ОДНОВИБРАТОР НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ.

Одновибратор является формирователем одиночного импульса прямоугольной формы и фиксированной длительности, возникающего на выходе при поступлении на вход запускающего короткого импульса. Одновибратор применяется либо в качестве формирователя прямоугольных импульсов, либо в качестве узла задержки импульсов на заданное время.

Одновибратор содержит конденсатор С₁, связанный с выходом компаратора на ОУ через резистор R. В качестве компаратора использована схема с ПОС через цепочку R₃R₄. Микросхема ОУ выполняет в одновибраторе несколько функций :компаратора, источника напряжения для заряда конденсатора и ключа., так как коммутация цепей заряда и разряда конденсатора осуществляется при переключении компаратора. Диод V1 служит для фиксации начального напряжения на конденсаторе Uсо. Элементы С₂,R₄, R₅, V2 составляют цепь запуска, через них на схему поступает короткий запускающий импульс Uвх. Цепочка R₂R₅ является дифференцирующей.

Рассмотрение работы одновибратора нужно проводить по этапам, в соответствии с порядком его работы.

1-ый этап.(исходное состояние, "ждущий" этап), Uвх=0. Будем считать, что компаратор ранее был приведен в состояние Uвых=-Uвых мах. Конденсатор С₁ разряжен, т.к. диод V1 препятствует его заряду выходным напряжением ОУ через резистор R. Нетрудно убедиться, что рассматриваемое состояние устойчиво, т.е. может длиться сколь угодно долго: Uос<Uс, следовательно, компаратор действительно находится в состоянии отрицательного насыщения.

2-ой этап(формирование импульса). При Uвх>0, к прямому входу ОУ прикладывается входное напряжение, которое действует сильнее, чем сигнал с выхода ОУ через R₃. Напряжение на прямом входе становится положительным. Поскольку на инвертирующем входе сохраняется Uо(t1)=0, то компаратор регенеративно переключается и напряжение на его выходе скачком достигает Uвых=Uвых.мах. На этапе формирования импульса надобность в поддержании напряжения на входе после переключения компаратора отпадает, т.к. положительное насыщение ОУ поддерживается положительным напряжением с его выхода на прямой вход по цепи R₃R₄. Поэтому, входной импульс одновибратора может быть весьма коротким. При t>t1 конденсатор С₁ заряжается напряжением Uвых.мах через резистор R, причем, t=RC₁. Этап формирован импульса завершается в момент t2, когда напряжение на конденсаторе достигает значения напряжения ПОС на прямом входе: Uс(t2)=Uос(t2)=Uвых.мах =Uо₂

В этот момент компаратор регенеративно переключается.

3-ий этап (стадия восстановления исходного состояния). Итак, в момент t2 скачком устанавливается Uвых=-Uвых.мах. Конденсатор С₁ начинает разряжаться через резистор R от источника напряжения (-Uвых.мах), при этом t=RC₁. В момент t3 напряжение на конденсаторе достигает Uc(t3)=0, открывается диод V1, который препятствует дальнейшему уменьшению напряжения на конденсаторе. В момент t3 стадия восстановления завершается, одновибратор готов к приходу нового импульса на входе.

Рассчитаем основные стадии работы одновибратора.

Рассчитаем длительность импульса.

Начало его формирования происходит в момент t1, Uc(0)=0, Е=Uвых.мах, постоянная времени t=RC₁. В момент срабатывания компаратора Uс(t2)=Uо₂. Учитывая связь Uо₂ и Uвых.мах, получаем: .

Аналогично рассчитываем длительность стадии восстановления t_В=t3-t2.

Uо(0)=Uо₂, Е=-Uвых.мах., t=RC₁, Uc(t3)=0.

Получим: .

Регулировка длительности импульса одновибратора может осуществляться следующими способами:

а) изменением R или C₁ ( последнее обычно не применяется, т.к. конденсатор с переменной емкостью обладает большими габаритами и массой), при этом изменяется скорость заряда конденсатора С_1.

б) изменением соотношения R₃/R₄. При этом изменяется напряжение срабатывания компаратора Uо₂, а с ним и время, в течении которого напряжение на конденсаторе нарастает до величины Uо₂.

При использовании одновибратора не следует забывать, что схемы с ПОС имеют низкую помехоустойчивость. В исходном состоянии напряжение на прямом входе ОУ Uос=Uо₁ должно быть много больше уровня помех. Естественно, что и амплитуда входного сигнала при этом должна быть большей, чтобы обеспечить переключение компаратора в начале стадии формирования импульса.