RC-генераторы с самовозбуждением, страница 5

Рис. 1.28. Мультивибратор с фиксирующими диодами

Рис. 1.29. Временная диаграмма напряжения мультивибратора с фиксирующими диодами

Кроме мультивибраторов на транзисторах большое распространение получили мультивибраторы на операционных усилителях (ОУ) в интегральном исполнении. Один из них – симметричный мультивибратор на ОУ.

Основой схемы является компаратор на ОУ с положительной обратной связью (рис. 1.30), обладающий передаточной характеристикой, (рис. 1.31).

        Рис. 1.30. Схема компаратора с положительной ОС и нулевым опорным напряжением

       Рис. 1.31. Передаточная характеристика компаратора на ОУ

Автоколебательный режим работы создается благодаря подключению к инвертирующему входу ОУ времязадающей цепи из конденсатора С и резистора R (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Схема симметричного мультивибратора на ОУ

Принцип действия этой схемы иллюстрируют временные диаграммы (рис. 1.33).

Рис. 1.33. Временные диаграммы симметричного мультивибратора на ОУ

Предположим, что до момента времени t1 напряжение между входами ОУ U0>0. Это определит напряжение на выходе ОУ               Uвых=-Uвых max и на неинвертирующем входе ОУ U(+)=-gUвых max, где g=R1/(R1+R2) – коэффициент передачи цепи положительной ОС.

При появлении на выходе схемы напряжения –Uвых max начинает заряжаться конденсатор С через R (полярность зарядов конденсатора для этого случая указана без скобок).

В процессе заряда конденсатора С наступает такой момент времени t1, когда напряжения на прямом и инверсном входах становятся одинаковыми. При этом U0=0 и напряжение на выходе ОУ меняет полярность: Uвых=Uвых max, напряжение U(+)=gUвых max.

С момента времени t1 конденсатор С перезаряжается от уровня     -gUвых max до уровня gUвых max. Затем при U0=0 опять происходит переключение ОУ в противоположном состоянии и далее процессы повторяются и протекают аналогично.

Частота следования импульсов симметричного мультивибратора

f=1/T=1/(tu1+tu2)=1/2tu,

tu=tln(1+2R1/R2),

t=CR.

ОУ используют и для создания одновибраторов (рис. 1.34).

Рис. 1.34. Схема одновибратора на ОУ

Временные диаграммы одновибратора показаны на рис. 1.35.

Рис. 1.35. Временные диаграммы одновибратора на ОУ

Предположим, что в исходном состоянии напряжение на выходе одновибратора равно -Uвых max, что определяет напряжение на неинвертирующем входе ОУ: U(+)=-gUвых max. Напряжение на инвертирующем входе ОУ U(-), равное падению напряжения на диоде VД1 от протекания тока по цепи с резистором R, близко к нулю.

Поступающий входной импульс в момент времени t1 приводит ОУ в состояние Uвых max. На неинвертирующий вход ОУ передается напряжение gUвых max, поддерживающее его изменившееся состояние. Воздействие напряжения положительной полярности на выходе ОУ вызывает процесс заряда конденсатора С в цепи резистора R, в которой конденсатор стремится зарядиться до напряжения Uвых max. Характер процесса заряда конденсатора соответствует уравнению

                          Uc(t)=Uвых max(1-e^(-t/t)),                                  (1.5)

для которого

Uc(0)=0,

t=CR.

Но в процессе заряда напряжение на конденсаторе не достигает значения Uвых max, так как в момент t2 при U(-)=Uc=gUвых max ОУ возвращается в исходное состояние. Поэтому на время импульса напряжение на конденсаторе будет определяться как

Uc(tu)=gUвых max.

Длительность импульса, формируемого одновибратором,

                              tu=t ln(1/(1-g))=t ln(1+R1/R2).                        (1.6)

В момент времени t2 начинается процесс восстановления исходного напряжения на конденсаторе С (Uc=0), так как на выходе ОУ изменилась полярность напряжения. Процесс перезаряда конденсатора С по цепи RC происходит в соответствии с уравнением