Генераторы прямоугольных импульсов

Классификация генераторов импульсов. Автоколебательные генераторы

В настоящее время существует большое разнообразие генераторов импульсов, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

1. Выходная последовательность основных импульсов – кодовые комбинации, одиночные импульсы, кодовые пакеты, парные импульсы и т.п.
2. Количество каналов – одноканальные и многоканальные.

Генераторы прямоугольных импульсов широко используются в телевидении, технике, радиотехнике, системах автоматического управления. В данных генераторах, в отличии от генераторов гармонических колебаний, используется цепь обратного порядка, и активный элемент функционирует в нелинейном режиме. В зависимости от режима работы различают два основных вида генераторов прямоугольных импульсов:

1. Автоколебательные мультивибраторы
2. Ждущие мультивибраторы.

Пример схемы автоколебательного мультивибратора изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема автоколебательного мультивибратора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Активным элементом автоколебательного мультивибратора является инвертирующий триггер Шмитта, который реализован на операционном устройстве и двух резисторах (R1 и R2). Функция третьего резистора и конденсатора заключается в формировании времязадающей цепи, которая определяет продолжительность формируемых сигналов. Операционный усилитель в данном случае охвачен связью R1 - R2 и находится в режиме насыщения, поэтому напряжение на выходе равняется напряжению насыщения (Uвых = Uнас). Переключение операционного усилителя из положительного насыщения в отрицательное или обратно происходит в том случае, когда напряжение, сформированное на инвертирующем входе, достигает отрицательного или положительного порога срабатывания – –BUнас или Buнас. В данном случае B – коэффициент обратной связи, который рассчитывается по следующей формуле:

$В = R1 / (R2 + R1)$

Передаточная характеристика триггера Шмитта изображена на рисунке ниже.

Рисунок 2. Передаточная характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рассмотрим работу автоколебательного мультивибратора, при условии, что t = 0, Uвых = +Uнас, при этом напряжение конденсатор — Uc(0)

В момент времени t1 напряжение достигает величины Buнас, а операционный усилитель переключается в отрицательное насыщение. Выходное напряжение становится равным отрицательному напряжению насыщения, и начинается перезарядка конденсатора, напряжение Uс(t) изменяется по следующему закону:

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В момент времени t2 напряжение равно –Вuнас, и операционный усилитель переключается в положительное насыщение. Затем данный процесс повторяется. Временные диаграммы напряжений Uc(t) и Uвых(t) изображены на рисунке ниже

Рисунок 4. Временные диаграммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Ждущие мультивибраторы

Пример схемы ждущего мультивибратора изображен на рисунке ниже.

Рисунок 5. Схема ждущего мультивибратора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Импульс на выходе ждущего мультивибратора возникает в результате подачи на вход специального запускающего сигнала. Так как на его входе подключена дифференциальная цепь, то продолжительность и форма этого сигнала могут быть произвольными.

Устойчивое состояние ждущего мультивибратора достигается за счет включения диода (VD) параллельно первому конденсатору. Когда достигается состояние, при котором Uвых = -Uнас, диод открывается и напряжение конденсатора пстановится римерно равно 0,7В. Дифференциальное напряжение на входе операционного устройства отрицательно, а схема находится в устойчивом состоянии. В случае подачи на вход импульса положительной полярности в момент времени t1 напряжение на операционном устройстве становится положительным, и он переключается в состояние положительного насыщения. Когда напряжение на инвертирующем входе усилителя достигает отметки Buнас, на усилителе напряжение становится отрицательным, и он переключается в состояние отрицательного насыщения, напряжение на конденсаторе начинается снижаться. В тот момент, когда напряжение достигает отметки -0,7В, диод открывается, и схема опять оказывается в устойчивом положении. Временные диаграммы для ждущего мультивибратора изображены на рисунке ниже.

Рисунок 6. Временные диаграммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Продолжительность импульса, который формируется на выходе ждущего мультивибратора, определяется по следующей формуле:

$tи = t1 - t2 = R3 * C1ln((R1 + R2) / R1)$

Время, которое необходимо для восстановления устойчивого состояния рассматриваемой схемы (время релаксации), рассчитывается следующим образом:

$tp = R3 * C1ln((2R1 + R2) / (R1 + R2))$