3. Схема електрична

Схема електрична пробника-генератора наведена на рис.1.

Для пояснення роботи схеми необхідно застосувати перш за все теоретичні дані, що викладені в лабораторній роботі №2.

Схема містить два генератора:

• мультивібратор на інверторах u1A, u1B;

• генератор пилковидної напруги на інверторах u2A,u2B, u2C.

Схема містить також формувач прямокутного сигналу u1F і формувач широкосмугового імпульсу струму u1E, u2D

Умови збудження коливань в автоколивальному режимі для мультивібратора викладені в лабораторній роботі №2 “Автоколивальний режим в мультивібраторі”.

Умови збудження коливань в автоколивальному режимі для генератора пилковидної напруги (ГПН) дещо складніші. Для схеми з трьома інверторами, що послідовно включені в петлю, визначальне значення набуває величина коефіцієнту підсилення. Для початку будемо вважати, що коефіцієнт підсилення кожного інвертора, побудованого на основі схеми співпадіння (схеми “і”), дорівнює 1..3. Тоді в схемі встановиться ситуація, коли в кожному інверторі на вході і на виході буде однакова напруга, що приблизно дорівнює половині напруги живлення. Коли раптом на першому інверторі виникне шумова флуктуація, нехай навіть 1 мВ, то на виході другого напруга зміниться максимум на –3мВ, на виході другого – на 9 мВ, тоді на виході третього напруга могла б змінитися максимум на –27 мВ, хоча насправді виникне лише компенсація флуктуації. Далі схема повернеться в попередній стан. Але насправді коефіцієнт підсилення кожного інвертора складає мінімум 100. Отже по петлі результуючий коефіцієнт підсилення складає 1000000. Отже, досить шумової флуктуації 10 мкВ, щоб інвертори перейшли в цифровий режим роботи при живленні 5В. Для великих коефіцієнтів підсилення можливе застосування спрощеного алгоритму аналізу схеми ГПН. Нехай в результаті підсилення шумових флуктуацій на вході першого інвертора встановився логічний “0”. Тоді на його виході буде “1”, на виході другого – “0”, третього – “1”. Але ж аналіз почався з того, що на вході першого “0”. Отже виникло протиріччя, і перший інвертор почне змінювати свій логічний стан, за ним – другий і т.д. Отже для великих коефіцієнтів підсилення схема з трьох послідовно включених інверторів має логічну нестійкість. В петлі виникають трикутні імпульси, частота яких визначається вихідним опором інвертора та вхідною ємністю наступного. В наслідок того, що вихідний опір інвертора залежить від напруги живлення, то можливе керування частотою при зміні напруги живлення.

В схемі використано підключення одного виходу інвертора до другого через конденсатор. Таке включення є нетрадиційним і направлене на формування імпульсів з надзвичайно широким спектром та амплітуди, що дорівнює подвійній напрузі перепаду логічних рівнів. Якщо на виході інвертора u1Е сигнал змінюється з “0” на “1”, а на виході інвертора U2D – “0” на “1”, то сумарна зміна напруги на конденсаторі С2 дорівнює подвійному перепаду напруги зміни “0” на “1”. Окрім цього, фронт імпульсу струму удвічі крутіший, отже спектр такого імпульсу удвічі ширший.