Мультивибратор Советский патент 1983 года по МПК H03K3/02 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к генераторам прямоугольных импульсов с переустраиваемой, частотой, и может быть использовано в различных устройствах приборостроения, средств автоматизации и другой аппаратуре. Известны схемы мультивибраторов на основе операционных усилителей и компараторов, регулирование частоты импульсов у которых осуществляется переменным резистором резистивного делителя положительной обратной связи операционного усилителя, воздействующего на зону возврата триггера Шмитта, образованного операционным усилителем и резистивным делителем. К входу триггера Шмитта (неинвертирующему входу операционного усилителя) подключен выход пассивного неинвертирующего RC-интеграгора, вход которого подключен параллельно выходу операционного усилителя, 1 При работе мультивибратора выходное напря жеиие RC-интегратора равно порогу переключения триггера Шмитта, изменение которого с помощью переменного резистора приводит к изменению частоты мультивибратора i ) () I OC-Rfe+R., / где а - относительноеположение движка потенциометра R6. Недостатком данных мультивибраторов явля ется малая точность установки частоты с nJ мощью потенциометра (большая относительная погрещность установки), в особенности при значениях а. Наиболее близким к предлагаемому является мультивибратор, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен через первый резистор с общей шиной и с первым выводом второго резистора, а инвертирующий вход соединен через конденсатор с общей щиной и первьш выводом третьего ре зистора, второй вывод которого соединен с движком переменного резистора, каждый вывод которого через диод соединен с выходом операционного усилителя, и с вторым вьюодом второго резистора 2. Частота инвестного мультивибратора определяется (в обозначениях прототипа) формулой Недостатком известного мультивибратора та же является малая точность установки частоты с помощью потеншюметра,- которая объясняется тем, что зависимость частоты от относитель ного положения движка поте}1циометра не явл ется оказательной (квазипоказательной), так как только в зтом случае относительная ногрещность установки частоты будет одинаковой (и минимальной) для всех значений а, Цель изобретения - повышение точности установ и частоты путем формирования квазипо казательной зависимости частоты мультивибратора от относит;ельного положения движка потенциометра.. Поставленная цель достига ется тем, что в мультивибратор, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого со-, единен через- первый резистор с общей щиной и с первым выводом второго резистора, а инвертирующий вход соединен через конденсатор с общей щиной и с первым выводом третьего резистора, введены четвертый, пятый резисторы и потенциометр, при этом второй вывод . второго резистора соединен с первым выводом потенциометра и через четвертый резистор - с общей щиной, второй вывод третьего резистора соединен с вторым выводом потенциометра .и через пятый резистор - с общей щиной, а движок потенциометра соединен с выходом операционного усилителя и выходной клеммой мультивибратора. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого мультивибратора. . Мультивибратор содержит интегрирующую RC-цепь на третьем резисторе 1 и конденсаторе 2, резистивный делитель ,на втором резисторе 3 и первом резисторе 4, операционный усилитель (ОУ) 5, инвертирующий вход которого подключен к выходу 6 RC-цепи, неинвертирующий вход - к выходу 7 резистивного делителя, а выход ОУ 5 - к выходной клемме 8 мультивибратора. Потенциометр 9 соединен через пятый резистор 10 и четвертый резистор 11 с общей щиной. Движок потенциометра 9 соединен с вь1ходом операционного усилителя 5,. выводы потенциометра 9 соединены с входами 13 и 14 интегрирующей RC-цепи и резистивного делителя соответственно. Мультивибратор работает следующим образом. RI о - RI 1. что соответствует симметричности щкалы; что соответствует больщой кратности регулировки частоты; . что позволяет не учитывать щунтирующее действие резисторов RI RS . что соответствует малой зоне возврата триггера Шмитта и работе интегрирующей RC-цепи на начальном линейном участке. Обозначим через а относительное положение движка потенциометра 9 от правого по чертежу крайнего вывода. Предположим, что в начальный момент выход ОУ 5 имеет максимальный (более 10 В) положительный потенциал. Утот потенциал поступает в виде положительной обратной связи (ПОС) через прсттедовательно соединенные первый (правая часть