9.2. Автоколебательный мультивибратор на оу

Автоколебательный мультивибратор (АМВ) служит для создания непрерывных последовательностей прямоугольных импульсов. Все переключения в схеме происходят в результате внутренних процессов в ней, никаких импульсов запуска не требуется. Так как оба состояния АМВ неустойчивы, то схему можно назвать астабильной. Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора на ОУ представлена на рис. 9.3, а диаграммы, поясняющие ее работу, – на рис. 9.4.

Рис. 9.3

Мультивибратор состоит из регенеративного компаратора на ОУ и резисторах R₃ и R₄ и зарядной цепи VD₁–VD₂–R₁–R₂–C. Значения выходного напряжения практически достигают уровней +Е, –Е, что определяется свойствами выходного каскада операционного усилителя. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ соответствует по форме входному напряжению, но уменьшено по амплитуде в  = R₁/(R₁ + R₂) раз. Конденсатор С перезаряжается током, поступающим с выхода ОУ, либо через диод VD₁ и резистор R₁ (при +Е на выходе), либо через диод VD₂ и R₂ (при –Е). В процессе работы АМВ сигнал на выходе усилителя меняет знак, когда напряжение на конденсаторе U_C (а значит и на инвертирующем входе ОУ) достигает значений +Е или –Е.

Длительности положительного и отрицательного импульсов ⁺ и ^– определяются по формулам ⁺ = СR₁ ln (1+ (2R₃)/R₄), ^– = СR₂ ln (l + (2R₃)/R₄). Соответственно, период импульсов Т = ⁺ + ^– = С(R₁ + R₂) ln (1+ (2R₃)/R₄), а скважности Q⁺ = 1 + R₂/ R₁, Q^– = 1 + R₁/ R₂. Амплитуда импульсов равна 2Е.

Если требуется сформировать симметричную импульсную последовательность (меандр), у которой ⁺ = ^– = Т/2, а Q⁺ = Q^– = 2, то можно применить упрощенную схему мультивибратора (рис. 9.5). Принцип ее действия полностью аналогичен схеме рис. 9.3, однако заряд и разряд конденсатора С идут по одной и той же цепи и не зависят от полярности выходного напряжения; диоды из нее устранены.

Рис. 9.4	Рис. 9.5

АМВ формируют импульсные последовательности со скважностями, не превышающими несколько десятков; для обеспечения больших значений Q необходимо существенное различие между значениями R₁ и R₂, так что номинал одного резистора становится сопоставимым с полем допуска другого. В этих условиях параметры последовательностей становятся нестабильными.

9.3. Мультивибратор в режимах деления частоты и синхронизации

Схема (рис. 9.6) занимает промежуточное положение между ЖМВ и АМВ. Схема имеет вход, внешне напоминающий цепь запуска ЖМВ, однако в отсутствие входных сигналов она работает как автоколебательный мультивибратор.

	Рис. 9.6 Рис. 9.7

Если на вход мультивибратора подавать короткие импульсные сигналы, то длительности и период импульсов, вырабатываемых самим мультивибратором, начинают подстраиваться под период внешнего воздействия. Механизм этого воздействия иллюстрирует рис. 9.7. Как видно, входные импульсы суммируются с напряжением ±γЕ, поступающим на неинвертирующий вход схемы через делитель с выхода мультивибратора. На короткое время потенциал неинвертирующего входа ОУ приближается к меняющемуся по экспоненциальному закону потенциалу инвертирующего входа. Если потенциалы сравняются, то компаратор в составе мультивибратора переключится раньше, чем это могло бы случиться в отсутствие входного воздействия.

Схема рис. 9.6 – не единственный вариант построения мультивибратора в режимах синхронизации и деления частоты. Для подачи входных импульсов можно использовать инвертирующий вход операционного усилителя, при этом полярность входных импульсов должна быть отрицательной. В результате этого потенциал инвертирующего входа ОУ будет на короткое время уменьшаться и может достигнуть уровня, имеющегося на неинвертирующем входе, в результате чего компаратор переключится.

Режимы синхронизации и деления частоты применяют в электронных устройствах, содержащих большое количество мультивибраторов: в этом случае необходимо обеспечить одновременные изменения в сигналах на их выходах и автоколебательные мультивибраторы, работающие совершенно автономно, не пригодны.

Мультивибратор в режиме синхронизации и мультивибратор в режиме деления частоты (ДЧ) – это одна и та же схема, но в первом случае компаратор в ее составе срабатывает по каждому входному импульсу, во втором – по каждому второму, третьему, четвертому и т. д. Номер импульса, по которому переключается схема, зависит от соотношения периода входного воздействия с периодом импульсов, вырабатываемых мультивибратором в автоколебательном режиме (т. е. при отсутствии входных импульсов). Кроме того, переключение зависит и от амплитуды входных импульсов, точнее от ее соотношения с уровнем ±γЕ: чем больше эта амплитуда, тем раньше переключится мультивибратор.

Рис. 9.8

Отношение периодов импульсов мультивибратора и входных сигналов называют коэффициентом деления К_д. Зависимость К_д от амплитуды входных сигналов U_вх приведена на рис. 9.8.

В заключение следует отметить, что название «деление частоты» не совсем удачно, так как при срабатывании мультивибратора не на каждый входной импульс происходит кратное увеличение периода импульсной последовательности, но не деление ее частоты: спектр последовательности прямоугольных импульсов имеет массу гармоник и понятие частоты в этом случае не вполне корректно.