Ждущие мультивибраторы (одновибраторы)

Ждущими мультивибраторами, или одновибраторами, называются формирователи прямоугольных импульсов, управляемые короткими входными запускающими сигналами. Ждущий мультивибратор имеет одно устойчивое состояние. Он может быть использован в качестве устройства временной задержки импульсов (рис. 4.18, а). В нем используется связь между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 с помощью резистора R3. Рассмотрим работу такого одновибратора.

В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, a VT2 открыт и насыщен, т. е. и_вых = 0. Запуск одновибратора осуществляется отрицательным импульсом (/_вх. К началу импульса конденсатор С2будет заряжен до напряжения Е_к. Входящий отрицательный импульс проходит через диод, конденсаторы С1 и С2 и закрывает транзистор VT2. В результате 1/_йых возрастает почти до ?_к, что приводит к открыванию транзистора VT1. Конденсатор С2 быстро разряжается, поддерживая регенеративный процесс. После этого запертое состояние транзистора VT2 поддерживается падением напряжения на резисторе R4, возникающим при заряде конденсатора С2.

Рис. 4.18. Электрические схемы ждущих мультивибраторов: а — на транзисторах; 6 — на логических элементах; в — на операционном усилителе Это состояние, формирующее длительность импульса т_и, можно рассчитать по следующей формуле:

Когда конденсатор С2 перезарядится, а падение напряжения на резисторе R2 станет ниже порогового уровня, произойдет открывание транзистора VT2, вызывающее регенеративный процесс обратного опрокидывания. Сформируется срез выходного импульса, который скачком переведет одновибратор в первоначальное устойчивое состояние. Это состояние будет сохраняться во время заряда конденсатора С2 через резистор R2 и далее, до прихода следующего запускающего импульса. Заметим, что во входной цепи рассматриваемого одновибратора включена дифференцирующая цепь, обостряющая короткий импульс запуска и укорачивающая прямоугольный входной импульс.

Ждущий мультивибратор может быть собран на логических элементах. При этом его схема значительно упрощается. Рассмотрим одновибратор, собранный на интегральной схеме логического элемента И-НЕ и инвертора (рис. 4.18, б).

В исходном состоянии на входе одновибратора имеет место высокий уровень напряжения (U_M= U, где U — единичное напряжение логического элемента). Поскольку напряжение на выходе DD1.1 равно нулю, то и_лых] = 0 и конденсатор С разряжен. Напряжение на входе инвертора равно нулю.

Запуск одновибратора осуществляется импульсом низкого уровня (переходом на нулевое напряжение). При этом напряжение на выходе логического элемента DD1.I становится равным единичному U_y что приводит к броску напряжения на выходе дифференцирующей ЛС-цепи. В результате переключается инвертор и напряжение на его выходе становится равным логическому 0 (1/_шх2 = 0), что поддерживает DD1.1 в выключенном состоянии ({/_вых1 = U_x). Затем начинается заряд конденсатора, и напряжение на входе инвертора снижается. Как только оно станет меньше нулевого порогового уровня, произойдет обратное переключение инвертора и через цепь обратной связи он включит логический элемент DD1.1. Таким образом, одновибратор перейдет в исходное состояние с U_DUX[ =0 и ?4ы*2 =^iЕсли на входе одновибратора будет к этому времени U_bx = U_b то он будет сохранять это состояние сколь угодно долго.

Чтобы одновибратор был готов к приходу следующего запускающего сигнала, конденсатор должен успеть разрядиться. Для ускорения этого процесса используют диод VD.

В принципиальной схеме одновибратора с использованием операционного усилителя положительная обратная связь осуществляется через резистор R4, а отрицательная обратная связь — через резистор R3 (рис. 4.18, в). В исходном состоянии выходное напряжение равно максимальному, величина которого определяется типом ОУ и значением напряжения питания Е_п. Конденсатор С2 шунтирован диодом VD1 и почти разряжен, поэтому напряжение на инвертирующем входе ОУ U_c=-U_n «-0,7 В. Начальное отрицательное напряжение на неинвертирующем входе сравнительно велико:

Таким образом, исходное состояние одновибратора устойчиво и может сохраняться сколь угодно долго.

При поступлении на неинвертирующий вход ОУ через дифференцирующую цепь и диод VD2 положительного импульса запуска U_BX на выходе ОУ появляется положительное напряжение. Включается регенеративный процесс, приводящий к появлению на выходе одновибратора положительного напряжения ?/_выхтах— На неинвертирующем входе ОУ (сразу после окончания действия импульса запуска) устанавливается напряжение U₀, которое можно рассчитать по следующей формуле:

Положительное напряжение Ц_{пш тах} заряжает конденсатор С2, и напряжение на инвертирующем входе возрастает с постоянной времени R3C2. Как только оно превысит значение U_0y опять включается регенеративный процесс и ?/_ВЬ1Х скачком изменяется до значения 1/_юхта.

Длительность выходного импульса т_и будет равна временному интервалу, в течение которого на выходе одновибратора присутствует положительное напряжение ?/_{Ublx тах}. При определении т_и надо учесть, что начало формирования импульса происходит при U_c —U_n «-0,7 В, причем I ?/_{вых max} I «I U_n |. Тогда формула для определения длительности импульса с учетом цепи заряда С2 через R3 будет иметь вид.

После формирования среза выходного импульса одновибратор будет находиться в исходном устойчивом состоянии в течение времени паузы, пока конденсатор С2 нс разрядится до уровня —U_n. После окончания паузы новый запускающий импульс сможет обеспечить новое срабатывание одновибратора.

Следует заметить, что ждущие мультивибраторы, как и другие устройства с положительной обратной связью, имеют низкую помехозащищен ность по отношению к слабым флюктуациям напряжения на входе. Поэтому на практике желательно работать при повышенных напряжениях U_n и U_BX.

Ждущие мультивибраторы, как и другие мультивибраторы и формирователи импульсов, часто используют в качестве делителей импульсов и формирователей прямоугольных импульсов из импульсов произвольной формы.