КЭС_06.ppt

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ (ОДНОВИБРАТОРЫ)

Компьютерная Электроника и Схемотехника
2012

источника потоянного тока в энергию переменного тока требуемой формы.
В

зависимости от формы выходного напряжения различают: генераторы гармонических колебаний (выходной сигнал имеет вид синусоиды) и генераторы негармонических колебаний (импульсные или релаксационные генераторы).
Генератор электрических колебаний может работать в одном из двух режимов: режим непрерывных автоколебаний (автогенератор) или режим запуска внешними сигналами.

подключения напряжения питания и не требует для начала работы подачи

внешнего управляющего воздействия.
Генераторы, работающие в режиме запуска внешними сигналами, после подключения источника питания могут сколь угодно долго находится в устойчивом состоянии, не формируя выходное переменное напряжение.
При подаче управляющего сигнала на вход такого генератора, на его выходе формируется выходной сигнал, параметры которого полностью определяются собственными характеристиками устройства.

особенностью всех генераторов.
Коэффициент усиления по напряжению для усилительного устройства

с ПОС определяется соотношением:
kU_ПОС = Uвых / Uвх = kU / (1 – bос • kU).
Если выполняется условие: 1 – bос • kU = 0, то коэффициент усиления становится равным бесконечности.
Это означает, что усилительное устройство создает выходной сигнал даже при бесконечно малом напряжении тепловых шумов на входе усилителя.

с обратной связью неустойчива, если имеются частоты, при которых одновременно

выполняются два условия:
1 – фазовый сдвиг в разомкнутой цепи обратной связи равен или кратен 2π (т.е. имеется положительная ОС) и
2 – коэффициент передачи разомкнутого тракта больше единицы: kU • bос ≥ 1
Первое условие называется – баланс фаз автогенератора; второе условие называется – баланс амплитуд автогенератора.

должны выполняться только на одной частоте.
Если указанные условия выполняются

для нескольких частот, то выходное напряжение имеет негармонический характер.
Различают следующие основные типы гармонических автогенераторов:
низкочастотные (до 100 кГц),
высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц) и
ультравысокочастотные (более 100 МГц).

усилительного устройства для обеспечения баланса амплитуд, и фазосдвигающая цепь, обеспечивающая

баланс фаз.
Простейший автогенератор гармонических колебаний может быть реализован на однокаскадном усили-теле, снабженном цепью ПОС.
Усилитель по схеме с ОЭ обеспечивает сдвиг фаз 180о. Поэтому для обеспечения положительной обратной связи необходим трансформатор L2,L1 с противофазными обмотками, создающими допол-нительный сдвиг фаз 180о.

определяется коэф-фициентом усиления транзисторного каскада с ОЭ – kU и

коэффици-ентом передачи понижа-ющего трансформатора L2,L1 – bос.

Eк

+

–

VT1

Uвых

R2

R1

С1

L1

L2

С2

С3

R3

Параллельный колебательный контур L2,C2 обладает максимальным сопротивлением на резонансной частоте.
Поэтому только на этой частоте усилительный каскад с ОЭ имеет максимальный коэффициент усиления.

поэтому для построения автогенераторов не нужен дополнительный сдвиг фазы на

180о и можно использовать только одну индуктивность с отводом

Схема усилительного кас-када с ОБ обладает коэффи-циентом усиления по напряжению значительно большим единицы.
Поэтому часть выходного напряжения снимается с отвода индуктивности L1 колебательного контура L1,C2 и подается на вход усили-тельного каскада.

транзистора VT1 подается на отвод индуктивности L1 колебательного кон-тура, а

на базу транзистора по цепи обратной связи поступает полное напря-жение c колебательного контура L1C2.

Коэффициент усиления по напряжению в схеме с ОК немного менее единицы.

переменному току) к элементам колебательного контура L1C2 в трех точках,

а на индуктивности с отводом L1 реализован делитель переменного напряжения.
Изготовление индуктивностей с отводами – более сложная технологическая операция, поэтому на практике чаще используют индуктивности без отводов, а делитель переменного напряжения реализуют на конденсаторах, включенных последовательно в колебательном контуре L1C1С2. Такая схема назвается «емкостная трехточка».

