Симметричный мультивибратор на операционном усилителе

Мультивибратор (от лат. multum - много и vib-го - колеблю) - электронное устройство с двумя ме-тастабильными состояниями, к-рым соответствуют два различных значения напряжения (или тока) и к-рые периодически скачкообразно сменяют друг друга за счёт положительной обратной связи. M. генерирует периодический сигнал прямоугольной формы, в спектре к-рого содержится много гармоник (см. Фурье анализ). Если интервалы времени, соответствующие различным состояниям, одинаковы, M. называется симметричным, иначе - несимметричным. Названные интервалы времени определяются временем зарядки и (или) разрядки конденсаторов (одного или двух), входящих в схему. M. может быть построен на операционных усилителях, транзистора биполярных х и полевых транзисторах, компараторах и др. электронных приборах.

Рис. 1. Симметричный мультивибратор на операционном усилителе: a - схема; б временноедиаграммы напряжений; 1 -напряжение U_C; 2 - напряжение U.

В схеме симметричного M. (рис. 1) операционный усилитель (ОУ) осуществляет сравнение напряжения U_C на конденсаторе С и напряжения U с делителя, образованного резисторами R ₁ и R ₂. Напряжение U _вых на выходе ОУ пропорционально разности напряжений между его входами D U = U - U_C. Из-за того, что часть выходного напряжения через делитель поступает на вход ОУ, в схеме образуется положительная обратная связь. Если в нек-рый момент времени разность D U станет положительной (напр., вследствие флуктуации), то положительная обратная связь приведёт к лавинообразному нарастанию напряжения. Его увеличение прекратится, когда U _выx достигнет своего максимально возможного значения U ₀, близкого к положит. напряжению питания + Е. При этом напряжение U будет равно U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂ ). Такое состояние системы сохранится до тех пор, пока напряжение U_C на конденсаторе, заряжающемся через резистор R, не превысит значения U = U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂). Как только разность D U станет отрицательной, напряжение U _вых скачком уменьшится до своего мин. значения - U ₀, близкого к отрицат. напряжению питания - E. Напряжение U станет равным - U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂) и конденсатор начнёт разряжаться. Когда напряжение U_С сравняется c U= -U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂), выходное напряжение снова скачком увеличится до значения U ₀ и т. д. Время зарядки и разрядки конденсатора одинаково и пропорционально RC.

Несимметричный M. (рис. 2) работает аналогичным образом, но благодаря диодам D и D' конденсатор заряжается и разряжается через разные резисторы (R и R'), поэтому время зарядки и разрядки различно. Др. распространённая схема M. представляет собой два усилительных транзисторных каскада, охваченных перекрёстной положительной обратной связью через конденсаторы C ₁ и C ₂ (рис. 3). Благодаря этой связи состояния, когда оба транзистора T ₁ и T ₂ закрыты (ток коллектора близок к нулю, напряжение на коллекторе близко к напряжению литания E)или открыты (напряжение на коллекторе близко к нулю), неустойчивы. Любое изменение напряжения на коллекторе (или тока базы) одного из транзисторов лавинообразно нарастает и завершается открыванием одного из транзисторов и запиранием другого. Такое состояние сохраняется в течение времени перезарядки конденсатора, подключённого к базе запертого транзистора. По истечении этого интервала, пропорционального R ₂ C ₁или R ₁ C ₂, открытое состояние транзистора скачком изменяется на закрытое, и наоборот. Такой процесс смены состояний периодически повторяется.

Рис. 2. Несимметричный мультивибратор наоперационном усилителе.

Рис. 3. Мультивибратор на биполярных транзисторах.

В практич. схемах M. скорость перехода между состояниями ограничена наличием паразитных ёмкостей схемы и конечным быстродействием применяемых электронных приборов. M. широко используются в разнообразных устройствах радиоэлектроники в качестве генераторов прямоуг. импульсов для создания пилообразного напряжения (см. Генератор пилообразного напряжения)и т. п. Для получения одиночных импульсов заданной длительности и импульсов, синхронных с др. импульсным сигналом, применяются т. н. ждущие M. (см. Одновибратор).

Вывод

Глава 14