Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Общий принцип действия и конструкции электрических машин Полупроводниковая электроника Трехфазный ток Принцип работы асинхронного двигателя Соединение нагрузки треугольником Полупроводниковые транзисторы


Мультивибраторы и одновибраторы

Мультивибраторы

  Для получения прямоугольных импульсов широко используют устройства, называемые релаксационными генераторами (релаксаторами). Релаксаторы, как и триггеры, относятся к классу спусковых устройств и основаны на применении усилителей с положительной обратной связью или электронных приборов с отрицательным сопротивлением, например, туннельных диодов или транзисторов.

 В отличие от триггеров, обладающих двумя состояниями устойчивого равновесия, релаксаторы имеют не более одного состояния. Кроме того, они имеют состояния квазиравновесия, характеризуемые сравнительно медленными изменениями токов и напряжений, приводящими к некоторому критическому состоянию, при котором создаются условия для скачкообразного перехода релаксатора из одного состояния в другое.

 Релаксаторы могут быть в одном из трех режимов:

автоколебаний;

ждущем;

синхронизации.

На практике чаще применяют устройства, основанные на использовании первых двух режимов.

  В режиме автоколебаний в релаксаторе нет состояния устойчивого равновесия, имеется только два состояния квазиравновесия. Релаксатор переходит из одного состояния квазиравновесия в другое без внешних воздействий, генерируя импульсы, параметры которых зависят от параметров релаксатора. Такой релаксатор называется мультивибратором.

  В ждущем режиме релаксатор имеет состояние устойчивого равновесия и состояние квазиравновесия. Переход из первого состояния во второе происходит под воздействием внешнего запускающего импульса, а обратный переход самопроизвольно по истечении некоторого времени, определяемого параметрами устройства. Таким образом, в ждущем режиме релаксатор генерирует один импульс с определенными параметрами при воздействии запускающего импульса. Отсюда и название устройства одновибратор.

 В режиме синхронизации частота повторения импульсов релаксатора определяется частотой внешнего синхронизирующего напряжения. Релаксатор имеет два чередующихся состояния квазиравновесия, а время пребывания в этих состояниях зависит не только от параметров релаксатора, но также от периода синхронизирующего напряжения. Если синхронизирующее напряжение снять, устанавливается режим автоколебаний.

 Схемы мультивибраторов разнообразны и по элементной базе и по способам построения. Рассмотрим мультивибраторы на операционных усилителях. На рисунке 26.1а приведена схема мультивибратора, выполненного на  основе инвертирующего тригера Шмитта, в котором

отрицательная обратная связь осуществляется через фильтр нижних частот в виде цепи.

 


 Рис. 26.1

Допустим, что выходное напряжение мультивибратора равно . Тогда напряжение на инвертирующем входе (равное напряжению  на конденсаторе) отрицательно, а на прямом входе положительно и равно

  (26.1)

Напряжение на конденсаторе  возрастает, так как конденсатор начинает перезаряжаться через резистор R, и стремится к  (рис. 26.1б). Когда  достигает уровня  выключения триггера Шмитта, напряжение  скачком изменяется до . Так как , то конденсатор  начинает перезаряжаться  до   и обратное переключение происходит при , Затем процесс периодически повторяется.

Можно показать, что длительность импульса мультивибратора

 , (26.2)

а период

 . (26.3)

При  

 .

Одновибратор

 Схема одновибратора, приведенная на рисунке 26.2а, отличается от схемы мультивибратора наличием прямого входа через конденсатор  и диода , включенного параллельно конденсатору С. Допустим, что выходное напряжение одновибратора равно  (рис. 26.2б). Тогда на инверсном входе (на конденсаторе С) напряжение  равно прямому напряжению открытого диода Д и близко к нулю. На прямом входе напряжение отрицательно и равно

 


Рис. 26.2

 . (26.4)

Если на прямой вход поступает короткий входной положительный импульс напряжения, амплитуда которого не менее  то триггер Шмитта скачком переходит в противоположное состояние и . Тогда u+ =  и конденсатор С начинает заряжаться через резистор , при этом напряжение на нем, равное , стремится к  по экспоненте. При  происходит обратное переключение триггрера Шмитта, а конденсатор С начинает перезаряжаться от uвыкл до . Однако, когда напряжение на конденсаторе   становится примерно равным нулю, открывается диод  и дальнейшего изменения  не происходит. Таким образом, одновибратор возвращается в исходное состояние после появления на выходе одиночного прямоугольного импульса uвых(t) (рис. 26.2б).

