Одновибраторы

????????? ?? http://www.allbest.ru/

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Одновибраторы

Одновибратор - это генератор одиночных импульсов прямоугольной формы. Он формирует импульс определенной длительности после подачи на его вход короткого запускающего импульса и состоит из порогового устройства и времязадающей RC-цепи.

Схема одновибратора на основе компаратора, а также временные диаграммы его функционирования, приведены на рис. 6.10. Устойчивое состояние одновибратора соответствует условиям: ; . Если входное напряжение на короткое время понизить до значения , то напряжение на выходе компаратора повысится до , и все это напряжение в первый момент передается без потерь через конденсатор C на неинвертирующий вход КН, в результате чего напряжение на резисторе R станет равным (). Поскольку напряжение задается меньше , напряжение на неинвертирующем входе КН остается больше напряжения на его инвертирующем входе и после прекращения действия запускающего импульса, поэтому компаратор сохраняет состояние «1». Под действием конденсатор C заряжается, в результате уменьшается, что происходит до тех пор, пока не станет меньше . В этот момент напряжение на выходе компаратора уменьшится до , т.е. сформируется задний фронт импульса. К этому моменту напряжение на конденсаторе достигнет величины , и поскольку положительная обкладка конденсатора после переключения компаратора в состояние «0» оказывается подключенной к общей шине, напряжение станет отрицательным, т.е. , что не изменит состояния выхода компаратора. Чтобы уменьшить величину выброса отрицательного напряжения на неинвертирующем входе КН, а также ускорить процесс разряда конденсатора C, т.е. уменьшить время готовности одновибратора к приему следующего запускающего импульса, параллельно резистору R включается диод V, как показано на рис. 6.10, а.

Диод практически не оказывает влияния, конечно, если его сопротивление в закрытом состоянии гораздо больше сопротивления резистора R.

Для формирования коротких запускающих импульсов отрицательной полярности обычно используется схема, приведенная на рис. 6.10, в. Сопротивления рассчитываются из соотношений

.

В режиме ожидания (устойчивое состояние одновибратора) напряжение , и конденсатор малой емкости быстро заряжается до напряжения плюсом к источнику . В момент времени, когда станет равным (момент запуска одновибратора), положительная обкладка конденсатора оказывается подсоединенной к общей шине с нулевым потенциалом, в результате напряжение с конденсатора в отрицательной полярности () поступит на инвертирующий вход компаратора. После этого конденсатор быстро заряжается от источника до напряжения , а после прекращения действия входного импульса - до напряжения .

Схемы одновибраторов на основе таймера приведены на рис. 6.11, а и б. В схеме рис. 6.11, а заряд и разряд конденсатора C времязадающей RC-цепи осуществляется через выходную цепь таймера, в то время как в схеме рис. 6.11, б заряд конденсатора C производится непосредственно от источника питания , а разряд - через замкнутый разрядный ключ таймера. В состоянии устойчивости одновибратор характеризуется следующими значениями напряжений: ; ; , что соответствует положению рабочей точки на оси в секторе 2 диаграммы состояний таймера (см. рис. 6.9). Если подать запускающий импульс, т.е. уменьшить напряжение , сделав его меньше (рис. 6.11, в), то рабочая точка сместится в сектор 1 диаграммы, и таймер переключится в состояние «1», в котором он останется и после прекращения действия входного импульса , поскольку таймер перейдет в режим хранения предыдущего состояния (сектор 2). В этом состоянии на выходе таймера действует высокое напряжение , а разрядный ключ разомкнут, поэтому конденсатор C заряжается (от в схеме рис. 6.11, а или от в схеме рис. 6.11, б), вследствие чего напряжение на нем, а значит, и напряжение увеличивается. Как только напряжение станет больше (рабочая точка смесится в сектор 3 диаграммы), таймер переключится в состояние «0», сформируется задний фронт импульса, напряжение на выходе таймера станет , а разрядный ключ замкнется. Начнется разряд конденсатора C через выходное сопротивление таймера (в схеме рис. 6.11, а) или через замкнутый разрядный ключ (в схеме рис. 6.11, б). Длительность сформированного выходного импульса зависит как от значений R и C, так и от напряжений и ():

( - остаточное напряжение разрядного ключа в замкнутом состоянии).

В схеме рис. 6.11, б не только выше готовность к приему следующего запускающего импульса, но и выше стабильность длительности импульса, поскольку стабильнее .

