Мультивибраторы на основе операционных усилителей

При построении мультивибраторов на операционных усилителях (ОУ) в ка­честве усилительного элемента с ПОС используется триггер Шмитта (рис.4.2,а).

Триггер Шмитта является пороговым элементом, уровни включения и выключения которого не совпадают:

= - , = ,

где - , максимальное и минимальное напряжение на выходе ОУ.

Разница между порогами включения и выключения триггера называют гистерезисом переключения

= .

Гистерезис достигается тем, что ОУ охвачен ПОС через делитель напряжения , . Наличие ПОС обеспечивает быстрое переключение триггера из одного состояния в другое независимо or скорости изменения входного сигна­ла.

Если к инвертирующему входу приложено отрицательное напряжение < , выходное напряжение ОУ максимально: U₂ = . Потенциал на неинвертирующем входе будет составлять

= .

При увеличении входного напряжения выходное напряжение не изменяется, пока выполняется неравенство < . Но как только достигает зна­чения , выходное напряжение ОУ снизится до величины - . Потенциал на неинвертирующем входе принимает значение

= - .

Разность напряжения между входами - будет отрицательной и значительной по абсолютной величине, что обеспечивает стабильность нового со­стояния ОУ. Теперь выходное напряжение изменится до + только тогда, ко­гда входное напряжение достигнет величины .

Для того, чтобы схема имела два устойчивых состояния равновесия, коэффициент петлевого усиления K должен быть больше 1, где К - коэффициент усиления ОУ. Триггер Шмитта часто используют в качестве преобразователя медленно изме­няющегося напряжения произвольной формы в прямоугольные колебания (рис.4.3). Достоинство триггера Шмитта как форми­рователя перед обычным компаратором за­ключается в том, что существенно снижа­ется вероятность многократных переклю­чений (дребезга) устройства, возникающих из-за наложения на входной сигнал слу­чайных помех (рис.4.4).

Компаратор пере­ключается при каждом пересечении вход­ным напряжением порогового уровня , поэтому на его выходе в момент приближе­ния к появляется серия импульсов. Триггер Шмитта реагирует только на первое пересечение входным напряжением уровня . Следующее переключение триггера произойдет, когда входное напряжение ста­нет много меньше, чем .

Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ состоит из триггера Шмитта и времязадающей RC-цепочки (схе­ма на рис.4.5,а). Напряжение ( на инвертирующем входе равно напряжению на конденсаторе С, а на неинвертирующем входе выходному напряжению ОУ, поделенному с помощью резисторов . Выходное напряжение ОУ U₂ (рис.5,б) принимает два значения , - . Под действием этого напряжения на конденсаторе изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени = RC:

.

Когда напряжение на инвертирующем входе достигает порога срабатывания (момент времени ), ОУ переключается из состояния U₂ = + в противо­положное: U₂ = - .

На не инвертирующем входе устанавливается напряжение = . Конденсатор С перезаряжается, напряжение на нем стремится к уровню . При достижении напряжением уровня ОУ переключается в состояние

U₂ = + (момент , рис.4.5,6). Теперь конденсатор перезаряжается в противоположном направлении, напряжение стремится к уровню + и т.д. В схеме существуют незатухающие периодические колебания. Длительность полупе­риода колебания определяется временем перезаряда конденсатора от уровня до уровня (и наоборот)

t =2 = = 2RC .

Период колебаний

T =2 =2RC .