ПОС в компараторе на ОУ образована резисторами R2, R3. При этом часть выходного напряжения подается на неинвертирующий вход ОУ. Времязадающая цепь образована емкостью С0 и сопротивлением R0. На вход подается импульс запуска положительной полярности, дифференцирующая цепочка R1, С выделяет фронты импульса, а диод пропускает на вход U+ ОУ только передний положительный фронт.
Рис. 10.12. Схема ждущего мультивибратора на основе компаратора (а)
и временные диаграммы его работы (б)
Пусть изначально выход компаратора находится в насыщении и UВЫХ = 0. Конденсатор С0 разряжен через диод VD2 до уровня, не превышающего величины падения напряжения на прямо смещенном p-n-переходе и соответствующего примерно 0,6 В. При появлении на входе положительного перепада не менее 0,6 В происходит рассогласование компаратора. За счет ПОС, напряжение которой на неинвертирующем входе определяется выражением 
, он переключается, т.е. переходит в режим отсечки с UВЫХ = U.
Цепь разряда конденсатора С0 блокируется высоким потенциалом UВЫХ, и он начинает заряжаться до напряжения 
по цепи UВЫХ→R0→С0→земля. При UС0 = U─ > U+ снова происходит рассогласование компаратора и его быстрое
опрокидывание в исходное состояние за счет ПОС, а конденсатор С0 быстро разряжается через открывшийся диод. Длительность формируемого импульса определяется выражением t = 0,7. 0,9R0 × C0.
10.3. Схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
и аналого-цифрового преобразователя (АЦП)
При ШИМ с заданной периодичностью формируются импульсы, длительность которых пропорциональна амплитуде входного сигнала. Принцип ШИМ часто используется при построении АЦП.
Рис. 10.13. Принцип ШИМ
Схемы ШИМ строят на основе одновибраторов путем замены времязадающей цепи на управляемые источники тока. Это обеспечивает высокую точность задания длительности импульса пропорционально величине UВХ.
Структурная схема АЦП приведена на рис. 10.14.
Рис. 10.14. Структурная схема АЦП
Напряжение UВХ подается на схему ШИМ, формирующей импульсы переменной длительности. На схеме «И» эти импульсы заполняются тактовой последовательностью с частотой f0 и поступают на счетчик, формирующий двоичный изменяющийся код, зависящий от амплитуды входного напряжения. При каждом запуске схемы ШИМ содержимое счетчика переносится в регистр, а сам счетчик обнуляется.
Рассмотренный процесс иллюстрируется на рис. 10.15.
Рис. 10.15. Временные диаграммы работы схемы АЦП
Контрольные вопросы к лекции
1. На чем основана работа простейшего компаратора?
2. Какие недостатки и каким образом устраняет триггер Шмитта?
3. Чем определяется напряжение гистерезиса в триггере Шмитта?
4. Какое условие необходимо для обеспечения опрокидывания дискретной схемы триггера Шмитта?
5. За счет чего обеспечивается генерация колебаний в мультивибраторе?
6. За счет чего обеспечивается запуск и опрокидывание схемы одновибратора?
7. В чем заключается принцип ШИМ?
8. В чем заключается принцип работы схемы АЦП?
Ждущий мультивибратор (ЖМВ) – это генератор одиночных прямоугольных видеоимпульсов (отсюда его второе название – одновибратор). В интервале между импульсами (во время пауз) ЖМВ находится в устойчивом «дежурном» режиме, вывести из которого его можно только с помощью короткого импульса запуска. После формирования одиночного прямоугольного импульса ЖМВ возвращается в устойчивое состояние самопроизвольно, без внешнего воздействия. Таким образом, схема ЖМВ является моностабильной (т. е. имеет одно устойчивое состояние, а другое – неустойчивое). Схемы мультивибраторов сильно различаются топологически в зависимости от того, какие активные элементы входят в них.
 |
| Рис. 10.1 |
Схема ждущего мультивибратора на ОУ приведена на рис. 10.1, а диаграммы напряжений, поясняющие ее работу, – на рис. 10.2.
Мультивибратор состоит из регенеративного компаратора (в составе ОУ и резистивного делителя R2–R3), зарядной цепи, состоящей из сопротивления R1, конденсатора C1 и диода VD1, а также из цепи запуска (дифференцирующей цепи C2–R4 и диода VD2в качестве ограничителя снизу). Так как выход всего ЖМВ совпадает с выходом компаратора, то очевидно, что выходной сигнал может принимать значения ±Е (равные напряжениям источников питания ОУ).
Во время пауз между импульсами выходное напряжение равно –Е, при отрицательном выходном напряжении диод VD1 исключает возможность заряда конденсатора C1. Так как Uвых = –Е, то из-за наличия делителя R2–R3 потенциал неинвертирующего входа ОУ равен
= +ЕR3(R2 + R3) = –gЕ,
а потенциал инвертирующего входа 
= 0, так как диод VD1 открыт и шунтирует конденсатор C1.
 |
| Рис. 10.2 |
После подачи на неинвертирующий вход ОУ положительного запускающего импульса с амплитудой, по модулю превосходящей –gЕ, компаратор в составе ЖМВ срабатывает, на выходе ЖМВ устанавливается напряжение Uвых = +Е. Начинается формирование прямоугольного импульса. Диод VD1 закрывается и начинается заряд конденсатора С1 через сопротивление R1 в направлении +Е (с постоянной времени С1R1). На неинвертирующем входе фиксируется потенциал = = +ЕR3(R2 + R3) = +gЕ. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигает значения +gЕ, компаратор снова срабатывает (на сей раз без подачи сигнала запуска), формирование импульса завершается, на выходе восстанавливается напряжение Uвых = –Е, а заряд, накопленный на конденсаторе C1, быстро стекает через диод VD1, который вновь открывается в прямом направлении. После этого схема окончательно возвращается в исходное состояние.
