Масленников Основы шемотехники електронных цепей

(рис. 5.6, в). При достижении этим напряжением нулевого уровня (этой величине равно напряжение на инвертирующем входе после окончания действия Uвх ) выходное напряжение скачком возвра-

щается к исходному уровню. Скачок выходного напряжения передается через С на неинвертирующий вход. При этом ток через С меняет свое направление, и напряжение на неинвертирующем входе с постоянной времени снижается до своего исходного значения

Uоп .

Длительность выходного импульса (время выдержки) можно определить из выражения:

Tи	ln	Uвых	Uвых	.
		Uоп

Постоянная определяет также и время, в течение которого устройство переходит в исходное состояние после окончания входного импульса – время восстановления. Время восстановления является важным параметром, так как к приходу следующего запускающего входного импульса все переходные процессы в устройстве должны завершиться. В данном случае напряжение на входе Uни должно

снизиться до величины Uоп . Это произойдет приблизительно через

время Tвосст 3 .

В одновибраторах стремятся уменьшать время восстановления для увеличения быстродействия ( Fвх.макс). С этой целью парал-

лельно резистору R включают диод.

Схема на рис. 5.6, а иллюстрирует принцип работы одновибратора. Реальная схема одновибратора на ОУ и временные диаграммы работы показаны на рис.5.7. В этом устройстве напряжение ОС с

выхода ОУ подается через двухсторонний ограничитель ( Rогр ,

Dогр), причем Uогр U0 0,6 В, а Uогр Uст, где Uст – напряжение стабилизации стабилитрона Dогр .

Напряжение обратной связи ограничено для того, чтобы не допустить больших перепадов напряжения на входе Uни ОУ, которые могут привести к пробою входных транзисторов ОУ. Как и в схеме на рис. 5.6, а, перезарядка конденсатора С в течение Tи

91

происходит через резистор R (диод Д1 смещен в обратном направ-

лении, т.е. закрыт). Время Tвосст определяется перезарядом конденсатора большим током через цепь Rогр , Д1 и может быть сде-

лано достаточно малым.

Рис. 5.6. Схема (а), схема с указанием токов в t1 (б) и временные диаграммы работы одновибратора на ОУ (в)

92

Длительность Tи и время Tвосст одновибратора (см. рис.5.7, а) определяются по формулам:

	T	ln	Uст Uд		,	(5.7)
	и			Uоп
где	= RC;
		Tвосст		3 восст,
где	восст RогрC .

Одновибратор на ЛЭ. Простейший одновибратор на ЛЭ (схема на рис.5.8, а) содержит два ЛЭ типа И-НЕ, между которыми включена времязадающая RC-цепь. До подачи входного отрицательного сигнала (см. рис.5.8, б) ЛЭ2 находится в состоянии «1», так как ве-

личина сопротивления R выбрана таким образом, что Uвх2			Vпор .
Следовательно, ЛЭ1	находится в	состоянии «0», так	как
Uвх1 Uвых1 и Uвх1	Uвых2 Uвых1 .	После подачи входного сиг-

нала на Uвх1 (см. рис.5.8, б) ЛЭ1 перейдет в состояние «1» и напряжение на его выходе возрастет до Uвых1 . Этот перепад напряжения через конденсатор С передается на вход ЛЭ2 и переводит его в состояние «0». Напряжение с выхода ЛЭ2 Uвых2 Uвых0 поступает на вход Uвх1 ЛЭ1 и поддерживает его в состоянии «1» после окончания действия входного импульса на Uвх1.

После переключения одновибратора во временно устойчивое состояние ток I (рис. 5.8, а) течет с выхода ЛЭ1 через конденсатор С и резистор R. Конденсатор С перезаряжается, и напряжение на R, а соответственно и на входе ЛЭ2, уменьшается. При достижении этим напряжением порога срабатывания Vпор , ЛЭ2 переходит в

состояние «1» и вызывает переход ЛЭ1 в состояние «0». Ток через конденсатор С и резистор R меняет свое направление и устройство возвращается в свое исходное состояние. Время выдержки для одновибратора на ЛЭ определяется формулой:

T	ln	Uвых1	Uвых0
				, где = RC.	(5.8)
и		Vпор

Время восстановления в приведенной схеме

Tвосст (2 3) .

93

Рис. 5.7. Схема (а) и временные диаграммы (б) работы одновибратора на ОУ, используемого на практике

94

Рис. 5.8. Схема (а) и временные диаграммы (б) одновибратора на ЛЭ

95

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Лабораторный макет предназначен для исследования мультивибраторов и одновибраторов на интегральных схемах ОУ и ЛЭ. Схема макета приведена на рис. 5.9. В макете используются ОУ типа 14ОУД1208 и ЛЭ типа К155ЛА3. Источники питания подключаются к клеммам, расположенным справа вверху. Напряжение питания макета E1 5 В, E2 5 В. На интегральных микросхемах

собраны следующие устройства: на ОУ1 – мультивибратор;

на ОУ2 – одновибратор, входным сигналом которого является продифференцированный RC-цепью (С = 0,05 мкФ, R = 10 кОм) сигнал мультивибратора на ОУ1;

на ЛЭ 1, 2 – мультивибратор; на ЛЭ 4, 5 – одновибратор, входным сигналом которого является

выходной сигнал мультивибратора на ЛЭ 1, 2, укороченный усилителем – формирователем на ЛЭ 3.

Для одновибратора на ОУ2 предусмотрен регулятор порогового напряжения в пределах 0 Uоп 2 В. Места включения перемычек показаны на схеме пунктиром.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

1.Изучить по описанию и рекомендуемой литературе принцип работы и основные параметры мультивибраторов и одновибраторов на ОУ и ЛЭ. Ответить на контрольные вопросы.