каскадах с ОБ и ОК, т.е. на усилительных каскадах без

инверсии входного сигнала

катушки индуктивности имеют очень большие габариты. Поэтому в этом диапазоне

частот используют RC-генераторы без катушек индуктивности.
Наиболее известен низкочастотный генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина.
Он обладает достаточно высокой стабильностью частоты и малыми искажениями гармонического сигнала, кроме этого он легко перестраивается по частоте.
Усилительным элементом является операционный усилитель (ОУ), охваченный цепью отрицательной обратной связи через резисторы R1, R2.

положительной обратной связи (ПОС).
При соблюдении условия: R3 = R4

= R и C1 = C2 = С цепь положительной обратной связи на частоте:
F = 1 / 2 • π • R • С
имеет действительный коэффициент передачи по напряжению, равный k = 1/3 (мнимая часть коэффициента передачи на этой частоте равна нулю).

операционный усилитель с цепью ООС должен иметь коэффициент усиления, равный

3.
Цепь нелинейной отрицательной обратной связи R1, R2 обеспечивает требуемый коэффициент передачи только для заданного значения выходного напряжения (равного примерно половине напряже-ния источников питания операционного усилителя).
в качестве резистора R1 чаще используется канал полевого транзистора, на управляющий затвор которого подают выпрямленное переменное напряжение с выхода генератора. Величина выходного переменного напряжения управляет сопротивлением канала полевого транзистора, изменяя коэффициент передачи цепи ООС и стабилизируя тем самым выходное напряжение.

и изменением номиналов частотозадающих элементов при изменении температуры и других

дестабилизирующих факторов.
Наибольшая практическая величина добротности LC контуров составляет несколько сотен, что подходит для большинства целей, но не годится для стандартов частоты.
Когда требуется очень стабильная частота автоко-лебаний, применяют кристаллический резонатор.
Некоторые кристаллы, особенно кварц (двуокись кремния) и некоторые керамики, такие как свинцово-циркониевый титанат, обладают пьезоэлектрическими свойствами, т.е. они механически деформируются под воздействием электрического поля.

проводящими электродами, напыленными на ее поверхность, совершает механические колебания, когда

к электродам подведено переменное напряжение.
Эти колебания, в свою очередь, создают электри-ческие сигналы, которые выглядят как «противо ЭДС», определяющая эффективный электрический импеданс (комплексное сопротивление) кристалла.
Амплитуда колебаний максимальна на резонансной частоте кристалла.
Внутренние потери в кристалле очень малы и величина эквивалентной добротности может быть очень большой, достигая 105 ÷ 106.
Диапазон резонансных частот может быть от десятков килоГерц до десятков МегаГерц и зависит эта частота от размеров и формы кристаллов.

контуров.
На большей части частотного диапазона эквивалентное сопротивление кристалла имеет емкостной

характер, за исключением частот вблизи резонанса, где сопротивление уменьшается до очень малых величин на частоте «последовательного» резонанса, а затем увеличивается до очень больших величин на частоте «параллельного» резонанса.
Частота параллельного резонанса всегда несколько выше частоты последовательного резонанса, но в большинстве случаев их можно считать одинаковыми.

резонатор Z1 включен вместо ка-тушки индуктивности
Из-за своего двойственного поведения

при резонансе кристалл может использоваться по-разному в цепи обратной связи генератора.

Кварцевый резонатор работает на частоте парал-лельного резонанса.

резонанса, т.е. имеет на этой частоте минимальное сопротивление.
Резонатор включен

в цепь положительной обратной связи между каскадами с ОБ на транзисторе VT1 и с ОК на транзисторе VT2 (без инверсии сигналов).