Схема рис. 10.1 формирует положительные импульсы амплитудой 2Е (для формирования отрицательных импульсов необходимо развернуть оба диода, имеющиеся в схеме). Длительность импульса, формируемого ЖМВ на ОУ, определяется всеми основными элементами схемы: τ = С1R1ln(l + R2/R3), время восстановления τв = 3С1rVD отк. Период импульсов на выходе ЖМВ равен периоду импульсов запуска, но не может быть меньше, чем (τ + τв).
Дата добавления: 2016-10-07 ; просмотров: 3894 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Основой схемы мультивибратора (рис. 9.3, а) служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью. Автоколебательный режим работы создается за счет подключения к инвертирующему входу времязадающей цепи из конденсатора С и резистора R. Принцип действия схемы иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис. 9.3, б.
Допустим, что перед включением питания конденсатор С разряжен то нуля, и тогда после включения питания на выходе ОУ установится, например, максимальное положительное напряжение U + вых.max, поддерживаемое действием положительной обратной связи с выхода ОУ на прямой вход через резистор R1. Это напряжение поступает на цепочку RC, создавая ток заряда конденсатора С. Напряжение UC на конденсаторе, подключенном к инвертирующему входу ОУ, начинает увеличиваться. На прямой вход ОУ поступает напряжение UR2 с делителя R1, R2, подключенного к выходу ОУ. Когда напряжение UC на конденсаторе С чуть превысит напряжения на UR2 на делителе R1, R2 (это соответствует состоянию на входах ОУ Uпр — Uинв — вых.max. Одновременно с этим напряжение UR2 на делителе R1, R2 изменит свой знак на противоположный.
С этого момента начинается перезаряд конденсатора С в обратном направлении, так как на цепочку RC поступает уже отрицательное напряжение с выхода ОУ. Напряжение на конденсаторе UC уменьшается и когда оно станет чуть меньше напряжения UR2 (что соответствует состоянию на входах ОУ Uпр — Uинв > 0), ОУ возвратится в состояние с максимальным положительным напряжением U + вых.max. Далее процессы в схеме повторяются.
Частота следования импульсов симметричного мультивибратора
Время tи можно определить по длительности перезаряда конденсатора С в цепи с резистором R и напряжением, меняющимся от -UR2 до +UR2
Таким образом, частота выходных импульсов мультивибратора зависит от постоянной времени t = RC времязадающей цепи и коэффициента передачи цепи положительной обратной связи e = R2/(R1+R2).
Ждущий мультивибратор (одновибратор) на ОУ
Одновибраторы предназначены для формирования прямоугольного импульса требуемой длительности при воздействии на входе схемы короткого запускающего импульса. Одновибраторы имеют два устойчивых состояния, одно из которых устойчивое (режим ожидания), а второе – неустойчивое. Неустойчивое состояние наступает с приходом входного запускающего импульса. Оно продолжается некоторое время, определяемое задающей цепью, после чего одновибратор возвращается в исходное устойчивое состояние. Выходной импульс формируется в результате следования одного за другим двух тактов переключения схемы.
На рис. 9.4, а приведена наиболее распространенная схема одновибратора на ОУ, на рис. 9.4, б – временные диаграммы его работы.
Основой схемы одновибратора служит схема мультивибратора рис. 9.3, а, в которой для создания ждущего режима работы параллельно конденсатору С подключен диод VD1. Для запуска одновибратора предназначена цепочка С1, R3, VD2. Цепочка С1, R3 дифференцирует (укорачивает) входной импульс, а диод VD2 выделяет положительную составляющую продифференцированного импульса.
В исходном состоянии напряжение на выходе ОУ равно U — вых.max, что определяется напряжением положительной обратной связи, поступающим на прямой вход ОУ с делителя R1, R2. Напряжение на инвертирующем входе, равное падению напряжения на диоде VD1 от протекания прямого тока по цепи c резистором R, близко к нулю.
 |
Входной импульс в момент времени t1 переводит ОУ в состояние U + вых.max. На прямой вход ОУ поступает положительное напряжение UR2 с делителя R1, R2, удерживающее его в этом состоянии. Выходное напряжение положительной полярности вызывает процесс заряда конденсатора С в цепи с резистором R. Когда напряжение UC в момент времени t2 становится чуть больше, чем UR2, ОУ возвращается в исходное состояние с выходным напряжением U — вых.max.
После момента времени t2 в схеме наступает процесс восстановления исходного напряжения на конденсаторе UC = 0, который обусловливается изменившейся полярностью напряжения на выходе ОУ. Процесс восстановления заканчивается в момент t2 тем, что напряжение на конденсаторе достигает напряжения отпирания диода VD1.
Длительность импульса, формируемого одновибратором, равна
Время восстановления напряжения (t2— t3) на конденсаторе С определяется выражением
Из приведенных выражений видно, что tи > tвосст. Это является одним из достоинств схемы, так как процесс восстановления исходного состояния схемы должен быть завершен к приходу очередного запускающего импульса.
Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 868 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