница 34

uвх= uвх+= Uвых· R3/(R2+R3).

Так как напряжение на выходе операционного усилителя изменило полярность, то конденсатор С в дальнейшем перезаряжается и напряжение на нем стремится к Uвых. Далее все повторяется. Таким образом, на выходе схемы генерируются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы.

Перезарядка конденсатора С во время паузы происходит точно в таких же условиях, что и при формировании импульса, поэтому схема работает как симметричный мультивибратор.

12.3. Методика расчета мультивибратора

Исходные данные для расчета: амплитуда генерируемых импульсов Um или напряжение ±Uп; длительность импульса tи  или частота f ; длительность фронта  tф.

Порядок расчета.

1. Выбор типа операционного усилителя. Проверяется допустимость использования ОУ при заданном напряжении питания, а также по известной из справочных данных скорости нарастания выходного напряжения dUвых/dt возможность обеспечения заданной длительность фронта импульса:

dUвых/dt ³ Um / tф.

2. Выбираются сопротивления резисторов схемы из условия, что параллельное соединение всех резисторов, подключенных к выходу ОУ не создает его перегрузки:

(R1║(R2+R3)║Rн) ≥  Rн min    или   (R1║(R2+R3)║Rн) >> Rвых,

где Rн min и Rвых – минимально допустимое сопротивление нагрузки ОУ или выходное сопротивление соответственно.

3. Рассчитываются  сопротивления резисторов R2 и R3 исходя из оптимального коэффициента деления g @ 0.1, где  g = R3/(R2 + R3).

4. Рассчитывается постоянная времени цепи перезаряда конденсатора:

5. Уточняется сопротивление резистора R1 исходя из полученной постоянной времени t, выбранной емкости конденсатора С и ограничения по максимальному значению R1. Необходимо, чтобы емкость конденсатора С многократно превышала паразитную емкость монтажа, включая емкость кабеля осциллографа, а сопротивление R1 было бы много меньше сопротивления утечек монтажа: С >>50 пФ, R1<< 10 МOм.

Частота генерации в рассмотренной схеме мультивибратора на ОУ изменяется при колебаниях напряжения питания, в силу того что напряжение на неинвертирующем входе ОУ изменяется мгновенно и пропорционально изменениям Uп, а напряжение на конденсаторе С связано с Uп через экспоненциальную зависимость от времени.

Лучшей стабильностью частоты обладает мультивибратор на интеграторе и триггере Шмитта  (рис. 12.2).  Данная схема может быть также отнесена к классу функциональных генераторов, так как наряду с прямоугольными импульсами типа “меандр” она является источником сигналов пилообразной формы. Частота выходных импульсов схемы задается RC-цепью интегратора, выполненного на ОУ DA1, и зависит также от задаваемого порога срабатывания триггера Шмитта, который реализован на ОУ DA2.

Возникающие на выходе триггера Шмитта скачки напряжения с амплитудой, равной выходному напряжению насыщения ОУ (±Uнас), преобразуются на выходе интегратора в линейно изменяющееся напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта UТШ, напряжение на его выходе Uвых2 скачком меняет знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора Uвых1 начинает изменяться в противоположную сторону, пока вновь не достигнет напряжения UТШ с противоположным знаком. Амплитуда пилообразного напряжения Uвых1 зависит только от установки порога срабатывания триггера Шмитта UТШ, который для данной схемы включения триггера определяется выражением: