Автоколебательный мультивибратор

Автоколебательный мультивибратор – это генератор сигналов прямоугольной формы. Схема этого генератора приведена на рис.1. Резисторы R ₁ и R ₂ образуют делитель напряжения, с которого часть выходного напряжения U _вых подается обратно на вход (+) ОУ. При U _вых=+ U _нас (рис.1,а) это напряжение обратной связи называется верхним пороговым напряжением U _п.в. Величина его определяется уравнением (1):

(1)

Резистор R _ос образует цепь отрицательной обратной связи, присоединенную ко входу (-) ОУ. Когда U _вых=+ U _нас, Ток I ⁺ проходит через резистор R _ос, заряжая конденсатор С. До тех пор пока напряжение на конденсаторе U _c остается ниже U _п.в, на выходе сохраняется напряжение + U _нас.

В момент заряда конденсатора до величины U _c напряжение на входе (-) становится положительным по отношению к напряжению на входе (+). При этом выход схемы переключается от уровня + U _нас к – U _нас. На входе (+) будет теперь поддерживаться отрицательный по отношению к земле потенциал, поскольку напряжение обратной связи в этом случае отрицательно и равно

(2)

а)

б)

Рис. 1. Автоколебательный мультивибратор: а) конденсатор заряжается током I ⁺;

б) конденсатор заряжается током I ⁻.

В момент переключения выхода схемы в состояние U _вых=– U _нас начальное напряжение на конденсаторе равно U _п.в (рис.1,б). Теперь через конденсатор С будет протекать ток I ⁻, разряжающий его до 0 В и перезаряжающий его до U _п.н. Когда U _c становится чуть более отрицательным, чем напряжение обратной связи U _п.н, схема переключается обратно к U _вых=+ U _нас. При этом схема возвращается в исходное состояние (рис.1,а), причем конденсатор имеет начальный заряд, равный U _п.н. Конденсатор будет разряжаться от U _п.н до 0 В и перезаряжаться вновь до U _п.в, после чего описанный процесс повторится.

На рис.2 показана форма напряжения на конденсаторе и выходе схемы автоколебательного мультивибратора.

Рис.2. Формы напряжений на выходе и на конденсаторе в схеме автоколебательного мультивибратора

 

Сопротивление R ₂ выбрано равным 0,86· R ₁ для упрощения вычисления времени заряда конденсатора. Интервалы t ₁ и t ₂ показывают, как U _c и U _вых изменяются во времени в схемах рис.1,а и б соответственно. Эти интервалы равны t ₁= t ₂= R _о.с∙ С.

Период колебаний Т – это время полного цикла. Так как Т равно сумме t ₁ и t ₂, то при R ₂=0,86· R ₁

(3)

Частота колебаний f – величина, обратная периоду T:

(4)

где T измеряется в секундах, f – в герцах, R _о.с – в омах, а С – в фарадах.

Примеры расчета автоколебательного мультивибратора

1. Дано: R ₁ = 100 кОм, R ₂ = 86 кОм, + U _нас=+15 В, – U _нас=–15 В.

Найти: U _п.в и U _п.н

Решение: по уравнению (1):

По уравнению (2):

2. Определить период колебаний мультивибратора в примере 1, если R _о.с = 100 кОм и С = 0,1 мкФ.

Решение: из уравнения (3) получим

3. Найти частоту колебаний для мультивибратора из примера 2.

Решение: из уравнения (4) находим