Электроника / ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Полагая, что коэффициенты β и RК у обоих транзисторов одинаковы,

тогда из условия насыщения β∙IБ>IК следует RБ1<β∙RК; RБ2<β∙RК.

Данные ограничения не должны быть очень сильными.

Для обеспечения одинаковой степени насыщения транзисторов принимают RБ1=RБ2=R,

причѐм в большинстве случаев R RК

Определим длительность полупериодов T1;T2

									t
		t U				0 U
u	Б 2		Б 2		U		Б 2	e	1
					Б 2
где
				1	C1 RБ 2
		UБ 2 0 UC1 0 EК IК 0 RК

UБ 2 UC1 (EК IК 0 RБ 2 )

Полагая UБ2(T1)=0, получаем длительность первого полупериода:

E

T1

E

К

I

R

К

I

R E

К

I

R

e 1

0

К 0 Б 2

К 0 К

К 0 Б 2

e

T1

EК IК 0 RБ 2

C1RБ 2

2E

К

I

К 0

R

R

Б 2

К

T1 1ln 2EК IК 0 RБ 2 RК EК IК 0 RБ 2

так как RБ2 RК. получаем следующее:

T1 RБ 2C1 ln 2 , 1

где IК RБ 2

EК

Аналогично для T2 получаем:

T2 C2 RБ1 ln 2

1

123

Следует отметить, что величина	IК 0 R	характеризует отношение
	EК

теплового тока IК0 к току базы в насыщенном состояние IБ ERК .

При использовании кремниевых транзисторов или низких рабочих температурах IК0=0, тогда

T1 1ln2 0, 7C1RБ 2

Вполностью симметричном мультивибраторе RБ1 = RБ2 = R; C1 = C2 = C,

длительности полупериодов T1 = T2, тогда полный рабочий цикл:

T T1 T2 2CRln 2

1

Величина ϑ характеризует зависимость частоты работы мультивибратора от температуры. С ростом температуры IК0 увеличивается,

следовательно, ϑ растѐт и длительность полупериодов увеличивается, то есть частота работы уменьшается.

Таким образом, задаваемым значением ϑ находят необходимые величины R и C.

Нестабильность частоты определяется фактором ϑ, во многих случаях может оказаться недопустимым. Для повышения стабильности необходимо:

1)Использовать кремниевые транзистора.

2)Транзисторы с высокой стабильностью β=β(tо), которая проявляется в изменение момента, соответствующего началу регенерации.

Сростом температуры β растѐт, регенерация наступает раньше, то есть сокращается длительность полупериодов, а рабочая частота увеличивается.

3)Уменьшение времязадающих сопротивлений R, однако, при этом необходимо уменьшить и коллекторные сопротивления RК (чтобы не увеличивать степень насыщения). Такой мультивибратор становится низкоомным, то есть потребляет значительную мощность.

124

Основные времязадающие элементы: емкости C1, C2, так как
сопротивления RБ1, RБ2		ограничены сверху условием насыщения: RБ2<β∙RК, а
снизу потребляемой мощностью.
Увеличение емкостей не ограничено, хотя сопровождается удлинением
отрицательного фронта.
8.3. Реализация мультивибратора на ОУ.
		Rоос
	C	u-	Rогр	uвых
+uип		∞
uвх	Rвх	u+	VDогр	Rн
		Rпос
-uип
		Рисунок 8. 5 –
u
+um
			u+при uвых =+um
			u-
0			u+при uвых =-um
				t
T1		T2
			uвых
-um
		Рисунок 8. 6 -

125

В схеме используются оба входа ОУ:

1)Не инвертирующий, на который подаѐтся uвх - регулирующее длительность импульсов, uпос - с выхода ОУ.

2)Инвертирующий, на который подаѐтся uоос - с выхода ОУ.

Параметрический стабилизатор (Rогр, VDогр) служит для ограничения амплитуды напряжения на выходе мультивибратора.

При его отсутствии uвых=±uип.

Коэффициент положительной ОС определяется следующим образом:

	Kпос			Rвх	(*)
			Rвх	Rпос

Коэффициент передачи входного сигнала:

	Kвх		Rпос		(*)
			Rвх	Rпос

Принцип работы мультивибратора на ОУ:

Полагаем, что напряжение u+>u-

u+=uвх·Kвх+uвых·Kпос

Вследствие ПОС ОУ находится в насыщенном состоянии и напряжение на выходе мультивибратора uвых = +um.

Напряжение u- будет увеличиваться по мере заряда конденсатора C с

постоянной времени:

τ=C∙Rоос,

Стремясь к значению +um.

В тот момент, когда u- ≥ u+ напряжение на выходе изменит скачком свою полярность uвых=-um. И будет оставаться в таком состоянии до тех пор,

пока напряжение на конденсаторе C при его переходе не сравняется с напряжением на не инвертирующем входе ОУ:

u+=uвх ∙ Kвх+uвых·Kпос

Далее процесс повторяется, что приводит к возникновению на выходе

устойчивых колебаний прямоугольной формы.

126

Определим значения полупериодов T1,T2.

