Мультивибратор на основе ОУ.

Схема мультивибратора (рис.6) состоит из усилителя на основе ОУ, охваченного обратными связями:

-положительной ОС за счет резистивного делителя R2R1;

-отрицательной ОС за счет элементов R3, C.

Работа схемы поясняется графиками представленными на рис.7. Допустим, исходно конденсатор С заряжен до некоторого напряжения

и положительной обкладкой подключен к инверсному входу ОУ и_вых = -U_{вых макс}. Поэтому напряжение на прямом входе ОУ равно

. Отрицательное выходное напряжение через резистор R3 приложено к верхней обкладке конденсатора, поэтому конденсатор стремиться перезарядиться до напряжения –U_{вых макс}_.При этом напряжение на инвертирующем входе ОУ

уменьшается. При достижении напряжения

ОУ переходит в режим линейного усиления, схема регенеративно опрокидывается

Этот процесс продолжается до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет предельного значения и_вых=+U_{вых макс} и ОУ не потеряет свойства линейного усиления входного разностного сигнала. По окончанию процесса регенеративного опрокидывания схема находится в состоянии, характеризующемся следующими параметрами:

Выходное напряжение ОУ и_вых = + U_{вых макс}.

Напряжение на неинвертирующем входе ОУ .

Напряжение на конденсаторе С , причем отрицательной обкладкой конденсатор подключен к инвертирующему входу ОУ. Схема находится в квазиустойчивом состоянии, поскольку конденсатор С стремиться перезарядиться до напряжения +U_{вых макс}, а следовательно напряжение на инвертирующем входе ОУ растет, но до момента следующего опрокидывания схемы выходное напряжение ОУ неизменно. При достижении напряжения на конденсаторе С величины и_с ≈ОУ вновь входит в режим линейного усиления.

Регенеративное опрокидывание прекращается при потере ОУ свойств линейного усиления, т.е. при и_вых = - U_{вых макс}= const.

С этого момента мультивибратор начинает формировать сигнал следующего периода колебаний.

Параметры импульсов.

Амплитуда импульсов напряжения определяется напряжением питания ОУ и свойствами самого ОУ. Обычно U_{вых макс} = (0,7…0,9) U_п

Длительность полупериода колебаний определяется временем перезаряда конденсатора

Приведенные соотношения не учитывают свойств нагрузки, которые в данном случае определяются свойствами входных цепей цифровых ИС и являются нелинейными. Кроме того, на выходе мультивибратора формируются биполярные прямоугольные импульсы, которые необходимо преобразовать в положительные униполярные импульсы с параметрами соответствующими используемой серии цифровых ИС. Возможные решения этих проблем заключаются в учете параметров входных цепей используемых ИС, или включении буферного каскада, обладающего высоким входным сопротивлением.

3. Активные RC - фильтры

Активные RC - фильтры представляют собой комбинацию пассивной RC - цепи и активного элемента. В качестве активных элементов чаще используют операционный усилитель, который передает в пассивную цепь некоторую мощность, отбираемую от источника питания.

Активные RC - фильтры выполняются на основе непосредственной или каскадной реализации. В первом случае в фильтре реализуется заданная частотная характеристика n-го порядка, каскадная реализация предусматривает построение фильтра в виде каскадного соединения звеньев меньшего порядка. Отдельные звенья не должны влиять друг на друга. С этой целью на выходе звена включается ОУ.

При каскадной реализации активного RC - фильтра передаточная функция n-го порядка представляется в виде произведения сомножителей первого и второго порядков

(6.46)

При синтезе активных RC фильтров используется большое число схем, реализующих передаточные функции первого и второго порядков. Обобщенная схема таких фильтров с отрицательной обратной связью представлена на рис.6.30 а. Один из вариантов построения пассивной RC - цепи фильтра с двухпетлевой обратной связью показан на рис.6.30 б.

Входной сигнал через пассивную RC - цепь подается на инвертирующий вход ОУ. С выхода ОУ через проводимости Y₄ и Y₅ поступает сигнал обратной связи на инвертирующий вход ОУ. Передаточная функция активного RC - фильтра зависит исключительно от свойств пассивной цепи и не зависят от коэффициента усиления ОУ и других его параметров. Поэтому создание систем с различными частотными характеристиками сводится к синтезу пассивных RC - цепей по заданным частотным характеристикам.