3.3. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ

Мультивибратором называется генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входногсксигнала.

Схема мультивибратора на ОУ представлена на рис. 3.13. Сопоставим ее со схемой рис. 3.12, а. Конденсатор С и резисторы образуют интегрирующую -цепь: при заряде конденсатора открыт диод V1, ток проходит через , при разряде — открыт V2, ток идет через . Источником напряжения Е является выходная цепь ОУ.

Рис. 3.13. Мультивибратор на ОУ (а) и временные диаграммы напряжений в схеме мультивибратора (б)

Компаратор выполнен на ОУ с ПОС через цепь (ср. рис. 3.10). При переключениях компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда конденсатора С, т. е. ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений заряда и разряда конденсатора, компаратора и ключа.

Рассмотрим работу мультивибратора. Временные диаграммы приведены на рис. . Пусть при источники питания ОУ отключены: . Конденсатор С разряжен и . В момент подключим , При их включении выходное напряжение ОУ ивых отклонится либо в положительном, либо в отрицательном направлении (случайный процесс). Для определенности допустим, что произошло положительное приращение Через цепь это приращение подается на прямой вход ОУ, усиливается и в свою очередь вызывает приращение Аивых. Процесс развивается лавинообразно, в результате в момент U скачком устанавливается .

Начиная с момента , конденсатор С заряжается напряжением через резистор так как к аноду диода V1 приложено положительное напряжение, постоянная времени . Нарастающее по экспоненте напряжение подается на инвертирующий вход ОУ. На прямой вход ОУ через цепочку ПОС подается напряжение

В момент напряжение на конденсаторе достигает значения и происходит срабатывание компаратора. Его переключение протекает лавинообразно (регенеративный процесс) и завершается при . Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком и, начиная с момента , происходит перезаряд конденсатора через резистор напряжением с постоянной времени (на диоде прямое напряжение — минус на катоде). Мы отмечаем, что, воздействуя на диод V1 и V2, компаратор осуществляет переключение цепей заряда () и разряда () конденсатора С. При напряжение на прямом входе ОУ

Конденсатор С не успевает разрядиться до напряжения , так как в момент U напряжение на нем достигает значения и снова происходит регенеративное переключение компаратора, при этом устанавливается .

Вновь начинается этап заряда конденсатора С через резистор При напряжении на конденсаторе происходит очередное срабатывание компаратора.

Установившийся процесс начинается при и характеризуется изменением напряжения на конденсаторе от и обратно. Интервал определяет длительность импульса , длительность паузы

Найдем . Для этого воспользуемся анализом схемы заряда конденсатора С, выполненным в § 3.4 [выражения (3.8) и (3.9)].

Для нахождения рассмотрим заряд конденсатора С от источника с постоянной времени . Процесс начинается при (см. рис. 3.13, момент h) и завершается при . В соответствии с (3.9)

Учитывая зависимость от , получим

Интервал паузы найдем при рассмотрении перезаряда конденсатора С от источника с постоянной времени . В соответствии с (3.9)

Период повторения

Скважность

Отметим, что значения и Q не зависят от параметров ОУ. Это обусловливает высокую стабильность частоты и скважности Q мультивибратора. В реальных мультивибраторах процессы развиваются несколько сложнее, так как ивых ОУ при прямом и обратном насыщении Не вполне одинаковы по величине, имеется напряжение смещения нуля (см. § 2.12), срабатывание компаратора происходит при ненулевом напряжении . Эти факторы несколько снижают стабильность работы схемы.

Рассмотрим способы регулировки частоты и скважности мульти. вибратора.

1. При регулировке частоты f скважность Q не должна изменяться, Можно предложить следующие способы регулировки частоты:

а) изменением емкости конденсатора С. Этот способ применяется редко, так как связан с громоздкими решениями;

б) измеиеиием отношения путем изменения одного из этих сопротивлений. При этом изменяется . Например, при увеличении увеличивается , конденсатор С за время должен заряжаться до большего напряжения его постоянная времени неизменна, поэтому растет. Так же изменяется и , следовательно, частота f уменьшается.

2. При регулировке скважности необходимо поддерживать постоянным значение f, т. е. при увеличении длительности импульса на то же значение необходимо уменьшить длительность паузы. Для этого в схеме рис. 3.16 выполняются в виде потенциометра, средняя точка которого присоединена к инвертирующему входу ОУ, а крайние точки — соответственно к катоду диода V1 и аноду диода V2, При регулировке сдвигается средняя точка потенциометра, но сумма сопротивлений остается неизменной [см. выражения (3.12) и (3.13)].