18.5. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Если глазной задачей является получение прямоугольного напряжения, а линейность треугольного напряжения не играет особой роли, описанные выше схемы функциональных генераторов можно значительно упростить. Такие упрощенные схемы обычно называют мультивибраторами. Простейшая схема мультивибратора, состоящая из двух транзисторов, уже была рассмотрена в гл. 8. В этом разделе будет описано еще несколько схемных реализаций мультивибраторов, выполненных в основном на интегральных микросхемах.

18.5.1. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Мультивибратор, изображенный на рис. 18.32, состоит из инвертирующего триггера Шмитта, охваченного обратной связью с помощью фильтра нижних частот.

Когда потенциал на N-входе достигает порога срабатывания триггера Шмитта, схема переключается и ее выходное напряжение скачком принимает противоположное предельное значение. При этом потенциал на входе начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания. Схема переключается в первоначальное состояние. Временная диаграмма работы схемы показана рис. 18.33.

Согласно изложенному в разд. 17.6.1, уровни срабатывания триггера Шмитта составляют

где

Анализ схемы мультивибратора позволяет записать дифференциальное уравнение для

При начальных условиях

Рис. 18.32. Мультивибратор на базе операционного усилителя.

Рис. 18.33. Временная диаграмма работы мультивибратора.

решение этого дифференциального уравнения имеет вид

Значение напряжения, равное порогу срабатывания триггера Шмитта, будет достигнуто спустя время

Период колебаний мультивибратора, таким образом, равен

При период колебаний составляет

Мультивибратор на базе прецизионного триггера Шмитта

С помощью схемы прецизионного триггера Шмитта, изображенного на рис. 17.36, можно построить универсальный мультивибратор с высокой стабильностью частоты выходного напряжения. При этом на частотах до может использоваться интегральная микросхема таймера типа 555. На более высоких частотах может применяться сдвоенный компаратор, выпускаемый в интегральном исполнении под названием который включается аналогично с помощью нескольких внешних элементов. (См. разд. 17.6.3.)

Схема прецизионного мультивибратора представлена на рис. 18.34. Номера выводов указаны для микросхемы таймера типа 555. При помощи внутреннего делителя напряжения пороги срабатывания триггера Шмитта установлены равными Используя вывод 5 микросхемы, эти значения можно изменять в некоторых пределах. Когда потенциал на конденсаторе С достигнет верхнего порога срабатывания, сигнал установится на низком уровне Выходное напряжение -триггера также установится на низком уровне и транзистор откроется. Конденсатор С при этом станет разряжаться через резистор до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет нижнего порога срабатывания, равного Это произойдет за время

После достижения нижнего порога срабатывания триггера Шмитта сигнал примет значение и RS-триггер опрокинется в обратную сторону. Выходное напряжение -триггера установится на высоком уровне и транзистор закроется. При этом начнется заряд конденсатора через два последовательно включенных резистора и Напряжение на конденсаторе опять достигнет верхнего порога срабатывания за время

Частота выходного напряжения мультивибратора составит

Рис. 18.34. Мультивибратор на основе ИС таймера 555

Рис. 18.35. Временная диаграмма работы мультивибратора на основе ИС таймера 555.

Временная диаграмма напряжений мультивибратора представлена на рис. 18.35. При подаче нулевого сигнала на вход сброса 4 генерацию можно остановить.

Путем подачи на вход 5 некоторого напряжения можно изменить пороги срабатывания триггера Шмитта. При этом изменится время заряда конденсатора а вместе с ним и частота генерации Если потенциал изменить на величину то относительное изменение частоты будет равно

При небольших изменениях напряжения на входе 5 можно таким образом осуществлять частотную модуляцию выходного напряжения с приемлемой линейностью.

Микросхема таймера типа 555 также может успешно применяться для формирования одиночных импульсов. Длительности импульсов выдержки времени могут изменяться от до нескольких минут. Соответствующее включение этой микросхемы показано на рис. 18.36.

Когда напряжение на конденсаторе достигает верхнего порога срабатывания схемы, RS-триггер сбрасывается в нулевое состояние и выходное напряжение схемы устанавливается на уровне Транзистор открывается и разряжает конденсатор. Так как нижний по схеме компаратор не подключен к конденсатору, схема остается в этом состоянии до тех пор. пока -триггер не опрокинется в единичное состояние, т.е. пока на вход 2 схемы не придет импульс -уровня. Длительность импульса выходного напряжения равна времени, в течение которого напряжение на конденсаторе увеличивается от нулевого значения до величины верхнего порога срабатывания триггера Шмитта, равного

Рис. 18.36. Реле времени на основе ИС таймера 555.

Выдержка времени

Рис. 18.37. Временная диаграмма работы реле времени.

Оно составляет

Если в течение этого времени на вход 2 придет еще один запускающий импульс, то триггер останется в единичном состоянии, т.е. повторный запуск во время заряда конденсатора схемой игнорируется. На рис. 18.37 представлена временная диаграмма работы формирователя одиночных импульсов.

Разряд конденсатора С после окончания выдержки времени осуществляется не мгновенно, так как коллекторный ток транзистора имеет ограниченную величину. Время, необходимое для разряда конденсатора, называется временем восстановления. Если в этот период придет запускающий импульс, то величина выдержки времени сократится. В этом случае величина выдержки времени не может обеспечиваться с достаточной точностью.

Реле времени с перезапуском

Иногда отсчет выдержки времени нужно производить не по первому импульсу из серии, как это осуществлено в предыдущей схеме, а по последнему. Схемы, построенные по такому принципу, называются реле времени с перезапуском. Соответствующее включение микросхемы таймера 555 показано на рис. 18.38. В этой схеме реле времени также используются свойства микросхемы как прецизионного триггера Шмитта.

Когда напряжение на конденсаторе

Рис. 18.38. Реле времени с перезапуском. Выдержка времени

Рис. 18.39. Временная диаграмма работы реле времени с перезапуском.

достигает верхнего порога срабатывания, выходное напряжение -триггера падает скачком до -уроння. Тем не менее конденсатор при этом не разряжается, так как транзистор к нему не подключен. Напряжение на конденсаторе продолжает нарастать до величины . В таком состоянии схема остается до прихода очередного запускающего импульса. Этот импульс прямоугольной формы и достаточной длительности подается на базу транзистора который при этом разряжает конденсатор; нижний по схеме компаратор устанавливает -триггер в единичное состояние. Начинается отсчет времени. Если в этот период на вход схемы поступит еще один запускающий импульс, то конденсатор окажется снова разряженным, на выходе -триггера останется напряжение уровня, а отсчет времени начнется сначала. Схема при этом переключится в исходное состояние только спустя время

после прихода последнего импульса. Благодаря такому свойству рассмотренная схема называется также детектором подавления импульсов. Диаграмма напряжений схемы для случая прихода серии запускающих импульсов представлена на рис. 18.39.