Ждущий мультивибратор (одновибратор) на ОУ

Ждущий мультивибратор (ЖМВ) – это генератор одиночных прямоугольных видеоимпульсов (отсюда его второе название – одновибратор). В интервале между импульсами (во время пауз) ЖМВ находится в устойчивом «дежурном» режиме, вывести из которого его можно только с помощью короткого импульса запуска. После формирования одиночного прямоугольного импульса ЖМВ возвращается в устойчивое состояние самопроизвольно, без внешнего воздействия. Таким образом, схема ЖМВ является моностабильной (т. е. имеет одно устойчивое состояние, а другое – неустойчивое). Схемы мультивибраторов сильно различаются топологически в зависимости от того, какие активные элементы входят в них.

Рис. 9.1

Схема ждущего мультивибратора на ОУ приведена на рис. 9.1, а диаграммы напряжений, поясняющие ее работу, – на рис. 9.2.

Мультивибратор состоит из регенеративного компаратора (в составе ОУ и резистивного делителя R ₂– R ₃), зарядной цепи, состоящей из сопротивления R ₁, конденсатора C ₁ и диода VD ₁, а также из цепи запуска (дифференцирующей цепи C ₂– R ₄ и диода VD ₂в качестве ограничителя снизу). Так как выход всего ЖМВ совпадает с выходом компаратора, то очевидно, что выходной сигнал может принимать значения ± Е (равные напряжениям источников питания ОУ).

Во время пауз между импульсами выходное напряжение равно – Е, при отрицательном выходном напряжении диод VD ₁ исключает возможность заряда конденсатора C ₁. Так как U _вых = – Е, то из-за наличия делителя R ₂– R ₃ потенциал неинвертирующего входа ОУ равен

= + ЕR ₃(R ₂ + R ₃) = –g Е,

а потенциал инвертирующего входа = 0, так как диод VD ₁ открыт и шунтирует конденсатор C ₁.

Рис. 9.2

После подачи на неинвертирующий вход ОУ положительного запускающего импульса с амплитудой, по модулю превосходящей –g Е, компаратор в составе ЖМВ срабатывает, на выходе ЖМВ устанавливается напряжение U _вых = + Е. Начинается формирование прямоугольного импульса. Диод VD ₁ закрывается и начинается заряд конденсатора С ₁ через сопротивление R ₁ в направлении + Е (с постоянной времени С ₁ R ₁). На неинвертирующем входе фиксируется потенциал = = + ЕR ₃(R ₂ + R ₃) = +g Е. Когда напряжение на конденсаторе С ₁ достигает значения +g Е, компаратор снова срабатывает (на сей раз без подачи сигнала запуска), формирование импульса завершается, на выходе восстанавливается напряжение U _вых = – Е, а заряд, накопленный на конденсаторе C ₁, быстро стекает через диод VD ₁, который вновь открывается в прямом направлении. После этого схема окончательно возвращается в исходное состояние.

Схема рис. 9.2 формирует положительные импульсы амплитудой 2 Е (для формирования отрицательных импульсов необходимо развернуть оба диода, имеющиеся в схеме). Длительность импульса, формируемого ЖМВ на ОУ, определяется всеми основными элементами схемы: τ = С ₁ R ₁ln(l + R ₂/ R ₃), время восстановления τ_в = 3 С ₁ r_{VD отк}. Период импульсов на выходе ЖМВ равен периоду импульсов запуска, но не может быть меньше, чем (τ + τ_в).