3.6. ОДНОВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ

Одновибратор является формирователем одиночного импульса прямоугольной формы и фиксированной длительности, возникающего на выходе при поступлении на вход запускающего короткого импульса. Одновибратор применяется либо в качестве формирователя прямоугольных импульсов, либо в качестве узла задержки импульсов на заданное время.

Схема одновибратора на ОУ приведена на рис. 3.14. Сравним эту схему со структурной схемой рис. 3.12. Одновибратор содержит конденсатор связанный с выходом компаратора на ОУ через резистор R. В качестве компаратора использована хорошо нам знакомая схема с ПОС через цепочку (сравните с рис. 3.10, а). Микросхема ОУ выполняет в одновибраторе несколько функций: компаратора, источника напряжения для заряда конденсатора и ключа, так как коммутация цепей заряда и разряда конденсатора осуществляется при переключении компаратора. Диод V1 служит для фиксации начального напряжения на конденсаторе . Элементы , V2 составляют цепь запуска, через них на схему поступает короткий запускающий импульс , Цепочка является дифференцирующей (см. § 3.4).

Временные диаграммы напряжений в схеме одновибратора приведены на рис. . Рассмотрение работы одновибратора нужно проводить по этапам в соответствии с порядком его работы.

1 этап (исходное состояние, «ждущий» этап), . Будем считать, что компаратор ранее был приведен в состояние . Конденсатор разряжен, так как диод V1 препятствует его заряду выходным напряжением ОУ через резистор .

Рис. 3.14. Одновибратор на ОУ (а) и временные диаграммы напряже» в схеме одновибратора (б)

Нетрудно убедиться, что рассматриваемое состояние устойчиво, т. е. может длиться сколь угодно долго: , следовательно, компаратор действительно находится в состоянии отрицательного насыщения

2 этап (формирование импульса). При к прямому входу ОУ прикладывается входное напряжение, которое действует сильнее, чем сигнал с выхода ОУ через . Напряжение на прямом входе становится положительным.

Поскольку на инвертирующем входе сохраняется , то компаратор регенеративно переключается и напряжение на его выходе скачком достигает . На этапе формирования импульса надобность в поддержании напряжения на входе после переключения компаратора отпадает, так как положительное насыщение ОУ поддерживается положительным напряжением, подаваемым с его выхода на прямой вход по цепи . Поэтому входной импульс одновибратора может быть весьма коротким. При конденсатор заряжается напряжением через резистор R, причем . Этап формирования импульса завершается в момент , когда напряжение на конденсаторе достигает значения напряжения ПОС на прямом входе:

В этот момент компаратор регенеративно переключается.

3 этап (стадия восстановления исходного состояния). Итак, в момент скачком устанавливается

Конденсатор начинает разряжаться через резистор R от источника напряжения , притом . В момент напряжение на конденсаторе достигает , открывается диод V1, который препятствует дальнейшему уменьшению напряжения на конденсаторе. В момент стадия восстановления завершается, одновибратор готов к приходу нового импульса на входе.

Рассмотрение принципа действия одновибратора позволяет нам вновь убедиться в том, что в этой схеме, как и в схеме мультивибратора, используются принципы, заложенные в схеме рис. 3.12, а. Для расчета основных стадий работы одновибратора воспользуемся выражением (3.9).

Рассчитаем длительность импульса. Начало его формирования происходит в момент (см. рис. 3.19), , постоянная времени . В момент срабатывания компаратора При подстановке этих величин в (3.9), учитывая связь , получаем

Аналогично рассчитываем длительность стадии восстановления . Для этого подставим в .

Получим

регулировка длительности импульса одновибратора может осуществляться следующими способами:

а) изменением R или (последнее обычно не применяют, так как конденсатор с переменной емкостью обладает большими габаритами и массой), при этом изменяется скорость заряда конденсатора

б) изменением соотношения . При этом изменяется напряжение срабатывания компаратора , а с ним и время, в течение которого напряжение на конденсаторе нарастает до величины .

При использовании одновибратора не следует забывать, что схемы с ПОС имеют низкую помехоустойчивость. В исходном состоянии напряжение на прямом входе ОУ должно быть много больше уровня помех. Естественно, что и амплитуда входного сигнала при этом должна быть большой, чтобы обеспечить переключение компаратора в начале стадии формирования импульса.