Автоколебательный мультивибратор на операционном усилителе

Мультивибратор (МВ) – это генератор прямоугольных импульсов с RC-связями. Мультивибраторы строятся как усилители с положительной обратной связью и коэффициентом усиления по контуру много больше единицы, или с применением нелинейных элементов. Автоколебания мультивибратора на операционном усилителе обеспечиваются нелинейным элементом с релейной характеристикой.

Функциональная схема мультивибратора приведена на рис. 6.6,а, принципиальная схема на рис. 6.6,б. Нелинейный элемент НЭ1 не может находиться в нулевом состоянии, его выходное напряжение принимает два крайних значения. Апериодическое звено (время задающая цепь ВЗЦ) обеспечивает задержку переключения НЭ1.

Нелинейный элемент выполнен на операционном усилителе DA1 с положительной обратной связью (инвертирующем компараторе с релейной характеристикой).

а) б)

Рис. 6.6 Автоколебательный мультивибратор на операционном усилителе

а) – Функциональная схема; б) – принципиальная схема.

Пороговые напряжения переключения равны

, (6.9)

где - напряжение насыщения операционного усилителя.

Апериодическое звено реализовано на резисторе R3 и конденсаторе С1, постоянная времени заряда равна T_З = R₃C₁.Временные диаграммы напряжений мультивибратора приведены на рис. 6.7.

Рис. 6.7 Временные диаграммы напряжений мультивибратора на ОУ

Пусть после подачи напряжения питания на выходе компаратора установится отрицательное напряжение, тогда это напряжение начнет заряжать конденсатор С1. Когда конденсатор С1 зарядится до напряжения –U_ПОР, произойдет переключение компаратора, положительное напряжение компаратора обеспечит перезаряд конденсатора С1 в положительном направлении. Переключение компаратора произойдет, когда конденсатор С1 зарядится до положительного напряжения переключения + U_ПОР. Отрицательное напряжение на выходе компаратора опять приведет к перезаряду конденсатора в сторону отрицательного напряжения.

Определим длительность формирования положительного импульса на выходе компаратора

, или

, отсюда

. (6.10)

Период автоколебаний .

Выражение (6.10) показывает, что стабильность автоколебаний определяется стабильностью параметров элементов и не зависит от напряжения насыщения, соответственно, напряжения питания схемы. Выходом схемы может являться как выход компаратора, тога схема является генератором прямоугольных импульсов, или напряжение конденсатора, тогда схему можно рассматривать, с некоторым допущением, как генератор треугольных импульсов.