Мультивибраторы

Мультивибратор - это генератор прямоугольных импульсов. Мультивибратор строится на основе порогового устройства с положительной обратной связью, функционирующего автоматически в пределах петли гистерезиса (см. рис. 6.7, а), что достигается за счет соответствующего управляющего напряжения (), сформированного из выходного () с помощью времязадающей RC-цепи.

Схема мультивибратора на основе компаратора приведена на рис. 6.12, а, а его временные диаграммы - на рис. 6.12, б. Если пороговое устройство обеспечивает на выходе (как в случае операционного усилителя), то , если же , то напряжение выбирается таким, чтобы , а (здесь рассматривается этот случай). В момент подачи напряжения питания напряжение на конденсаторе C, т.е. на инвертирующем входе КН, равно нулю (), а напряжение на неинвертирующем входе КН под действием устанавливается больше нуля, поэтому будет высоким (). Под действием этого напряжения, с одной стороны, скачком увеличится напряжение до , подтверждая состояние выхода компаратора, а с другой стороны, начнется заряд конденсатора C через резистор R. Увеличение напряжения на конденсаторе происходит до тех пор, пока оно не станет равным (см. рис. 6.7, в), после чего на выходе компаратора установится низкое напряжение , понизится и напряжение до уровня . Начнется разряд конденсатора C через R и выходное сопротивление компаратора - происходит уменьшение напряжения до уровня , при котором компаратор переключится в состояние «1» (см. рис. 6.7, в). В дальнейшем изменение напряжения на конденсаторе будет происходить в диапазоне от до (в пределах петли гистерезиса), поэтому и длительность импульса в установившемся режиме будет меньше длительности первого (после включения схемы) импульса. Длительности импульса () и паузы ()

в общем случае неодинаковые.

Как указывалось в подразд. 6.2, если объединить входы таймера, то он будет эквивалентен компаратору с положительной обратной связью. Поэтому схему мультивибратора на таймере можно получить, включив между выходом и объединенными входами таймера, как и в случае компаратора с ПОС, времязадающую RC-цепь (рис. 6.13, а). Если обратиться к схеме одновибратора на таймере (см. рис. 6.11, а), то видим, что схема мультивибратора на рис. 6.13, а отличается от схемы одновибратора только местом подсоединения входа - в мультивибраторе входы и таймера объединены. Поэтому и схема мультивибратора с ускоренным разрядом конденсатора может быть получена из соответствующей схемы одновибратора (см. рис. 6.11, б) путем объединения входов таймера, как показано на рис. 6.13, б.

В момент подачи напряжения питания напряжение на конденсаторе C равно нулю (), поэтому рабочая точка таймера расположится в секторе 1 диаграммы состояний (см. рис. 6.9), в результате чего на выходе таймера установится высокое напряжение , а разрядный ключ таймера окажется разомкнутым - начнется заряд конденсатора C через резистор R от (в схеме рис. 6.13, а) или через последовательно соединенные резисторы и от источника питания (в схеме рис. 6.13, б). Рабочая точка таймера перемещается на диаграмме состояний по прямой, составляющей с осью угол в (входы объединены), поэтому рабочая точка непременно перейдет из сектора 1 в сектор 2, где сохранится предыдущее состояние выхода таймера. Такое состояние будет длиться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе () не превысит порог , после чего на выходе таймера установится низкое напряжение (сектор 3 диаграммы), а разрядный ключ замкнется. Начнется разряд конденсатора C через R и выходное сопротивление таймера (в схеме рис. 6.13, а) или через и разрядный ключ (в схеме рис. 6.13, б). Напряжение на конденсаторе станет уменьшаться, а рабочая точка таймера снижаться по той же прямой на диаграмме состояний, пока она не пересечет границу между сектором 2 и сектором 1, после чего на выходе таймера установится высокое напряжение (разрядный ключ разомкнется), и начнется новый цикл заряда конденсатора C. В дальнейшем напряжение на конденсаторе C будет изменяться в границах от до , т.е. рабочая точка будет перемещаться преимущественно в границах сектора 2, опускаясь ниже и подымаясь выше на очень незначительную величину.

Выражения для длительностей импульса и паузы имеют вид

одновибратор импульс полярность мультивибратор

,

где и - постоянные времени заряда и разряда конденсатора C; - остаточное напряжение разрядного ключа в замкнутом состоянии. Если , то постоянная времени будет образована емкостью C и небольшим сопротивлением замкнутого разрядного ключа. Изменяя соотношение между , можно изменять скважность импульсов.

Размещено на Allbest.ru