Автоколебательный мультивибратор

Автоколебательный мультивибратор – это генератор сигналов прямоугольной формы. Схема этого генератора приведена на рис.1. Резисторы R₁ и R₂ образуют делитель напряжения, с которого часть выходного напряжения U_вых подается обратно на вход (+) ОУ. При U_вых=+U_нас (рис.1,а) это напряжение обратной связи называется верхним пороговым напряжением U_п.в. Величина его определяется уравнением (1):

(1)

Резистор R_ос образует цепь отрицательной обратной связи, присоединенную ко входу (-) ОУ. Когда U_вых=+U_нас, Ток I⁺ проходит через резистор R_ос, заряжая конденсатор С. До тех пор пока напряжение на конденсаторе U_c остается ниже U_п.в, на выходе сохраняется напряжение +U_нас.

В момент заряда конденсатора до величины U_c напряжение на входе (-) становится положительным по отношению к напряжению на входе (+). При этом выход схемы переключается от уровня +U_нас к –U_нас. На входе (+) будет теперь поддерживаться отрицательный по отношению к земле потенциал, поскольку напряжение обратной связи в этом случае отрицательно и равно

(2)

а)

б)

Рис. 1. Автоколебательный мультивибратор: а) конденсатор заряжается током I⁺;

б) конденсатор заряжается током I⁻.

В момент переключения выхода схемы в состояние U_вых=–U_нас начальное напряжение на конденсаторе равно U_п.в (рис.1,б). Теперь через конденсатор С будет протекать ток I⁻, разряжающий его до 0 В и перезаряжающий его до U_п.н. Когда U_c становится чуть более отрицательным, чем напряжение обратной связи U_п.н, схема переключается обратно к U_вых=+U_нас. При этом схема возвращается в исходное состояние (рис.1,а), причем конденсатор имеет начальный заряд, равный U_п.н. Конденсатор будет разряжаться от U_п.н до 0 В и перезаряжаться вновь до U_п.в, после чего описанный процесс повторится.

На рис.2 показана форма напряжения на конденсаторе и выходе схемы автоколебательного мультивибратора.

Рис.2. Формы напряжений на выходе и на конденсаторе в схеме автоколебательного мультивибратора

Сопротивление R₂ выбрано равным 0,86·R₁ для упрощения вычисления времени заряда конденсатора. Интервалы t₁ и t₂ показывают, как U_c и U_вых изменяются во времени в схемах рис.1,а и б соответственно. Эти интервалы равны t₁= t₂= R_о.с∙С.

Период колебаний Т – это время полного цикла. Так как Т равно сумме t₁ и t₂, то при R₂=0,86·R₁

(3)

Частота колебаний f – величина, обратная периоду T:

(4)

где T измеряется в секундах, f – в герцах, R_о.с – в омах, а С – в фарадах.

Примеры расчета автоколебательного мультивибратора

1. Дано: R₁ = 100 кОм, R₂ = 86 кОм, +U_нас=+15 В, –U_нас=–15 В.

Найти: U_п.в и U_п.н

Решение: по уравнению (1):

По уравнению (2):

2. Определить период колебаний мультивибратора в примере 1, если R_о.с = 100 кОм и С = 0,1 мкФ.

Решение: из уравнения (3) получим

3. Найти частоту колебаний для мультивибратора из примера 2.

Решение: из уравнения (4) находим