Несимметричный мультивибратор. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 1

В несимметричном мультивибраторе tH Ф tn и Q Ф 2. Это обеспечивается разными постоянными времени т ЯС-цепей мультивибратора для tH и tn.

На рис. 10.118 приведена схема несимметричного мультивибратора на ОУ.

Рис. 10.118. Схема несимметричного мультивибратора на ОУ.

Из рис. 10.118 видно, что в схему мультивибратора введены две параллельные ветви, состоящие из последовательно включенных резисторов и диодов, соответственно R2, VD1 и R3, VD2. При переключениях ТШ происходит переключение этих цепей. Так, при н_вых = +U_n открывается диод VD 1 и перезаряд конденсатора С происходит через цепь R2 и VD1, а при н_вых = -U_n открывается диод VD2 и перезаряд конденсатора С происходит через цепь R3 и VD2. В общем случае при R2 Ф Ф R3 мультивибратор является несимметричным. Длительности 1_и и t_n определяются по следующим формулам:

При этом период повторения импульсов и скважность определяются выражениями:

В частном случае, когда R2 = КЗ, мультивибратор будет симметричным.

Регулирование частоты без изменения скважности данного мультивибратора может осуществляться с помощью переменного резистора, движок которого подключен к выходу ОУ, а крайние выводы — соответственно к аноду и катоду диодов VD1 и VD2.

Мультивибраторы широко используются во многих аналоговых и цифровых устройствах в качестве задающих генераторов.

Одновибратор

Одновибратор — это формирователь одиночного прямоугольного импульса с фиксированной длительностью, возникающего на выходе при поступлении на его вход короткого запускающего импульса. Одновибратор иногда называют ждущим, или заторможенным, мультивибратором.

На рис. 10.119, а приведена схема одновибратора на ОУ. Одновибратор состоит из: ТШ на ОУ DA с цепью ПОС на резисторах R2 и R4; времязадающей КС-цепи КЗС2, включенной в цепь ООС; диода VD 1, фиксирующего начальное напряжение на конденсаторе С2 и цепи запуска, состоящей из дифференцирующей КС-цепи К1С1 и разделительного диода VD2.

На рис. 10.119, б показаны временные диаграммы, поясняющие работу одновибратора.

Работу одновибратора можно разделить на три этапа.

I этап (исходное состояние, «ждущий» этап) от t = 0 до t_v На этом этапе отсутствует входной импульс, т. е. п_вх = 0, конденсатор С1 разряжен, а выходное напряжение п_вых = -U_n. В схеме протекает ток ждущего режима i_ад по цепи: «общий» — диод VD 1 — резистор КЗ — «-Н_п» (выход). Протекающий через идеальный диод ток ?_жд не создает на нем падения напряжения. В результате напряжение и_с на конденсаторе С поддерживается (фиксируется) на нулевом уровне, т. е. и_с = 0. Поскольку п_пос < и_с, то на выходе поддерживается напряжение п_вых = = -U_n. Напряжение и_пос определяется выражением.

Это состояние одновибратора устойчиво и может длиться сколь угодно долго, пока не придет запускающий импульс.

II этап (этап формирования импульса) — от t₁ до t₂. В момент времени t_a на вход одновибратора подается запускающий импульс, который дифференцируется (укорачивается) КС-цепью КЗС2. Положительный импульс полученного сигнала, выделенный диодом VD2, поступает на неинвертирующий вход ОУ. Непременным условием получения положительного импульса запуска одновибратора после прохождения входным импульсом цепи запуска является U_{m вх} > U_BKJl. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ становится положительным. Поскольку на инвертирующем входе сохраняется напряжение и_с = 0, то ТШ переключится и напряжение на выходе одновибратора достигнет п_вых = +U_n. В результате формируется фронт выходного импульса. На этом этапе необходимость в поддержании положительного напряжения на неинвертирующем входе отпадает, так как это состояние поддерживается положительным напряжением н_пос, равным напряжению выключения Н_выкл:

Рис. 10.119. Схема (а) и временные диаграммы работы (б) одновибратора на ОУ Поэтому входной импульс может быть довольно коротким.

Начиная с момента времени П под действием п_вых = +U_n начинает заряжаться конденсатор С2 через резистор КЗ. При этом напряжение на конденсаторе и_с растет по экспоненте, стремясь к +U_n. Как только в момент времени t₂ напряжение и_с достигнет напряжения {У_выкл, присутствующего на неинвертирующем входе ОУ, ТШ переключится и выходное напряжение мультивибратора изменится скачком до -U_n. В результате формируется спад (срез) выходного импульса, а на неинвертирующем входе ОУ установится напряжение и_пос, равное напряжению включения U_BKJl.

Длительность импульса, сформированного одновибратором, определяется по формуле.

III этап (этап восстановления исходного состояния) — от t₂ до t₃. Начиная с этого момента t₂ под действием п_вых = -U_n конденсатор С2 перезаряжается через резистор R3. При этом напряжение на конденсаторе и_с изменяется по экспоненте, стремясь к -U_n. Но когда в момент ?₃ напряжение и_с на нем станет равным нулю, откроется диод VD1, и схема придет в исходное состояние. В момент времени t₃ стадия восстановления завершается, одновибратор переходит в ждущий режим и готов к приходу нового импульса.

Длительность t_B этапа восстановления определяется выражением.

Важно отметить, что запрещается подавать запускающий импульс на вход одновибратора в течение этапа восстановления, так как одновибратор может либо не запуститься, либо длительность его выходного импульса будет непредсказуемой.

С целью сокращения длительности этапа восстановления часто в схеме одновибратора предусматривается дополнительная цепь (показана пунктиром), состоящая из резистора R5 и диода VD3. Причем резистор R5 выбирается с меньшим сопротивлением, чем R3. В результате конденсатор С2 в течение этапа восстановления разряжается быстрее.

Регулирование длительности импульса ?_и одновибратора может осуществляться изменением либо параметров времязадающей ЯС-цепи R3 или С2, либо изменением сопротивления одного из резисторов ПОС R2 или R4.

При использовании одновибраторов следует иметь в виду, что схемы с ПОС имеют низкую помехоустойчивость, поэтому амплитуда входного импульса должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить переключение ТШ в начале этапа формирования импульса.

Одновибраторы выпускаются в интегральном исполнении, только не аналоговых, а цифровых ИМС, например, К155АГ1.

Одновибраторы нашли широкое применение в различных электронных устройствах в качестве формирователей импульсов и элементов временной задержки.

Схемы мультивибраторов и одновибраторов могут быть построены на специализированной ИМС таймера, например, КР1006ВИ1.

Импульсные устройства нашли широкое применение в современной электронике. На базе импульсных устройств выполняются системы управления и регулирования, устройства измерения и отображения информации и др.