1.2.2 Расчёт периода колебаний

При заряде конденсатора напряжение на нем(рисунок 2) изменяется по закону

(1)

где – постоянная времени заряда конденсатора.

При разряде конденсатора С1 напряжение на нем изменяется по закону

(2)

где – постоянная времени разряда конденсатора.

Аналогично для конденсатора С2.

Постоянная времени разряда конденсатора должна быть не менее чем на порядок (в 10 раз) больше постоянной времени заряда. Это необходимо для того, чтобы конденсатор полностью зарядился, пока другой конденсатор разряжается и держит запертым «свой» транзистор.

Транзистор VT1 отпирается, когда . Следовательно, полупериод прямоугольного колебания, генерируемого симметричным мультивибратором, можно найти из равенства

(3)

Отсюда

(4)

Пренебрегаем напряжением по сравнению с напряжением питания, получаем

(5)

где

Другими словами: допустим, при включении питания транзистор VT1 открыт и насыщен током, проходящим через резистор R4. Напряжение на его коллекторе минимально. Конденсатор С2 разряжается. Транзистор VT2 закрыт и конденсатор С1 заряжается. Напряжение на конденсаторе С2 стремится к нулю, а потенциал на базе транзистора VT2 постепенно становится положительным и VT2 начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается и конденсатор С1 начинает разряжаться, транзистор VT1 закрывается. Далее процесс повторяется до бесконечности.

1.3 Ждущий мультивибратор с эмиттерной связью

Ждущим называют мультивибратор с одним устойчивым состоянием. Прежде чем начать работать, мультивибратор «ждет» запускающего импульса.

Большое распространение получила схема одновибратора с эмиттерной связью, приведенная на рисунке 7. Знак «+» у левой обкладки конденсатора C3 означает первоначальный заряд. Схема состоит из двух ключей с глубокой положительной обратной связью. Одна из связей – емкостная, вторая связь осуществляется с помощью общего для обоих транзисторов сопротивления R11.

Рисунок 7 – Схема одновибратора с эмиттерной связью

Устойчивое состояние схемы, в котором транзистор VT4 открыт, а VT3 закрыт, обеспечивается положительным смещением в цепи эмиттера. Положительное смещение обусловлено падением напряжения на сопротивлении эмиттера R11 вследствие протекания по нему тока открытого транзистора.

Основными преимуществами схемы данного одновибратора является возможность получения коротких фронтов импульса. Данная схема более высокочастотная, так как коллектор транзистора VT4 не связан с другими цепями устройства.

Однако приведенная схема обладает низкой термоустойчивостью, трудно поддается настройке.

1.3.1 Принцип работы одновибратора

Схема работает следующим образом. В отсутствии посторонних запускающих импульсов транзистор VT4 открыт благодаря положительному смещению, подаваемому на базу от источника напряжения через сопротивление R7 (рисунок 7).

Коллекторный ток транзистора VT4 протекает по эмиттерному сопротивлению R11, создает на нем падение напряжения.

В цепи базы транзистора VT3 действуют два напряжения: напряжение U_Э – запирающее транзистор и напряжение U_Б (на делителе напряжения R5, R9) – отпирающее транзистор. Сопротивления R11, R5, и R7 подбираются такими, чтобы транзистор VT3 был закрыт, а VT4 открыт. Напряжение на коллекторе запертого транзистора VT3 равно напряжению источника питания . КонденсаторC3 заряжен до напряжения . Он подключен через цепочкуR6, R10 к положительному зажиму источника питания +E, а через транзистор VT4 и R11 к общему проводу (–E). В таком состоянии схема может находиться долгое время.

При поступлении на базу транзистора VT3 положительного запускающего импульса амплитуды, достаточной для его отпирания, транзистор VT3 откроется и напряжение на его коллекторе резко снизится.

Падение напряжения на эмиттерном сопротивлении R11 теперь будет определяться только величиной коллекторного тока транзистора VT3. Поэтому после окончания запускающего импульса схема останется в новом состоянии: транзистор VT3 будет открыт, а транзистор VT4 – закрыт.

С этого момента начинается перезаряд конденсатора С3, который через сопротивление R7 оказался подключенным к положительному зажиму источника питания, а через цепочку R10, VT3, R11 к общему проводу.

По мере перезаряда конденсатора С3 напряжение базы транзистора VT4 будет становиться все более положительным относительно эмиттера и, наконец, наступит такой момент, когда транзистор VT4 откроется.

Коллекторный ток транзистора VT4 создает падение напряжения на сопротивлении R11, запирающее транзистор VT3. Произойдет регенеративный процесс, в результате которого одновибратор вернется в свое прежнее состояние. Конденсатор С3 через сопротивление R6 и часть сопротивление R10 вновь зарядится почти до полного напряжения источника коллекторного питания.

Это состояние схемы будет сохраняться до тех пор, пока не придет следующий запускающий импульс.

При воздействии на базу транзистора VT3 периодической последовательности запускающих импульсов на коллекторах транзисторов VT3 и VT4 будут получены прямоугольные импульсы напряжения.

Длительность положительного импульса напряжения на коллекторе транзистора VT4, равная времени запирания транзистора, будет зависеть от постоянной времени цепи перезаряда конденсатора С3 и от величины напряжения смещения, подаваемого на базу.

Если импульсы выходного напряжения U_К4 с коллектора транзистора VT4 подать на вход дифференцирующей цепи, то на ее выходе получится две последовательности коротких импульсов U_ДИФ (рисунок 8). Импульсы одной последовательности будут совпадать по времени с запускающими, а импульсы другой последовательности будут сдвинуты во времени на величину t_и относительно запускающих импульсов.

Рисунок 8 – Временные диаграммы выходного сигнала одновибратора и дифференцирующей цепи

При использовании одностороннего ограничителя можно срезать импульсы, которые совпадают по времени с запускающими, и получить последовательность импульсов, сдвинутых во времени на величину t_и относительно запускающих импульсов U.

Таким образом, с помощью одновибратора можно выполнять две операции:

1. превращать кратковременные импульсы в прямоугольные импульсы большей длительности;

2. задерживать кратковременные импульсы на требуемое время.