отношению к напряжению а входе ( + ). При этом выход схемы переключается от уровня +{/нас к -С/нас. На входе ( + ) будет теперь поддерживаться отрицательный по отношению к земле потенциал, поскольку напряжение обратной связи в этом случае отрицательно и равно

. ,

нас/

(-t/нас).

(6.2)

Уравнение (6.2) совпадает с (4.2). В момент переключения выхода схемы в состояние С/вых=-Упас нзчальное напряжение на конденсаторе равно С/п.в (рис. 6.1,6). Теперь через конденсатор С будет протекать ток разряжающий его до О В и перезаряжающий его ДО С/п.н. Когда С/с становится чуть более отрицательным, чем напряжение обратной связи U .k, схема переключается обратно к С/вых= + С/нас- При этом схема возвращается в первоначальное состояние (рис. 6.1, а), причем С имеет начальный заряд, равный С/п.н. Конденсатор будет разряжаться от С/п.н до О В и перезаряжаться вновь до С/п.в, после чего описанный процесс повторяется. Итак, вкратце работу автоколебательного мультивибратора можно описать следующим образом:

1) при С/вых==+ С/ ас конденсатор С перезаряжается от U .h до С/п.в и переключает схему в состояние С/вых=-С/нас;

2) при С/вых=-Снас конденсатор С перезаряжается от U .b до С/п.н и переключает схему в состояние С/вых= + С/нас. Время, необходимое для заряда и разряда С, определяет частоту работы мультивибратора.

6.1.2. Частота генерации. На рис. 6.2 показана форма напряжений на конденсаторе и выходе схемы автоколебательного мультивибратора. Сопротивление резистора R2 выбрано равным 0,86 Ri для упрощения вычисления времени заряда конденсатора. Интервалы ti и /2 показывают, как С/с и С/вых изменяются во времени в схемах рис. 6.1, а и б соответственно. .Эти интервалы равны произведению Ro.c на С.

Период колебаний Т - это время одного полного цикла. Так как Т равно сумме и (г, то при i?2=0,86

T=2Roj:. (6.3а)

Частота колебаний / - величина, обратная периоду Т:

2Ro.cC

(6.36)

где Т измеряется в секундах, / - в герцах, Ro.c - в омах, а С - в фарадах.

) Соотношение (6.3а) будет абсолютно точным при /?2= [(е-1)/2]/?, где в=2,7318... -основание натуральных логарифмов. - Ярил . ред.

Время

ивых=-нас

Рис 6.2. Формы напряжений в мультивибраторе рис 6.1.

Пример 6.1. Требуется найти а) (/ .= и б) (/ . в схеме рис 6.1, если /?,= >100 кОм, /?2=86 кОм. -1-[/ ас=4-15 в и -[/нас=-15 в. Решение, а) По уравнению (6.1)

86 кОм

п.в- 186 кОм

15В 7В.

б) Из уравиеиия (6.2)

п.и=т8бю;г(-)

-7 В.

Пример 6.2. Определить период колебаний мультивибратора в примере 6.1, если /?ос=100 кОм и С=0,1 мкФ.

Решение. Используя (6.3а), получаем 7=2(100 кОм).(0,1 мкФ)=0,02 с--20 мс

Пример 6.3. Найти частоту колебаний для мультивибратора из примера 6.2.

Решение. Из (6.36)

20-10-3 с

=50 Гц.

6.2. Ждущий мультивибратор

6 2.1. Введение. Ждцщий мультивибратор (одновибратор) под действием входного сигнала запуска генерирует одиночный импульс Длительность этого импульса зависит только от внешних

Рис. 6.3. Входной сигнал Гвх м выходной импульс в схеме одновибратора.

навесных элементов (резисторов и конденсаторов), подключенных к ОУ. Из рис. 6.3 видно, что одновибратор срабатывает по отрицательному фронту входного импульса Бвх, длительность которого может быть больше или меньше собственной длительности t выходного импульса одновибратора. Так как т изменяется только при изменении параметров резисторов или конденсаторов, ждущий мультивибратор в случае, когда длительность импульса на выходе превышает длительность входного импульса, можно рассматривать как расширитель импульсов. Более того, ждущий мультивибратор позволяет получить регулируемую задержку, т. е. регулируемое время между отрицательным фронтом £вх и положительным фронтом С/вых-

Рассмотрим три режима работы ждущего мультивибратора: 1) ждущий режим, 2) процесс перехода в состояние выдержки и 3) состояние выдержки (квазиустойчивый режим).

