Главная | Обратная связь

Мультивибратор на операционном усилителе

В мультивибраторе на операционном усилителе (ОУ), схема которого показана на рис. 6.5а, звеном прямой передачи является неинвертирующий усилитель. Звеном обратной связи является делитель напряжения, состоящий из резисторов и . Из делителя напряжения на неинвертирующий вход ОУ подается часть выходного напряжения

, (6.7)

создавая в системе частотно независимую положительную обратную связь. Времязадающую цепь образуют емкость С и резистор . Напряжение конденсатора С, являющееся напряжением ООС, подается на инвертирующий вход . Известно, что выходное напряжение ОУ равно

. (6.8)

Операционный усилитель обладает высоким коэффициентом усиления >10⁴. Поэтому в моменты времени, когда входные напряжения будут равны между собой ( ), ОУ будет переходить из одного состояния насыщения в другое, например, из в и наоборот.

Работу мультивибратора на ОУ поясняют временные диаграммы напряжений, изображенные на рис. 6.5б.

Предположим, что в момент времени на мультивибратор подано напряжение питания. ОУ охвачен положительной обратной связью, поэтому выходное напряжение с равной вероятностью может принять одно из значений напряжения насыщения или . При этом на его инвертирующем входе напряжение удерживается равным нулю , так как емкость C была разряжена. За счет положительной обратной связи ОУ лавинообразно насыщается, допустим до значения . Часть выходного напряжения по безынерционной цепи ПОС, состоящей из резисторов и , мгновенно установит положительное напряжение на неинвертирующем входе ОУ . Пока будет выполняться неравенство , на выходе будет сохраняться напряжение (см. формулу (6.5)). Емкость C начинает заряжаться. Когда напряжение на инвертирующем входе сравняется с напряжением неинвертирующем входе , ОУ выйдет из режима насыщения. Состояние схемы за счет ПОС лавинно переключается. На выходе ОУ и на его неинвертирующем входе устанавливаются отрицательные напряжение и . На протяжении промежутка времени на выходе ОУ сформируется прямоугольный импульс отрицательного напряжения, длительностью . При этом емкость C будет перезаряжаться, и когда напряжение на ней станет , ОУ опять выйдет из режима насыщения. Квазиустойчивое состояние схемы лавинообразно изменится на противоположное. На выходе ОУ установится положительное напряжение . Процессы изменения напряжений на входах и выходе ОУ будут повторяться. В течении времени на выходе ОУ сформируется прямоугольный импульс положительного напряжения, длительностью .

а) б)

Рис. 6.5. Мультивибратор на операционном усилителе

а) схема;

б) временные диаграммы напряжений

Используя формулу (6.5), найдем длительности чередующихся импульсов напряжения и . Они равны длительности квазиустойчивых состояний схемы, определяемых перезарядкой емкости C через резистор . Если предположить, что напряжения и одинаковы по величине , а ; и , то для длительности импульса получим:

. (6.9)

Так как в обоих квазиустойчивых состояниях процессы перезарядки емкости С происходят через один и тот же резистор , то и длительности импульсов равны между собой .При этом период следования импульсов равен

.