Одновибратор

 

Одновибратор – это генератор одиночного прямоугольного импульса напряжения заданной длительности и амплитуды. Прямоугольный импульс формируется после подачи на вход схемы запускающего короткого импульса. Одновибратор называют иногда ждущим мультивибратором, т.к. он находится в устойчивом состоянии «ожидания» до тех пор, пока не придет запускающий импульс. После прихода запускающего импульса начинается процесс генерации прямоугольного импульса, длительность которого определяется хронирующей цепью. Одновибратор (рисунок 10.14) просто реализуется путем преобразования схемы мультивибратора (рисунок 10.11), в которой для создания ждущего режима работы параллельно конденсатору С подключен диод VD1. При указанном направлении включения диода напряжение на выходе схемы в исходном состоянии будет равно и может сохраняться сколь угодно долго за счет обратной связи через резисторы и .

Рисунок 10.14 - Схема одновибратора

 

Действительно, напряжение на инвертирующем входе будет равно 0, т.к. диод VD1 открыт, а напряжение на неинвертирующем входе определяется отрицательным напряжением обратной связи

 

. (10.24)

 

В схему включается цепь запуска, состоящая из диффенцирующей цепи , и диода . Входной короткий прямоугольный импульс с помощью дифференцирующей цепи преобразуется в два разнополярных остроконечных импульса. Положительный остроконечный импульс через диод VD2 подается на неинвертирующий вход ОУ.

Рассмотрим работу одновибратора в соответствии с временной диаграммой (рисунок 10.15).

 

 

Рисунок 10.15 - Временная диаграмма работы одновибратора

 

На интервале времени 0-1 одновибратор находится в устойчивом состоянии. С приходом короткого запускающего импульса, который подается на неинвертирующий вход ОУ, компаратор срабатывает и напряжение на выходе принимает значение . На резисторе формируется напряжение срабатывания

 

. (10.25)

 

За счет этого напряжения диод будет закрыт; цепь запуска отключается, что исключает влияние помех на процесс формирования импульса.

Прямоугольный импульс формируется следующим образом: под действием напряжения конденсатор , резистор заряжается по экспоненциальному закону; напряжение на конденсаторе стремится к значению . В точке 2 напряжение на конденсаторе становится равным , что приводит к срабатыванию компаратора. На интервале времени 1-2 появляется импульс положительного напряжения длительностью . Напряжение на выходе принимает значение и конденсатор начинает перезаряжаться. Напряжение на конденсаторе стремится к значению, но в точке 3 напряжение на конденсаторе примет отрицательное значение, близкое к нулю; диод откроется и напряжение на выходе будет сохраняться постоянным и равным до прихода следующего запускающего импульса.

На интервале времени 2-3 () происходит переходный процесс восстановления первоначального состояния одновибратора. В течение этого времени подавать запускающий импульс нельзя, т.к. это приведет к нарушению работы одновибратора. Интервал времени ограничивает возможную частоту подачи запускающих импульсов.

Проведем анализ работы схемы, найдем длительности импульса и времени восстановления , используя уравнение заряда конденсатора под действием постоянного напряжения

 

, (10.26)

 

где - текущее значение напряжения на конденсаторе;

- напряжение, к которому стремится напряжение на конденсаторе при ;

- напряжение на конденсаторе при ;

- постоянная времени заряда конденсатора.

 

Определим , поместим начало координат в точку 1 и для нее запишем

, =0.

Для точки 2 запишем , , .

Подставив записанные значения напряжений в уравнение заряда конденсатора, получим

 

. (10.27)

 

Аналогично определим длительность , поместим начало координат в точку 2 и для нее запишем , =.

Для точки 3 запишем, , .

Подставив записанные значения напряжений в уравнение заряда конденсатора, получим

 

. (10.28)

 

Для увеличения возможной частоты подачи запускающих импульсов необходимо уменьшить постоянную времени разряда конденсатора, для чего параллельно резистору включают цепь (показана на рисунке 10.14 пунктиром), обеспечивающую дополнительный путь для тока разряда.