Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори).

Варіант найпростішого генератора (мультивібратора) показаний на рис. 1а.

 ;

271120101200001419 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис.1. Генератор імпульсів на двох інверторах

 ;

Схема має два динамічних стану. У першому з них, коли на виході D1.1 стан балка. "1" (вихід D1.2 лог. "0"), конденсатор С1 заряджається. У процесі заряду напруга на вході інвертора D1.1 зростає, і при досягненні значення Uпор = 0,5 Uпит відбувається стрибкоподібний перехід у другу динамічний стан, в якому на виходах D1.1 лот. "О", D1.2 – "1". У цьому стані відбувається перезаряд ємності (розряд) струмом зворотного напрямку. При досягненні напруги на С1 Unop відбувається повернення схеми в перше динамічний стан. Діаграма напруг пояснює роботу. Резистор R2 є обмежувальним, і його опір не повинно бути менше 1 кОм, а щоб він не впливав на розрахункову частоту, номінал резистора R1 вибираємо значно більше R2 (R2 <0,01 R1). Обмежувальний резистор (R2) іноді встановлюють послідовно з конденсатором. При використанні неполярного конденсатора С1 тривалість імпульсів (tи) і пауза (tо) будуть майже однаковими: tи = to = 0,7 R1C1. Повний період T = 1,4 R1C1. Резистор R1 і конденсатор С1 можуть знаходитися в діапазоні 20 к0м … 10 МОм, 300 пф … 100 мкФ.

При використанні в схемі (рис. 1б) двох інверторів мікросхеми К561ЛН2 (вони мають на вході тільки один захисний діод) перезаряд конденсатора буде відбуватися від рівня Uпит + Unop. У результаті чого симетричність імпульсів порушується tи = 1,1 R1C1, to = 0,5 R1C1, період T = 1,6 R1C1.

Так як поріг перемикання логічних елементів не відповідає точно половині напруги живлення, щоб отримати симетричність імпульсів, в традиційну схему генератора можна додати ланцюг з R2 і VD1, рис. 1в. Резистор R2 дозволяє підстроюванням отримати меандр (tи = to) на виході генератора.

271120101200001420 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис 2. Генератор імпульсів з роздільним установкою тривалості імпульсу і паузи між ними.

Схема на рис. 2 дає можливість роздільно регулювати тривалість і паузу між імпульсами: tи = 0,8 C1R1, to = 0,8 C1R2. При номіналах елементів, зазначених на схемі, тривалість імпульсів близько 0,1 с, період повторення 1 с.

271120101200001421 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 3. Генератор імпульсів на трьох инверторах.

Більш стабільна частота у генераторів, виконаних на трьох інверторах (Мал. 3). Процес перезаряду С1 в бік зменшення напруги на лівій обкладці починається від напруги Uпит + Unop, в результаті чого на це йде більше часу tи = 1,1 C1R2. Повний період коливань складе T = 1,8 C1R2.

271120101200001422 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 4. Генератор імпульсів з роздільним регулюванням а) тривалість імпульсів і паузи між ними б) шпаруватості імпульсів

На рис. 4 наведені схеми аналогічних генераторів, які дозволяють роздільно регулювати тривалість і паузу між імпульсами або при незмінній частоті регулювати шпаруватість імпульсів. Мультивибратор на основі тригера Шмідта зображений на рис. 5.

271120101200001423 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 5. Генератор перекриваються імпульсів.

Якщо потрібно отримати на виході наведених вище схем генераторів симетричні імпульси без підстроювання, то після схеми необхідно ставити тригер або ж скористатися схемою на трьох інверторах, рис. 6.

271120101200001424 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 6. Генератор з симетричними імпульсами на виході.

Елемент D1.1 використовується для створення другої ланцюга негативного зворотного зв'язку, що охоплює інвертор D1.2 (головну ланцюг зворотного зв'язку для сигналу утворює резистор R5) Елемент мікросхеми D1.1 працює в режимі з низьким коефіцієнтом підсилення при замкнутої зворотного зв'язку подібно операційного підсилювача працює в лінійній частині характеристики У результаті цього Інвертований порогове напруга інвертора D1 1 може бути підсумовані з напругою негативного зворотного зв'язку та подано на вхід елемента D1.2. Якщо співвідношення R2/R1 дорівнює відношенню R3/R5 може бути отримана повна компенсація помилок обумовлених зміною порогових напрузі елементів D1.1 і D1.2 При цьому передбачається, що всі елементи схеми розташовані в одному корпусі і їх порогові напруги фактично рівні Частота імпульсів такої схеми визначається зі співвідношення F = 1/R5C1 (вона буде приблизно в два рази вище в порівнянні зі схемою, показаної на рис. 1).