6.2.2. Ждущий режим. На рис. 6.4, а С/вых равно -i-C/ ac. На вход (-t-) ОУ с делителя напряжения RiRi поступает напряжение обратной связи С/п.в, величина которого определяется уравнением (6.1). Диод Di фиксирует на входе (-) положительное напряжение на уровне ~0,5 В. При этом напряжение на входе (-{-) положительно

\20кОм

Рис. 6.4. Ждущий мультивибратор (одновибратор). с - устоПчнвое состояние; б - в течение 2 мс после подачи отрицательного фронта £вх вых будет отрицательным.

по отношению к напряжению на входе (-), и ОУ усиливает это дифференциальное входное напряжение (£д=2,1-0,5=1,6 В), поддерживая на выходе С/вых= + С/нас

6.2.3. Переход в состояние выдержки. Если входной сигнал представляет собой постоянное напряжение с установившимся значени-

ем (как на рис. 6.4,а), на входе ( + ) сохраняется положительный относительно входа (-) потенциал и С/вых=+ С/нас. Если, однако, вх скачком становится отрицательным и принимает пиковое значение £вх.пик, равное -2 С/п.в, напряжение на входе (+) упадет ниже уровня напряжения на входе (-). Как только это произойдет, выход схемы переключается к С/вых=-нас, и одновибратор переходит в режим выдержки. Для четкого срабатывания схемы следует выбирать Свх емкостью не менее 0,005 мкФ.

6.2.4. Режим выдержки. Это неустойчивое состояние - ждущий мультивибратор не может очень долго находиться в нем. Рассмотрим, почему это так. С делителя RiR (рис.6.4,б) на вход ( + ) поступает отрицательное напряжение обратной связи С/п.н=-2,1 В. При этом диод Di смещен напряжением -f/насВ обратном направлении и фактически представляет собой разомкнутую цепь. Конденсатор С разряжается до О В и перезаряжается к полярности, противоположной той, что была показана на рис. 6.4, а. По мере перезарядки конденсатора С потенциал на входе (-) относительно земли становится все более отрицательным. Когда напряжение на этом конденсаторе станет чуть больше по абсолютной величине, чем t/п.и, выход схемы переключается к С/вых= + С/нас. Это момент окончания цикла работы ждущего мультивибратора; выходной импульс кончился и схема вернулась в устойчивое состояние (рис. 6.4,а). Поскольку ждущий мультивибратор имеет только одно устойчивое состояние, его часто называют также мультивибратором с одним устойчивым состоянием или одновибратором.

6.2.5. Длительность выходного импульса. Если Ri на рис. 6.4 выбрать так, чтобы его сопротивление равнялось Vs сопротивления Ru то выходной импульс будет иметь длительность

Пример 6.4. Вычислить значение Т в схеме рис. 6.4. Решение. Из (6.4)

(6.4)

(100кОм)(0,1 мкФ)

= 2 мс.

При проверке схемы можно брать Евх от генератора прямоугольных сигналов или от генератора импульсов. Диод D2 предотвращает преждевременный возврат одновибратора из состояния выдержки при положительном перепаде вх. Чтобы получить одновибратор, генерирующий положительный импульс при возбуждении положительным входным сигналом, достаточно изменить полярности включения диодов.

6.3. Генератор линейно-нарастающего напряжения

6.3.1. Введен.че. Операционный усилитель можно использовать для генерации сигналов напряжений не только прямоугольной формы, но также и линейно-нарастающей, треугольной, пилообразной и многих других форм сигналов. Схемы, генерирующие сигнал линейно-.нарастающей, треугольной или пилообразной формы, имеют одну общую черту: все они содержат конденсатор, заряжающийся неизменным током. В качестве примера рассмотрим схему рис. 6.5, а, в которой ключ замыкается в момент времени t=0 я ток / заряжает конденсатор С. Чтобы получить напряжение на конденсаторе, выраженное через ток, введем сначала соотношение между током, величиной заряда конденсатора и временем:

(6.5а)

Напряжение на конденсаторе связано с зарядом и емкостью следующим уравнением:

с=-. (6.56)

Подставив (6.5а) в (6.56) с целью исключения из них Q, получим

(6.5в)

где Uc измеряется в вольтах, t - в секундах, / - в амперах, а С - в фарадах. Если значения / и С нам известны и постоянны, то на-

Рис 6,5. Схема (а) и кривая (б) заряда конденсатора неизменным током. 7-1718