8.4. Трехточечные генераторы

Трехточечными называют LC-генераторы, основными составными частями которых являются активный элемент и резонансный колебательный контур; при этом три точки колебательного контура подключены к различным электродам активного элемента (у биполярного транзистора – к эмиттеру, базе и коллектору). По тому, каких элементов в контуре больше, трехточечные генераторы называют индуктивными трехточками (рис. 8.6, а) и емкостными трехточками (рис. 8.6, б). Транзистор выполняет функцию усилителя, колебательный контур играет роль избирательной цепи обратной связи. Баланс амплитуд Kγ  l в генераторах выполняется на частотах резонанса контуров:

– в индуктивной трехточке f₀ =1/(2π);

– в емкостной трехточке f₀ = 1/(2π).

а	б
Рис. 8.6

Баланс фаз обеспечивается как в транзисторе (∆_К = 180°), так и в контуре (при протекании контурного тока напряжение на индуктивности U_L опережает ток на 90°, а напряжение на емкости U_C настолько же отстает от тока, поэтому между векторами U_L и U_C имеет место ∆_γ = 180°).

Рис. 8.7

Трехточечные генераторы обес-печивают бóльшую стабильность частоты генерации, чем RC-генераторы, так как значение частоты у LC-генераторов зависит от значений пара-метров схемы, обратно пропорцио-нально корню квадратному из них (у RC-генераторов – обратно пропорцио-нально). Однако стабильность частоты можно еще более повысить, схему генератора с кварцем (8.7). Основой этого генератора является емкостная трехточка, в которой кварц выполняет функцию индуктивности (свойства кварца см. в 2.5).

9. Генераторы импульсов

Существует несколько типов генераторов прямоугольных импульсов, среди которых наибольшее распространение получили мультивибраторы. Схемы мультивибраторов на транзисторах и операционных усилителях (ОУ) сильно различаются как по составу элементов, так и по принципу действия. Далее будут рассмотрены мультивибраторы на ОУ. На основе операционных усилителей возможно построение как автоколебательных, так и ждущих мультивибраторов с повышенной стабильностью генерируемого сигнала.

9.1. Ждущий мультивибратор (одновибратор) на оу

Ждущий мультивибратор (ЖМВ) – это генератор одиночных прямоугольных видеоимпульсов (отсюда его второе название – одновибратор). В интервале между импульсами (во время пауз) ЖМВ находится в устойчивом «дежурном» режиме, вывести из которого его можно только с помощью короткого импульса запуска. После формирования одиночного прямоугольного импульса ЖМВ возвращается в устойчивое состояние самопроизвольно, без внешнего воздействия. Таким образом, схема ЖМВ является моностабильной (т. е. имеет одно устойчивое состояние, а другое – неустойчивое). Схемы мультивибраторов сильно различаются топологически в зависимости от того, какие активные элементы входят в них.

Рис. 9.1

Схема ждущего мультивибратора на ОУ приведена на рис. 9.1, а диаграммы напряжений, поясняющие ее работу, – на рис. 9.2.

Мультивибратор состоит из регенеративного компаратора (в составе ОУ и резистивного делителя R₂–R₃), зарядной цепи, состоящей из сопротивления R₁, конденсатора C₁ и диода VD₁, а также из цепи запуска (дифференцирующей цепи C₂–R₄ и диода VD₂ в качестве ограничителя снизу). Так как выход всего ЖМВ совпадает с выходом компаратора, то очевидно, что выходной сигнал может принимать значения ±Е (равные напряжениям источников питания ОУ).

Во время пауз между импульсами выходное напряжение равно –Е, при отрицательном выходном напряжении диод VD₁ исключает возможность заряда конденсатора C₁. Так как U_вых = –Е, то из-за наличия делителя R₂–R₃ потенциал неинвертирующего входа ОУ равен

= +ЕR₃(R₂ + R₃) = –Е,

а потенциал инвертирующего входа= 0, так как диод VD₁ открыт и шунтирует конденсатор C₁.

Рис. 9.2

После подачи на неинвертирующий вход ОУ положительного запускающего импульса с амплитудой, по модулю превосходящей –Е, компаратор в составе ЖМВ срабатывает, на выходе ЖМВ устанавливается напряжение U_вых = +Е. Начинается формирование прямоугольного импульса. Диод VD₁ закрывается и начинается заряд конденсатора С₁ через сопротивление R₁ в направлении +Е (с постоянной времени С₁R₁). На неинвертирующем входе фиксируется потенциал = = +ЕR₃(R₂ + R₃) = +Е. Когда напряжение на конденсаторе С₁ достигает значения +Е, компаратор снова срабатывает (на сей раз без подачи сигнала запуска), формирование импульса завершается, на выходе восстанавливается напряжение U_вых = –Е, а заряд, накопленный на конденсаторе C₁, быстро стекает через диод VD₁, который вновь открывается в прямом направлении. После этого схема окончательно возвращается в исходное состояние.

Схема рис. 9.2 формирует положительные импульсы амплитудой 2Е (для формирования отрицательных импульсов необходимо развернуть оба диода, имеющиеся в схеме). Длительность импульса, формируемого ЖМВ на ОУ, определяется всеми основными элементами схемы: τ = С₁R₁ln(l + R₂/R₃), время восстановления τ_в = 3С₁r_{VD отк}. Период импульсов на выходе ЖМВ равен периоду импульсов запуска, но не может быть меньше, чем (τ + τ_в).