 Длительность импульса одновибратора

  . (26.5)

и не зависит от длительности входного импульса, если она меньше .

  Время восстановления одновибратора

 . (26.6)

Через время  одновибратор готов к приему следующего импульс. Мультивибраторы и одновибраторы могут быть выполнены на логических элементах.

 


 Рис. 26.3 Рис. 26.4

  На рисунке 26.3 приведена схема одновибратора на элементах ИЛИ НЕ. Вход элемента соединен через резистор  с источником э.д.с. , несколько превышающем по уровню логическую «1». Таким образом, при uвх = 0 на выходе элемента  действует сигнал «0» . Следовательно, на обоих входах элемента  «0» и на его выходе «1».

Если  примерно равно уровню «1», то конденсатор разряжен (). При воздействии на вход элемента  импульса с амплитудой, превышающей уровень «1», на выходе элемента напряжение изменяется до уровня «0». Этот перепад напряжения через конденсатор  (на котором напряжение не может изменяться скачком) передается на вход элемента  и на его выходе появляется «1».

В этом состоянии одновибратор остается до тех пор, пока конденсатор   не зарядится до напряжения, соответствующего уровню «1», от источника  через резистор  и малое выходное сопротивление элемента . Тогда одновибратор вернется в исходное состояние. Длительность импульса одновибратора

 tu =  , (26.7)

где  уровень логической единицы; Uпор пороговый уровень логического элемента. По окончании выходного импульса конденсатор   разряжается через резистор . Для уменьшения времени восстановления включен диод , который открывается на время разрядки конденсатора .

  На рисунке 26.4 приведена схема мультивибратора на логических элементах ИЛИНЕ  или ИНЕ с объединенными входами. Схема отличается от схемы (рис. 26.3) включением конденсатора С в цепь обратной связи с выхода элемента   на вход элемента  и добавлением цепи на входе элемента . Состояние квазиравновесия («1» на выходе одного элемента  и «0» на выходе другого) удерживается в течение времени, требуемого для перезарядки конденсатора  (или) до уровня, соответствующего порогу срабатывания элемента  (или). После этого состояния логических элементов изменяются на противоположные и процессы повторяются. На выходах 1 и 2 мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы противоположных полярностей.

  Если , , то импульсы симметричны и мультивибратор называют симметричным. Частота повторения импульсов:

 . (26.8)

 Мультивибраторы и одновибраторы на логических элементах позволяют получить импульсы с малой длительностью фронта и среза. Однако температурная стабильность и диапазон регулирования длительности импульсов у них ниже, чем в схемах на операционных усилителях.

 Как отмечалось, мультивибраторы применяют в качестве генераторов импульсов прямоугольной формы. Одновибраторы используют для различных целей. Одна из типовых функций одновибратора расширение импульсов реализуется благодаря тому, что длительность импульса одновибратора определяется параметрами схемы и не зависит от длительности запускающего импульса. Другая важная функция одновибратора задержка сигнала на заданное время. На этом принципе реализуют реле времени устройство, предназначенное для выдачи сигнала спустя заданное время после входной команды.

 Контрольные вопросы:

Какую функцию выполняют релаксационные генераторы ?

Объясните режим работы релаксационных генераторов.

Объясните принцип работы мультивибраторов, основанных на логических элементах

Объясните работу мультивибратора, основанных на операционных усилителях

Объясните схему мультивибратора

Остановитесь на особенностях одновибратора, основанных на логических элементах.

7. Объясните принцип работы одновибратора, основанного на логических элементах ИЛИНЕ.

2.7. Частотные характеристики последовательного колебательного контура Рассмотрим частотные характеристики цепи при резонансе. В случае, когда на последовательную цепь воздействует источник синусоидального напряжения с частотой , меняющейся от 0 до , параметры цепи, а именно ее реактивное и полное сопротивления, меняются, что вызовет соответствующие изменения тока и падений напряжения на отдельных участках цепи.
Функциональная классификация интегральных микросхем