обратной связи через реактивные элементы (конденсаторы или трансформаторы) в усилитель

с большим коэффициентом усиления по напряжению. Поскольку любой логический элемент имеет на передаточной характеристике область активного усилительного режима, достаточно обеспечить такой режим и ввести положительную обратную связь через конденсатор

току, переводит все логические элементы в активный усилительный режим.
Конденсатор

С, включенный в цепь положительной обратной связи по переменному току, обеспечивает режим самовозбуждения. Частота генерируемых импульсов определяется параметрами RC-цепочки:

Можно реализовать мульти-вибратор на двух инверторах. Каждый инвертор выводится в режим аналогового усиления своим резистором (R1, R2),

Мультивибраторы характеризуются невысокой стабиль-ностью выходной частоты. Для повышения стабильности вместо одного из конденсаторов можно использовать в этих схемах кварцевый резонатор.

определяется параметрами RC-цепи и величиной зоны гистерезиса.

G
R
C

Uвых
t
Uc
U″
U′
t

они могут оставаться сколь угодно долго, и одно неустойчивое состояние,

время нахождения в котором определяется параметрами RC-цепи. Переход в неустойчивое состояние осуществляется коротким входным импульсом или по фронту входного сигнала.

Вх

Вых

C

R

A

Uпор

А

Uвых

Uвх

ждущие мультивибраторы, например, К555АГ3 - два ждущих мультивибратора. Каждый из

мультивибраторов микросхемы имеет: два входа для запуска (А, В) и вход сброса (R), выводы для подключения времязадающих элементов (C, RC), прямой (Q) и инверсный (~Q) выходы.
Длительность импульса примерно равна:
T(мкс)=0,45*R1(кОм)*C1(нФ).

точных временных интервалов, генерации стабильных частот и функциональных преобразований временных

параметров сигналов.
Самый первый интегральный таймер NE 555 (фирмы Signetix) появился в 1972 г. Эта ИС применяется в диапазоне временных интервалов от 10 мкс до 1 часа. Таймеру NE 555 соответствует отечественная ИС КР1006ВИ1 в DIP корпусе с 8 выводами.
На функциональной схеме таймера КР1006ВИ1 можно выделить: R-S-триггер, Компаратор 1 и Компаратор 2, мощный выходной каскад на транзисторах VT1, VT2, ключ разряда VT3, резистивный делитель R1, R2, R3.

температурных коэффициентов, поэтому любое значение напряжения питания всегда делится с

большой точностью на три равные части.

длительности как отклик на каждый отрицательный импульс запуска.
При напряжении питания

Епит=5В входные и выходные сигналы совместимы с логическими микросхемами ТТЛШ и КМОП.

исходном нулевом состоянии триггера конденсатор С1 разряжен через открытый транзистор

VT3.
С приходом запускающего импульса триггер устанавливается в единичное состояние, транзистор VT3 закрывается и конденсатор С1 заряжается через резистор R.
Напряжение на конденсаторе изменяется по экспоненте до величины порога срабатывания верхнего компаратора К1.
Длительность выходного импульса определяется номиналами резистора R и конденсатора С1:
T = 1,1 * R * C1
и не зависит от величины напряжения питания.

с заданными значениями частоты и скважности.

верхнего компаратора К1 триггер переключается в нулевое состояние, открывается транзистор

VT3 вывод 7 таймера оказывается соединенным с общим проводом и времязадающий конденсатор С1 разряжается через резистор R2 до напряжения срабатывания нижнего компаратора К2.
Поскольку заряд конденсатора С1 осуществляется через два резистора, а разряд – через один из них, то время заряда Т1 будет больше времени разряда Т2.
T1 = 0,7 * (R1 + R2) * C1;
T2 = 0,7 * R2 * C1.

«трехточек»?
Почему невозможно построить «трехточку» для схемы с ОЭ?
Чем определяется частота

генератора?
От чего зависит стабильность частоты автогенератора?
Как улучшить стабильность частоты автогенератора?

генераторов.
7.     Чем определяется частота генератора?
8. Назовите методы повышения стабильности частоты генераторов?
9.   Чем

отличается ждущий мультивибратор от обычного генератора?