271120101200001425 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 7. Симетричні мультивібратори а) на RS тригері з двома конденсаторами,
б) з одним конденсатором, в) з резисторами з'єднаними з джерелом живлення,
г) на двох RS тригерах

Симетричний мультивібратор можна виконати на основі RS-тригери, рис 7. Варіант схеми на рис. 7в дозволяє резистори R1 і R2 вибирати більш низькоомними, бо діоди поділяють ланцюг заряду від виходів тригера. Другою перевагою цієї схеми є те, що вона дозволяє легко і незалежно регулювати в певних межах період і шпаруватість генеруючих імпульсів. Шпаруватість можна регулювати лінійно, якщо R1 і R2 об'єднати в один потенціометр, а період – якщо загальний кінець R1 і R2 з'єднати з джерелом живлення через потенціометр. З метою зменшення кількості дискретних елементів запропонована схема мультивібратора на двох RS-тригерах, рис. 7г.

271120101200001426 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 8. Автогенератор на основі двох логічних елементів.

Симетричний мультивібратор можна виконати на двох ЛЕ, рис. 8 або одновібратора, рис. 9.

271120101200001427 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 9. Автогенератор на двох одновібратора.

Це також дозволяє мати роздільне регулювання тривалості імпульсів і інтервалу між ними.

271120101200001428 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 10. Симетричні мультивібратори.

Найпростіші схеми симетричних мультивибраторов наведено на рис. 10. При цьому, якщо R1 = R2, R3 = R4, С1 = С2, повний період визначається зі співвідношення Т = 1,4 RC.

271120101200001429 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 11. Генератор імпульсів з підвищеною навантажувальною здатністю.

Генератор з малим споживанням енергії можна виконати на двох ключах мікросхеми К561КТЗ, рис. 11. Після включення напруги живлення обидва ключі розімкнуті. Конденсатор С1 розряджений, тому напруги на ньому немає, зарядний струм від джерела живлення протікає через послідовно включені резистори R1 і R2. Так як R1> R2, напруга на резисторі R2 не досягне порогу спрацьовування ключа D1.2, а надалі, в міру зменшення зарядного струму, це напруга прагне до 0. У той же час у міру накопичення заряду на конденсаторі напруга на виводі D1/12 експоненціально зростає. Коли воно досягне порогу спрацьовування ключа D1.1, з'єднається ланцюг між висновками 11 і 10, що призведе до спрацьовування ключа D1.2. Відразу після замикання обох ключів нижня обкладка конденсатора С1 підключається до шини "+" харчування. Заряд, накопичений раніше на конденсаторі, не може змінитися миттєво, тому напруга на D1/12 стрибком зростає до рівня, що перевищує Uпит на величину, рівну порогу спрацьовування ключа D1.1. Після цього напруга на С1 починає зменшуватися з постійною часу, що дорівнює C1R1R3 / (R1 + R3), і прагне досягти рівня, що задається подільником напруги на резисторах R1, R3. У процесі перезаряду конденсатора напруга на С1 зменшиться до порога розмикання ключа D1.1. У результаті розвивається лавиноподібний процес розмикання обох ключів. Для захисту ключа D1.2 від негативного викиду напруги в схему вводиться діод. Після розмикання ключів конденсатор починає заряджатися через послідовно включені резистори R1 і R2 – описані вище процеси повторюються.

При заданій ємності конденсатора тривалість паузи t2 між імпульсами регулюється резистором R1, однак зміна тривалості паузи підбором резистора R1 призводить і до зміни тривалості імпульсу t1. Тому, щоб встановити потрібну тривалість імпульсу, не змінюючи паузу, необхідно скористатися резистором R3. Регулювання параметрів імпульсів здійснюється в широких межах, при цьому відношення t1/t2 може бути як менше, так і більше 1.

Щодо всіх автогенераторів на МОП мікросхемах можна відзначити, що якщо схема мультивібратора не симетрична, то зростає її чутливість до зміни напруги живлення (для мікросхем П'ятсот шістьдесят перші серії період може змінюватися на 35% при зміні Uпит від 3 до 15 В), тому розрахункові співвідношення справедливі для максимальної напруги живлення.

271120101200001430 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 12. Найпростіші схеми мультивибраторов з кварцовою стабілізацією частоти.

271120101200001431 min vs Генератори імпульсів (мультивібратори, автогенератори)
Рис. 13. Схеми забезпечують підвищену стабільність частоти при зміні навколишньої температури в широкому діапазоні

При стабілізованому харчуванні, зміна тривалості імпульсів мультивибраторов і частоти в генераторах на RC-ланцюгах зазвичай не краще 1% на 15 ° С (у разі застосування термостабільних конденсаторів). Велику стабільність частоти можна отримати, використовуючи кварцову стабілізацію. На рис. 12 і 13 наведені типові схеми побудови таких генераторів. Для невеликої підстроювання частоти іноді послідовно з кварцовим резонатором встановлюють конденсатор 10 … 100 пФ. Частота імпульсів і їх стабільність в цьому випадку у генератора задається параметрами кварцового резонатора.

Джерело матеріалу