, 
. Резистор 
и конденсатор 
формируют времязадающую цепь, определяющую длительность формируемых импульсов.Генераторы прямоугольных импульсов
В вычислительной технике, радиотехнике, телевидении, системах автоматического управления используют генераторы, колебаний несинусоидальной формы (прямоугольной, треугольной и т. д.). Генераторы, предназначенные для получения колебаний прямоугольной формы, называют мультивибраторами. В отличие от генераторов гармонических колебаний в мультивибраторе используется цепь обратной связи первого порядка, а активный элемент работает в нелинейном режиме.
Мультивибраторы работают в режиме автоколебаний или в ждущем режиме. Соответственно, различают автоколебательные и моностабильные (ждущие) мультивибраторы.
Схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе показана на рис. 6.4.1. Активным элементом является инвертирующий триггер Шмитта, реализованный на ОУ и резисторах , . Резистор и конденсатор формируют времязадающую цепь, определяющую длительность формируемых импульсов.
Операционный усилитель охвачен положительной обратной связью (цепь 
–
) и находится в режиме насыщения, поэтому напряжение на выходе 
. Переключение ОУ из положительного насыщения в отрицательное и обратно происходит, когда напряжение на инвертирующем входе достигает положительного и отрицательного порогов срабатывания, равных 
и 
соответственно. Здесь 
– коэффициент обратной связи: 
.
Передаточная характеристика триггера Шмитта показана на рис. 6.4.2.
Рис. 6.4.1 Рис. 6.4.2
Рассмотрим работу мультивибратора, предположив, что в момент 
напряжение на выходе схемы 
, а напряжение конденсатора 
. Напряжение 
изменяется по закону
.
Постоянная времени 
. В момент 
напряжение 
достигает величины 
, ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения. Выходное напряжение скачком принимает значение, равное 
. Начинается перезарядка конденсатора. Напряжение 
изменяется по закону
.
В момент 
напряжение 
становится равным 
и ОУ переключается в состояние положительного насыщения. Далее процесс периодически повторяется. Временные диаграммы напряжений 
и 
показаны на рис. 6.4.3.
Рис. 6.4.3
На выходе мультивибратора наблюдаются прямоугольные импульсы амплитудой 
. Период повторения импульсов 
. При 
период колебаний 
.
Пример 6.4.1. Рассчитать частоту повторения импульсов на выходе мультивибратора (рис. 14.9), если 
, 
, 
.
Решение. Поскольку 
, частота повторения импульсов
.
Мультивибратор на рис. 6.4.1 является симметричным, поскольку положительные и отрицательные импульсы равны. Положительные и отрицательные импульсы различной длительности можно получить в несимметричном мультивибраторе, показанном на рис. 6.4.4. Перезарядка конденсатора во время формирования положительных и отрицательных импульсов осуществляется через различные резисторы. Когда напряжение на выходе ОУ положительно, открыт диод VD1 и перезарядка происходит с постоянной времени 
. Когда напряжение на выходе ОУ отрицательно, открыт диод VD2 и постоянная времени 
. Можно менять длительность положительных и отрицательных импульсов, варьируя сопротивления резисторов 
и 
.
Рис. 6.4.4
Назначение таких устройств – получение одиночных импульсов заданной длительности. Схема ждущего мультивибратора показана на рис. 6.4.5. Импульс на выходе возникает при подаче на вход специального запускающего сигнала. Поскольку на входе включена дифференцирующая цепь, форма и длительность такого сигнала могут быть произвольными.
Устойчивое состояние ждущего мультивибратора достигается включением диода VD параллельно конденсатору 
. Когда выходное напряжение 
, диод открыт и напряжение конденсатора 
. Дифференциальное напряжение на входе ОУ отрицательно, и схема находится в устойчивом состоянии. Этому режиму соответствует интервал 
на рис. 6.4.6. При подаче на вход импульса положительной полярности в момент 
дифференциальное напряжение на входе ОУ становится положительным и ОУ переключается в состояние положительного насыщения: 
. Диод закрывается, и конденсатор 
начинает заряжаться. Когда напряжение на инвертирующем входе ОУ достигает величины 
(момент 
), дифференциальное напряжение становится отрицательным и ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения: 
. Напряжение 
начинает уменьшаться. Когда 
достигает значения 
, диод открывается и схема вновь оказывается в устойчивом состоянии.
Рис. 6.4.5
Длительность импульса, формирующегося на выходе ждущего мультивибратора, определяется выражением
.
Время восстановления устойчивого состояния схемы называется временем релаксации и определяется формулой
.
Рис. 6.4.6
При сборке схем мультивибраторов использовать модели операционных усилителей LM324 или uA741 из библиотеки EVAL.slb. Примеры схем можно найти в файлах W6_4_1, W6_4_2, W6_4_3 в папке Electronics\Labs.