ИМПУЛЬСНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Подобно генераторам синусоидальных колебаний импульсные ге­нераторы работают в режиме самовозбуждения. Это означает, что в состав такого устройства входит широкополосный по частоте усили­тель и звено положительной обратной связи, куда входит элемент, накапливающий энергию от источника питания. Такими элементами, как известно, являются конденсаторы и индуктивные катушки (чаще применяются конденсаторы). Широкополосность усилителя является характерным признаком всех импульсных генераторов, так как усло­вие самовозбуждения Кb ≥ 1 для получения, например, прямоугольных импульсов, должно выполняться в широком спектре частот гармонических колебаний, из которых состоят эти импульсы.

Мультивибраторы. Для получения прямоугольных импульсов широко применяют мультивибраторы. Мультивибраторы выпускают в виде интегральных микросхем и часто выполняются на ОУ, в от­дельных случаях — на дискретных элементах: транзисторах, резисто­рах и конденсаторах.

Любой мультивибратор, как импульсный генератор, состоит из усилителя и RС-цепей. Мультивибраторы могут работать в режиме автоколебаний и в ждущем режиме.

В мультивибраторе, работающем в режиме автоколебаний, на вы­ходе непрерывно возникают импульсы прямоугольной формы. У ждуще­го мультивибратора прямоугольный импульс на выходе появляется толь­ко тогда, когда на вход подается запускающий импульс.

На рис. 8, апредставлена схема мультивибратора на ОУ, работа­ющего в режиме автоколебаний.

а)

Рис. 8. Схема (а) и временные диаграммы (б) мультивибратора на опе­рационном усилителе

Рассматриваемый мультивибратор является симметричным, т.е. длительности импульса t_И и паузы t_П равны (см.рис.8, б). Основной частью его является операционный усилитель с положительной обратной связью (R₁, R_0С), называемый триггером Шмитта. Поэтому на выхо­де мультивибратора напряжение может быть равно U⁺_{выхмакс} либо U^-_{выхмакс}. Пусть выходное напряжение мультивибратора равно U⁺_{вых макс}. Оно подается, с одной стороны, на R₂С-цепь (цепь отри­цательной обратной связи), а с другой — на R_осR₁-цепь (цепь пол­ожительной обратной связи). Конденсатор С начинает заряжаться от напряжения U⁺_{вых.макс} через резистор R₂. При этом напряжение на конденсаторе и_с , а оно является напряжением на инвертирующем входе, непрерывно сравнивается с напряжением на неинвертирующем входе, которое равно bU⁺_{вых.макс}, где b = R₁/(R₁+R_OC). Как только напряжение на конденсаторе С достигает значения bU⁺_{вых.макс}, вы­ходное напряжение мультивибратора скачком изменяется до U^-_{вых.макс} . С этого момента времени конденсатор С перезаряжается через резистор R₂, а напряжение на конденсаторе стремится к U⁺_{вых.макс}. Когда напряжение на нем станет равным bU^-_{вых.макс}, выходное напряжение мультивибратора скачком изменит знак и процессы начнут повторяться вновь.

На рис. 9 изображена схема несимметричного мультивибрато­ра, у которого t_И ≠ t_П . Это неравенство обеспечивается разными постоянными времени t RС-цепей мультивибратора для t_И и t_П .

Рис. 9 . Схема несимметричного мультивибратора

Из рис. 9 видно, что разные постоянные времени получаются за счет вклю­чения двух параллельных ветвей, состоящих из резисторов и диодов (R',VD₁ и R", VD₂). В таком мультивибраторе ток появляется в ветви R' VD₁, когда выходное напряжение имеет значение U⁺_{вых макс}, и в ветви R"VD₂, — когда выходное напряжение равно U^-_{вых.макс} . С учетом этого, а также (10), можно записать:

t_И = (R'+R₂)C ln(1+R₁/R_OC);

t_П = (R"+R₂)C ln(1+R₁/R_OC).

Длительность фронтов генерируемых импульсов зависит от типа ОУ и составляет обычно не более 0,5 мкс.