Мультивибратор на операционном усилителе

Конденсатор С и резисторы R1, R2 образуют интегрирующую RC-цепь: при заряде конденсатора открыт диод V1, ток проходит через R1, при разряде — открыт V2, ток идет через R2. Источником напряжения E является входная цепь ОУ. Компаратор выполнен на ОУ с положительной обратной связью через цепь R3R4. При переключении компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда конденсатора C, то есть ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и ключа.

Мультивибратор на операционном усилителе

В вычислительной технике, радиотехнике, телевидении, системах автоматического управления используют генераторы, колебаний несинусоидальной формы (прямоугольной, треугольной и т. д.). Генераторы, предназначенные для получения колебаний прямоугольной формы, называют мультивибраторами. В отличие от генераторов гармонических колебаний в мультивибраторе используется цепь обратной связи первого порядка, а активный элемент работает в нелинейном режиме.

Мультивибраторы работают в режиме автоколебаний или в ждущем режиме. Соответственно, различают автоколебательные и моностабильные (ждущие) мультивибраторы.

Схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе показана на рис. 6.4.1. Активным элементом является инвертирующий триггер Шмитта, реализованный на ОУ и резисторах , . Резистор и конденсатор формируют времязадающую цепь, определяющую длительность формируемых импульсов.

Операционный усилитель охвачен положительной обратной связью (цепь – ) и находится в режиме насыщения, поэтому напряжение на выходе . Переключение ОУ из положительного насыщения в отрицательное и обратно происходит, когда напряжение на инвертирующем входе достигает положительного и отрицательного порогов срабатывания, равных и соответственно. Здесь – коэффициент обратной связи: .

Передаточная характеристика триггера Шмитта показана на рис. 6.4.2.

Рис. 6.4.1 Рис. 6.4.2

Назначение таких устройств – получение одиночных импульсов заданной длительности. Схема ждущего мультивибратора показана на рис. 6.4.5. Импульс на выходе возникает при подаче на вход специального запускающего сигнала. Поскольку на входе включена дифференцирующая цепь, форма и длительность такого сигнала могут быть произвольными.

43.

Триггер Шмитта — электронный двухпозиционный релейный (переключающий) элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности (петлю гистерезиса). Триггер Шмитта используется для восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтрах дребезга, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения. Этот триггер стоит особняком в семействе триггеров: он имеет один аналоговый вход и цифровой выход.

Механический триггер Шмитта с механическим гистерезисом применяется в регуляторах температуры холодильников.

Фазовая траектория (статическая характеристика) триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.

В триггере Шмитта весь входной диапазон возможных напряжений делится входным троичным компаратором на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения (трит) в чёткой троичной логике, в верхнем из которых (трит = +1) триггер устанавливается в "1", в среднем из которых (трит = 0) действия не производятся, а в нижнем из которых (трит = -1) триггер устанавливается в "0". Логическая часть триггера Шмитта выполняет сложную унарную троичную логическую функцию с памятью - "повторитель (F107₃ = F8₁₀) с запоминанием в RS-триггере двух (трит = +1 и трит = -1) из трёх возможных состояний трита"

Триггер Шмитта применяют для преобразования синусоидального напряжения в последовательность прямоугольных импульсов. При подаче на вход синусоидального напряжения U (t) = U _m sin ω t с амплитудой, превышающей уровень срабатывания триггера, на его выходе формируются импульсы, фронты которых совпадают с моментами равенства входного напряжения и уровней срабатывания и отпускания (рис.11.17, в).

Приведенный анализ преобразователей с обратными связями базировался на статических моделях, отображаемых резистивными эквивалентными схемами. Наличие емкостей, индуктивностей и инерционности усилителей создает задержку сигналов в контуре обратной связи, что может вызвать ложные (непредусмотренные при заданном входном сигнале) срабатывания и даже привести к возникновению самопроизвольной (паразитной) генерации.

Эффект возбуждения периодических колебаний напряжения в контурах обратной связи без внешнего воздействия заложен в основу функционирования специальных устройств, называемых автогенераторами. С энергетической точки зрения генерирование сигналов можно трактовать как автономное преобразование энергии источника электропитания в энергию периодического сигнала (последовательности импульсов).