2.Рассчитать параметры мультивибраторов (см. рис.5.1 и 5.4) на

ОУ ( T1 , T2 , F) при следующих параметрах элементов: С = 0,1 мкФ,

R1 10 кОм,		R2 5 кОм, Uвых		Uвых	4 В,
а) R = 50 кОм;
б) R	R	100 кОм;
в) R	100 кОм, R 100 кОм // 10 кОм;
г) R	100 кОм // 10 кОм, R		100 кОм.

96

97

Рис. 5.9. Лицевая панель макета лабораторной работы

3. Определить	параметры		( Tи , Tвосст) одновибратора (см.
рис.5.7, а) при следующих параметрах элементов: С = 0,1 мкФ, R =
= 10 кОм, Rогр	1 кОм, Uд		0,7 В, Uст 2,1 В при Uоп 0,5; 1;
1,5; 2 В и Uвых	Uвых	4 В.

Построить график Tи f (Uоп) . Выбрать вариант параметров мультивибратора, обеспечивающий исследование одновибратора

(T1	T2 ) (Tи	Tвосст) .
4. Рассчитать параметры мультивибратора							(T1,T2 )		на ЛЭ (см.
рис.5.5, а) при		следующих		параметрах			элементов			схемы:
R1	R2 1 кОм при а)		C1 C2		1000 пФ, б) C1			C2	0,01 мкФ.
Параметры ЛЭ:		V	1,4 В, I 0			1 мА, U 0		0,2	В,	U1
		пор		вх			вых			вых

3В.

5.Рассчитать и зарисовать вид сигнала на выходе элемента ЛЭ3 (см. рис.5.8).

6.Определить параметры одновибратора (см. рис.5.8, а) на ЛЭ4, ЛЭ5 для следующих наборов параметров элементов устройства:

а) С = 1000 пФ, R = 2 кОм; б) С = 6000 пФ, R = 2 кОм;

в) С = 1000 пФ, R = 2 кОм // 510 Ом.

Выбрать вариант параметров мультивибратора на ЛЭ, обеспечивающий исследование одновибратора.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1.Подключить макет к источникам питания, предварительно установив необходимые напряжения.

2.Зарисовать осциллограммы и определить параметры ( T1 , T2 ,

Uвых) напряжения на выходе и входах ОУ мультивибратора на

ОУ1 при следующих значениях R:

R = 50 кОм;

R	R 100кОм;
R	100кОм, R 100кОм // 10 кОм;
R	100кОм // 10 кОм, R 100кОм.

98

3. Определить длительность фронтов tф и tф мультивибратора

на ОУ1.

4. Зарисовать осциллограммы и определить параметры ( Tи , Uвых) напряжения на входах и выходе одновибратора на ОУ2, включив мультивибратор в режим, выбранный для исследования (п.2 рабочего задания) при Uоп 0,5; 1; 1,5; 2 В. Построить график

зависимости Tи f (Uоп) .

5. Зарисовать осциллограммы и определить параметры ( T1 , T2 , Uвых) входных и выходных импульсов мультивибратора на ЛЭ1 и ЛЭ2 для двух вариантов параметров емкостей:

а) С1	С2	1000пФ;
б) С1	С2	0,01мкФ.

6. Зарисовать осциллограммы и определить параметры ( Tи , Uвых) на входах и выходах ЛЭ4, ЛЭ5 одновибратора при следую-

щих параметрах времязадающей цепочки:

а) С = 1000 пФ, R = 2 кОм;

б) С = 6000 пФ, R = 2 кОм;

в) С = 1000 пФ, R = 2 кОм // 510 Ом.

7. Сравнить все полученные результаты с расчетом. Определить расхождение результатов в процентах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте определение мультивибратора.

2.Назовите основные параметры мультивибратора.

3.Какие обратные связи используются в мультивибраторе на

ОУ?

4.Из каких соображений следует выбрать сопротивления в цепи положительной обратной связи мультивибратора на ОУ?

5.Как изменить соотношения между временами положительных

иотрицательных импульсов в мультивибраторе на ОУ?

99

6.Укажите достоинства и недостатки мультивибратора на ОУ.

7.В какой момент происходит в мультивибраторе переход ОУ из одного состояния в другое?

8.Почему для построения мультивибратора на ЛЭ типа И-НЕ используются два элемента, а на ОУ – один усилитель?

9.Чем ограничена сверху и снизу частота выходных импульсов мультивибраторов на ОУ и ЛЭ?

10.Какая обратная связь используется в мультивибраторах на

ЛЭ?

11.Дайте определение одновибратора.

12.Чем определяется время импульса Tи на выходе одновибра-

тора?

13.Какая обратная связь используется в одновибраторе на ОУ?

14.При каком условии происходит переход во временно устойчивое состояние одновибратора на ОУ?

15.При каком условии происходит выход одновибратора на ОУ из временно устойчивого состояния?

16.Поясните роль цепи, состоящей из резистора Rогр и диода

Догр.

17.Поясните роль Двосст в одновибраторе на ОУ (см. рис.5.7).

18.Какой параметр одновибратора определяет Tвосст?

19.Как будут изменяться параметры мультивибратора на ОУ при изменении напряжения питания?

20.При каком входном напряжении одновибратор на ЛЭ находится в устойчивом состоянии?

21.При каком условии одновибратор на ЛЭ переходит во временно устойчивое состояние?

22.Как можно изменить Tи одновибратора на ЛЭ?

23.Чем определяется время восстановления в одновибраторе на

ЛЭ?

24.Как будут изменяться параметры мультивибратора на ЛЭ при изменении напряжения питания?

100