ГЕНЕРАТОРЫ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Электронным генератором называют устройство для формирования незатухающих электрических колебаний различной формы, частоты и мощности. Очень часто генераторы выполняют на основе операционных усилителей.

Мультивибратор

Мультивибратором называют генератор напряжения с формой, близкой прямоугольной. Его название отражает тот факт, что такое напряжение при разложении в ряд Фурье представляется рядом, содержащим много высших гармоник (мульти — много).

По характеристике операционного усилителя (см. рис. 2.13, б) видно, что выходное напряжение усилителя линейно зависит от входного только в очень узком диапазоне — сотнях микровольт. Если входное напряжение выходит за пределы этого диапазона, то выходной сигнал может принимать только два значения: +U_вых (≈ +12 В) и –U_вых (≈ –12 В). На этой особенности операционного усилителя основан принцип формирования прямоугольного напряжения мультивибратора (рис. 2.20, а).

Рис. 2.20. Мультивибратор (а) и графики, поясняющие его работу (б)

Предположим, что в момент включения между входами усилителя небольшая (достаточно единиц милливольт) отрицательная разность потенциалов. При этом на выходе сформируется напряжение +U_вых, а на неинвертирующий вход с делителя R₁, R₂ будет подан положительный потенциал +U_D. Конденсатор начнет заряжаться по цепи «U_вых — R₃ — C — корпус», стремясь достичь потенциала +U_вых. Потенциал на инвертирующем входе начнет расти до тех пор, пока не превысит потенциал на неинвертирующем входе +U_D. В этот момент усилитель сформирует на выходе отрицательное напряжение –U_вых и создаст на неинвертирующем входе отрицательный потенциал –U_D. Теперь конденсатор начнет перезаряжаться, стремясь достичь потенциала –U_вых. Однако как только потенциал на инвертирующем входе станет ниже потенциала на неинвертирующем входе –U_D, усилитель сформирует на выходе положительное напряжение +U_вых. Такой скачкообразный процесс изменения выходного напряжения с +U_вых до –U_вых и обратно будет повторяться до тех пор, пока с операционного усилителя не будет снято питающее напряжение. Графики, демонстрирующие описанные процессы, показаны на рис. 2.20, б. Период Т колебаний определяется постоянной времени заряда конденсатора τ = R₃C, а также тем, насколько потенциал, формируемый делителем R₁,R₂, меньше напряжения U_вых.