Генераторы импульсных сигналов

При построении импульсных генераторов также используется ПОС и для генерации используется либо заряд-разряд конденсатора, либо разряд-заряд индуктивности (магнитная энергия), либо используются линии задержки, задерживающие во времени выходной сигнал.

Мультивибратор на оу

С помощью делителя R₁ - R₂ обеспечивается ПОС, которая переводит ОУ в триггерный режим (переключательный).

R₂ - R₁ задают порог переключения на НИ входе.

Если U_вых = +U_max, то U_{порога +} = [+U_max/(R₁ + R₂)]* R₁.

Если U_вых = -U_max, то U_{порога -} = [-U_max/(R₁ + R₂)]* R₁.

Пока входной сигнал на инвертирующем входе отличается от  U_порога, ОУ находится за счет ПОС в состоянии насыщения, либо +, либо -U_max. Когда входное напряжение сравнивается с U_порога выходное напряжение меняет знак в зависимости от того, какой из порогов достигается, + или -.

Цепочка R - C обеспечивает заряд - пере заряд емкости, подключенной к И входу за счет изменения U_вых. Таким образом, этой цепочкой обеспечивается генерация и временные соотношения в схеме.

Заряд - разряд происходит с постоянной времени _{зар/раз} = RC

t₁ = t₂

U_вых = +U^max_вых, то U_{п +} = - пороговое напряжение

U_{п -} = ,U_вых = -U^max_вых

1. Выходное напряжение

2. Напряжение на НИ входе: U₊ = U_вх+

3. Напряжение на И входе: U_- = U_вх- = U_с

Делитель R₁ и R₂ задает пороги переключения ОУ как триггера. В установившемся режиме работы пусть:

U_вых = + U_{вых max},

при этом емкость С через R с постоянной времени  заряжается до + U_{вых max}. Пока U_вх-  U_вх+  U_вых = + U_{вых max}= const. В момент времени t = t₁, когда U_вх- = U_с = U_вх+ напряжение на входах сравнивается, ОУ входит в линейный режим и как только U_с станет чуть больше U_вх+, ОУ переключается в состояние U_вых = - U_{вых max}, за счет ПОС через R₁ и R₂ обеспечивается быстрое переключение ОУ со скоростью, определяемой быстродействием самого ОУ. После переключения С начинает перезаряжаться от U_вых = - U_{вых max} и пока U_с  U_{n -} , U_вых = - U_{вых max+} = const. В момент времени t₂ U_с = U_{n -} ,происходит обратное переключение и процесс повторяется и на выходе формируется симметричный прямоугольный сигнал (меандр), у которого длительность импульса t₁ = t₂ = T/2. Таким образом, частота f или период импульсов определяется временем, в течение которого напряжение на емкости U_c находится в пределах от U_{n +} до U_{n -}.

T = 2RCln(1 + 2R₁/R₂)

Симметричный мультивибратор

Меняя R или С можно изменять частоту генерации.

Несимметричный мультивибратор (автоколебательный)

₁ = R₃*C

₂ = R₄*C

Если ₁ > ₂, то t₁ > t₂

С помощью VD₁ и VD₂ и R₃ и R₄ обеспечиваются разные постоянные времени заряда и разряда С.

Когда U_вых > 0, VD1 – открыт, VD2 – закрыт, заряд идет через R₃.

Когда U_вых < 0, VD1 – закрыт, VD2 – открыт, разряд через R₄.

Временная диаграмма МВ с учетом переходных процессов переключения самого ОУ. Переключение реального ОУ происходит не мгновенно, а в течение какого - то времени t = t_пер, которое определяется конечным быстродействием самого ОУ.

t_пер  2U_m/V_u

V_u – скорость переключения [В/мксек]

t_пер  1100 мкс

Заторможенный мультивибратор (мв) или одно вибратор (ждущий мв).

U_вх > 2U_{п +}

U_вх > U_д  0,7 В

В исходном состоянии, когда нет входного сигнала

U_c = -U_д  0,7 В

U_вых = -U^max_вых

U₊ = U_{п -}

В момент времени t₁ на входе «+» формируется короткий импульс за счет дифференцирующего действия С₁. Как только U_вх+ = U_вх- произойдет переключение ОУ и емкость С начнет заряжаться, на входе ОУ будет удерживаться U_вых = +U^max_вых до тех пор, пока U_c не станет равным U_{п +}

Когда выполнится это условие, ОУ переключится в исходное состояние и С начнет разряжаться, но когда U_c станет равным U_д  0,7 В пере заряд С закончится, т. к. откроется диод, а т.к. |U_д| < |U_{п -}| процесс на этом закончится и схема вернется в исходное состояние, т. е. не будет режима повторной генерации. Длительность формирование импульса определяется как

t_u = RCln(1 + R₁/R₂)

Время t₃ – t₂ = t_{готовности} - время пере заряда С определяет время готовности схемы к формированию следующих импульсов и если следующий входной импульс придет раньше, чем t = t_u + t_гот, то на выходе сформируется укороченный импульс. Повысить время готовности схемы можно, если обеспечить быстрый пере заряд С через маленькое сопротивление.