потенциометра 9 и резистор 11) и второй (резисторы 3 и 4) резистивные делители на неинвертирующий вход ОУ 5, благодаря чему в рассматриваемый промежуток времени мультивибратор находится в устойчивом состоянии. Выходной потенциал ОУ 5 через третий резистивный делитель (левая часть потенциометра 9 и резистор 10) воздействует на вход интегрирующей RC-цепи, (1,2) с выхода которой в виде отрицательной обратной связи (ООС) подается на инвертирующий вход ОУ 5. Конденсатор 2- заряжается с постоянной времени RJ С, цри этом на его обкладках увеличивает ся положительный потенциал. В момент равенства потенциалов на входах ОУ 5 произой дет скачкообразное (благодаря ПОС через резистивный делитель 3 и 4) переключение ОУ 5, его выход установится в состояние максимального отрицательного потенциала. Конден сатор 2 начнет перезаряжаться через резистор 1 от уровня первого порога переключения (положительной полярности) в отрицательном направлении до уровня второго порога переключения (отрицательной полярности) мультивибратора. Эти уровни пропорциональны соответственно максимально положительной и отрицательной величинам выходного напряжения ОУ 5 (приняты равнь1ми). В крайнем правом положении движка поте циометра 9 ПОС ОУ 5 максимальна, максимальны и уровни переключения муЬьтивибратора по входу, входное же направление интегрирующей RC-цепи минимально, что предполагает минимальную скорость изменения потенциг1ла конденсатора 2. Следовательно, в этом случае частота мулыивибратора минимальна. В крайнем же левом положении потенциометра 9 уровни переключения мультивибратора по входу минимальны, что определяется минимальной ПОС ОУ 5, входное же напряжение интегрирующей RC-uerai максимально, аналогична и скорость изменения потенциала конденсатора 2. Таким образом, во втором случае частота мульлшиб ратора максимальна. В промежуточном положении даижка потенциометра частота равна соответствующей промежуточной величине. Вследствие двойной зависимости частоты мул тивибратора от порога переключения (входящего в состав мультивибратора триггера Шмитта) и скорости изменения потенциала интегрирующего конденсатора 2, одновремеяао определяемых положением а потенциометра 9, и формируется. в предлагаемом мультивибраторе квазипоказательная зависимость частоты мультивибратора от положения движка потенциометра 9, повышающая точность установки его частоты. Математическая завиетмость (с учетом выще отмеченных попущений) частоты мультивибратора от положеиия а. движка потенциометра 9 будет иметь fe- q 8ос4 6 H-l-ot + B ГлТв где А 1 + -Пз.-, R-I Обозначив кратность регулировки частоты через М мак мин можно вьшести формулу дня расчета 1 и s .--.- W С учетом (7) уравнение (3) преобразуется к виду Докажем, что уравнение (8) определяет квазипоказательную зависимость, совпадающую в трех точках (при а О, а 0,5, а 1) с идеальной показательной зависимостью вида ilo-N Подставив в формулы (8) и (9) упомянутые значения обможно убедиться о полном совпадении зависимостей (8) к (9) в трех точках. Следовательно, квазипоказательностк уравнения (8) доказана. Шкажем далее, что уравнение (9) имеет одинаковые относительные изменения частоты при всех значениях а. Прологарифмируем (9), а затем возьмем производаую по а, то получим е„-{ Е„-1оЧ А-о.ь) е„лл -j le«-M)doi. Из уравнения (11)-видно, что скорость изменения частоты мультивибратора, деленная

510644296

на частоту мультивибратора, есть величинаназывает повышение точности установки часпостоянная. При паразитном измене1ош атоты при показательной зависимости. Полувследствие непредусмотренного сдвига получа- ченные выводы приближенно могут быть отем одинаковую относительную погрешностьнесены и к практически реализованной (реальдпя всех а (при одинаковом d Of), что и по-иой) квазипоказательной зависимости (8).

МУЛЬТИВИБРАТОР, содержащий операциош1Ь1Й усилитель, неинвертирующий вход которого соединен через первый резистор с общей шиной и с первым выводом второго резис- тора, а инвертирующий вход соединен через конденсатор с общей пшной и с первым выводом третьего резистора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности установки частоты, в него введены четвертый, пятый резисторы и потенциометр, при этом второй вывод второго резистора соединен с первым выводом потенциометра и через четвертый резистор - с общей цшной, второй вывод третьего резистора соединен с вторым выводом потенциометра и через пятый резистор - с общей щиной, а движок потенциометра соединен с выходом операционного усилителя и выходной клеммой мультивибратора.