Процесс заряда конденсатора описывается уравнением вида:

RC dudtc uc E

где E - максимальное выходное напряжение мультивибратора.

Решением данного уравнения является:

		t E E U		0	e	t
u	c		c				,

где Uc(0) - напряжение на конденсаторе при t=0;

τ=RC - постоянная времени цепи заряда.

tu ln E uc (0) E E0

E0 uc (tu )

Для рассматриваемой схемы получаем:

uc T1 uвх Kвх um Kпос

uc 0 uвх Kвх

um Kпос

E um

Тогда уравнение принимает вид:

u

e

T1

u K

вх

u

m

K

пос

u

m

m

u

вх

K

вх

u

m

K

пос

вх

Далее

u

m

1 K

пос

u

вх

K

вх

um 1

Kпос uвх Kвх

T

1

e

	T ln	um 1	Kпос uвх Kвх
		um 1	Kпос uвх Kвх
	1

Либо разделив числитель и знаменатель на Kвх∙um получаем следующее:

127

1 Kпос

uвх

T1 ln

Kвх

um

1

Kпос

uвх

Kвх

um

Для момента времени T2 получаем:

uc

T2 uвх Kвх um Kпос

uc 0 uвх Kвх

um Kпос

E um

Тогда уравнение будет иметь вид:

u

e

T2

u K

вх

u

m

K

пос

u

m

m

u

вх

K

вх

u

m

K

пос

вх

Либо

u

e

T2

u K

вх

u

m

u

m

K

пос

m

u

вх

K

вх

u

m

K

пос

вх

Тогда

T ln

um 1 Kпос uвх Kвх

um 1 Kпос uвх Kвх

2

Либо разделив на um Kвх получаем:

1 Kпос

uвх

T2 ln

Kвх

um

1 Kпос

uвх

Kвх

um

Зная значения полупериодов T1 и T2, получим значение периода колебаний T = T1 + T2:

		1 K		пос	2			uвх		2
			Kвх
T ln						um
		1 K		пос	2					2
							uвх
			Kвх
						um

Скважность импульса представляет собой отношение вида:

128

S T T1

Для получения T1=T2 необходимо заземлить вывод идущий с резистора Rвх, то есть в этом случаи uвх = 0.

Тогда полупериод колебаний будет определяться:

1 Kпос

Kвх

T T

ln

1 Kпос

1

2

Kвх

С учѐтом (*) получаем

Rвх

1

Rвх

Rпос

Rпос

T T

Rвх Rпос

ln

1

2

Rвх

1

Rвх

Rпос

Rпос

Rвх Rпос

либо

T1 T2 ln

1 Kпос

1 Kпос

либо

1

Rвх

R

R

T1 T2

ln

вх

пос

Rвх

1

R

R

вх

пос

Получаем

Rпос 2Rвх

Rвх

T1 T2 ln

ln

1 2

Rпос

Rпос

При uвх=0 периоды T1 и T2 можно изменять изменяя η.

129

Rоос2 VD2

Rоос1 VD1

C

∞ uвых

Rвх

Rпос

Рисунок 8. 7 -

130

8.4.Одновибраторы (ждущие мультивибраторы).

Одновибратор является формирователем одиночного импульса

прямоугольной формы и фиксированной длительности, возникающего на

выходе схемы при поступлении на вход запускающего короткого импульса.

8.4.1.Одновибратор с эмиттерной связью.

Термин «одновибратор» наиболее правильный так как:

1)устанавливает связь с термином «мультивибратор»;

2)исключает подчиненную роль по отношению к мультивибратору (так как обе схемы равноправны);

3)отражает однократный режим работы;

4)является достаточно кратким, так как помимо этого

существуют следующие:

-запертый мультивибратор;

-ждущий мультивибратор;

-заторможенный мультивибратор;

-реостатно-емкостная спусковая схема;

-однотактный релаксатор;

-КИПП-реле и так далее

Наиболее распространенным на практике является одновибратор с эмиттерной связью.

-EК

RБ2

R1

RК1

RК2

iК2

C

uК1

-

+

uК2

i

uвх

1

C

iБ2

VT2

VT1

uБ1

uБ2

iЭ1

uвых

R2

RЭ

iЭ2

uЭ

iЭ

Рисунок 8. 8 -

131

	T	tв
uБ1		t
U0	UT1	U0
	Eвх
uЭ		t
UT2	UT1	UT2
		UT2(0)
uК1		t
	UT1
		UT2(0)
EК		EК
uС = uБ2		CRК1
	CRБ2
uС(0)
		t
uК2		к [-UС(∞)]
		t
UT2		UT2
	UT2(0)
	EК
		Рисунок 8. 9 -

Рабочий цикл.

В исходном состоянии VT1 закрыт, VT2 - насыщен.

Запирание VT1 обеспечивается делителем напряжение R1, R2, который подает на базу VT1 |uБ1=U0|<|uЭ=UT2|.

Подадим на вход схемы отрицательный импульс с амплитудой превышающей запирающее напряжение

|UT2-U0|

Под действием этого сигнала одновибратор опрокидывается во

временно устойчивое состояние, когда VT2 заперт, а VT1 открыт и насыщен.

132