9.1. Мультивібратори

9.2. Одновібратори

Ключові терміни та поняття:

^х генератор імпульсів, ^х релаксаційний генератор, ^х зворотний зв'язок, ^х тривалість імпульса, ^ж період, ^ж шпаруватість, ^х мультивібратор, ^х одновібратор, ^х операційний підсилювач, ^х часозадавальна ланка

Генератори імпульсів -- це пристрої, які перетворюють енергію постійного струму в енергію імпульсів, й призначені для забезпечення імпульсного режиму систем (в тому числі, циф­рових), в якому короткочасна дія сигналу змінюється паузою. Такий режим характеризується:

* значною потужністю сигналу порівняно з потужністю при­строю;

* зменшенням температурного параметричного впливу;

*збільшенням пропускної спроможності та підвищенням за­вадостійкості;

* збільшенням точності сигналу та надійності роботи.

У пристроях імпульсної техніки використовуються різні за формою імпульси: прямокутні, трапецеподібні, пилоподібні, експоненційні тощо.

На рис.58 зображено форму реального прямокутного імпульсу. Йо­го основні параметри: амплітуда Um; тривалість імпульсу t_jм; тривалість фронту імпульсу t_ф; тривалість зрізу імпульсу t_зр. Під тривалістю ім­пульсу переважно розуміють інтервал часу між моментами виникнення та зникнення імпульсу. Іноді тривалість імпульсу визначають за три­валістю основи імпульсу на рівні 0,1U_т або 0,5U_m. Тривалість імпуль­су на рівні 0,5U_m називають активною t_ша. Фронтом імпульсу є його бічна сторона, і він може бути переднім або заднім (зріз імпульсу).

Рис. 58. Форма реального прямокутного імпульсу

Практично, для аналізу електронних схем імпульси вважають пря­мокутними. Переважно імпульси с періодичними з періодом T (рис. 59),

якому відповідає частота повторюваності f = 1/T. Важливою величиною є шпаруватість імпульсів q = T/t_m , яка вказує на тривалість ім­пульсу в межах періоду.

Рис. 59. Часова діаграма напруги генератора прямокутних імпульсів

Типовим представником генераторів імпульсів є релаксацій­ний генератор (рис. 60, а), який працює за принципом заряду-розряду конденсатора. При поданні напруги живлення на ОП на його виході встановлюється додатна U⁺_{вих.макс} або від'ємна U^-_ихмакс напруги

(рис. 60, б). Нехай на виході ОП встановилася напруга U⁺_ихмакс. Під дією цієї напруги протягом часу від 0 до t₁ відбувається заряд конден­сатора С (ланка R-C) і водночас на неінвертувальний вхід ОП по­дається напруга зворотного зв'язку

Коли напруга конденсатора досягне значення U+_зв.з операційний під­силювач переходить у стан з вихідною напругою U_{вих.макс} і відповідно, напругою на неінвертувальному вході U^- зв.з = U^- _{вих.макс} /R1+R2 * R1. Конденсатор починає перезаряджатися до напруги U_{вих.макс.} Це триває доти, поки напруга конденсатора досягне значення U^-зв.в (момент часу t₂).

Далі ОП переходить у стан з вихідною напругою U⁺_{их макс} і процес послідовно повторюють

Рис. 60. Схема (а) та часові діаграми (б) релаксаційного генератора на базі операційного підсилювача

9.1. Мультивібратори

Мультивібратори — це генератори релаксаційного типу з прямокутною формою імпульсів, які широко використовуються як задавальні генератори в системах керування.

Мультивібратори переважно реалізуються на операційному підси­лювачі DA1 (рис. 59, а), містять часозадавальну ланку R₁—R₂—С₁ та ланку додатного зворотного зв'язку R₃ – R₄. Наявність цього зв'язку та діодів VD1 і VD2 забезпечує під час увімкнення мультивібратора переведення операційного підсилювача DA1 у стан із граничним зна­ченням вихідної напруги (рис. 59, б) додатної полярності (U+_{вихмакс}) чи від'ємної полярності (U-_{внхмакс}). Нехай під час подання напруги живлення на виході ОП встановилася додатна напруга (U⁺_ихмакс, тоді на неінвертувальний вхід DA1 подається напруга зворотного зв'язку, яка визначається

Під дією вихідної напруги U+_{m макс} конденсатор С₁ заряджається через діод VD1 і резистор R₁. Напруга конденсатора u_c подається на інвертувальний вхід DA1. В момент часу t₁ напруга конденсатора на­бирає значення и_с =U+_зв.з і операційний підсилювач DA1 переходить у стан із від'ємною вихідною напругою U-_{вихмакс} (рис. 61,6). Відпо­відно змінює свою полярність напруга зворотного зв'язку

Після цього відбувається перезаряд конденсатора С₁ через резистор R₂ і діод VD2. Цей процес триває доти, доки напруга на ємності не дорівню­ватиме напрузі зворотного зв'язку и_с =U-_вз (момент часу t₂). Далі ОП знову переходить у стан із додатною вихідною напругою U+_{вих макс}. Період перемикань Т = t_m +t_n визначається параметрами схеми

Рис. 61. Схема (а) та часові діаграми (б) мультивібратора

Діоди VD1 і VD2 виконують функцію порогових елементів й вико­ристовуються для покращення форми вихідної напруги мультивібра­тора. Опір резистора R₁ визначають тривалість імпульсу (додатне зна­чення вихідної напруги)

а опір резистора – тривалість паузи (від’ємне значення вихідної напруги)

Широко використовуються схеми мультивібраторів, в яких опори R₁ і R₂ є однаковими, що забезпечує tі_м = t_п. Такі мульти­вібратори називають симетричними.

Розрахунок мультивібратора починають з вибору типу операцій­ного підсилювача DA\ (можна вибирати підсилювач середнього класу гучності). Враховуючи, що вхідні напруги співмірні, опори вхідних кіл ОП повинні бути в межах 10 кОм (для операційних підсилювачів із біполярними вхідними транзисторами) або в межах 100 кОм (для операційних підсилювачів з уніполярними вхідними транзисторами). Типи вхідних транзисторів подано в паспортних даних ОП.

Задаючись значенням опору резистора ланки зворотного зв'язку R4 y вказаних межах, визначають опір резистора R3 Передатний коефіцієнт додатного зворотного зв'язку за напругою визначається за виразом

В більшості випадків приймають К_и = 2, що зумовлено необхід­ністю отримання напруги керування однієї полярності, тому R₃ ⁼ R₄. Резистори R₁, R₂ часозадавальної ланки працюють почергово, тому опір кожного з них розраховують за виразом

Ємність конденсатора С₁ визначають з виразу для періоду коливань мультивібратора

Враховуючи, що R₁ = R₂, a R₃ = R₄, величина ємності