1.2.3.4 Контрольные вопросы к разделу 1.2.3

1. Поясните назначение элементов схемы рис.1.7

2. Какими элементами схемы рис. 1.7 определяется длительность фронтов выходных импульсов ?

3. Объясните роль диодов в формировании параметров выходных импульсов схемы рис. 1.7

4. Чем определяется максимальная частота следования импульсов в схеме рис. 1.7?

5. Поясните физические основы работы схемы рис.1.8

6. Какую функцию выполняет транзистор в схеме рис. 1.8?

7. Чем определяются длительности фронтов импульса на коллекторе VT1 в схеме рис. 1.8?

8. Какую роль выполняет источники Е_Э, Е_К2 в схеме рис. 1.8?

9. Поясните назначение элементов схемы рис. 1.9

10. Поясните физические основы работы схемы рис. 1.9

11. Запишите условия, обеспечивающие устойчивое состояние равновесия в схеме рис.1.9

12. Какими элементами схемы рис. 1.9 определяются выходные параметры импульсов на коллекторах транзисторов VT1, VT2?

13. Сопоставьте достоинства и недостатки схем рис. 1.8 и 1. 5

14 Поясните физические основы работы схемы рис. 1.10

14. 15 Запишите условия, обеспечивающие устойчивое состояние равновесия в схеме рис.1.10

1.2.4 Мультивибраторные схемы на операционном усилителе (6,12)

Широкой областью применения ОУ, как многофункционального аналогового устройства, являются импульсные преобразователи и импульсные генераторы с различной формой выходного напряжения (импульсы прямоугольной, треугольной, пилообразной и пр.). В качестве примеров рассмотрим две популярных схемы генераторов импульсов прямоугольной формы.

1.2.4.1 Мультивибратор с несимметричными обратными связями

Рис.

Рис. 1.11 Рис. 1.12

Схема мультивибратора и диаграммы напряжений, поясняющие его работу, приведены соответственно на рисунках 1.11, 1.12. Рассмотрим интрвал времени 0-t₁. Предположим, что в момент t=0 выходное напряжение скачком приобретает максимальное значение U_M(+) , определяемое амплитудной характеристикой ОУ. Усилитель при этом окажется в неактивном режиме. По каналам отрицательной обратной связи (цепь R₁, C₁) и положительной (цепь R₂, R₃) выходной сигнал передается на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ. Так как канал положительной обратной связи является безинерционным, а по каналу отрицательной обратной связи сигнал передается с задержкой, то в момент скачка преобладающую роль играет положительная обратная связь, которая и определяет уровень и знак выходного напряжения. Часть этого напряжения, равная bU_M(+), действует на неинвертирующем входе ОУ._.

Здесь (1.2.8)

На инвертирующем входе напряжение в интервале 0-t₁ не остается постоянным, а меняется от начального уровня bU_{M (-)} (как результата предыдущего этапа работы), стремясь к максимальному уровню U_M(+), до которого может зарядиться конденсатор С₁. В момент t₁ разность напряжений U_A и U_B на входах ОУ сделается достаточно малой, чтобы усилитель, обладающий большим коэффициентом усиления, перешел в активное состояние. Замыкаются цепи обратной связи, возникает лавинообразный процесс опрокидывания, и усилитель принимает новое состояние, в котором выходное напряжение равняется максимальному отрицательному значению U_M(-).

В момент t₂ возникает аналогичная ситуация, то есть начинается периодический процесс формирования прямоугольного выходного напряжения.

Определим основные параметры выходных импульсов мультивибратора, к которым относятся:

1. Амплитуда импульсов.

Этот параметр определяется максимальными значениями положительного и отрицательного уровней выходного напряжениями, приведенными в справочной литературе и обозначенными через U_M(+) и U_M(-).

2. Частота повторений импульсов

Запишем закон изменения напряжения конденсаторе C₁ в интервале времени 0-t₁:

₊ (1.29)

В момент t=t₁ реализуется равенство U_C1=bU_M(+) и заканчивается формирование длительности импульса положительной полярности. Из выражения (1.29) получим:

=(1.30)

где =R₁C₁- постоянная времени времязадающей цепи

Из точно таких же соображений рассчитывается длительность отрицательного перепада на выходе схемы:

(1.31)

Период импульсных колебаний представляет сумму длительностей :

(1.32)

Частота колебаний легко рассчитывается как величина, обратная периоду, то есть f=1/T.

В выражении (1.32) просматривается зависимость периода колебаний от уровней выходного напряжения, что является одной из причин, вызывающих его нестабильность (следовательно и нестабильность частоты генерируемых колебаний).

Полагая одинаковыми значения U_M(+), U_M(-), получим t_и1=t_и2 и упрощенное значение для периода и частоты :

(1.33)

(1.34)

3. Длительности фронтов нарастания и спада

Реальный переход мультивибратора на ОУ из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а за конечное время, определяемое скоростью изменения выходного напряжения (V- в/мксек) в регламентированных паспортных условиях. Для рассматриваемой задачи, когда выходное напряжение претерпевает близкое к 2U_M изменение, длительности фронта нарастания и фронта спада достаточно близки и могут быть представлены соотношениями:

t_фн=t_ac=2U_M/V (1.35)