4.6 Генератор импульсной последовательности (мультивибратор).

Часто при проектировании цифровых устройств необходимо использовать устройство на выходе, которого будет импульсная последовательность с заданными временными и электрическими характеристиками. Такое устройство называется симметричный мультивибратор. Его схема приведена на рис. 135.

М

Рис. 135. Мультивибратор.

ультивибратор состоит из двух транзисторов у каждого из которых в коллекторной цепи установлены резисторыRк, а базе ─ резисторыRб, предназначенные для задания режима работы транзисторов. Для организации положительной обратной связи используются конденсаторы С, соединяющие коллектор одного из транзисторов с базой другого. Транзисторы в этой схеме могут находиться в двух состояниях: отсечка (транзистор закрыт) и насыщение (транзистор полностью открыт). ОбычноRк равны между собой иRб тоже равны между собой. Для получения сигнала меандр берутся равными и конденсаторы. Рассмотрим работу схемы (смотри временную диаграмму рис. 136).

В

Рис. 136. Временная диаграмма работы мультивибратора.

начальный момент времени транзисторQ1 открыт и находиться в насыщении, соответственно напряжение на базе положительно и равно примерно 0,7В. На базе транзистораQ2 напряжение отрицательно (напряжение заряда конденсатора С1) и транзистор закрыт (состояние отсечки). Такое состояние транзисторов создает цепи перезаряда конденсаторов. Конденсатор С1 перезаряжается по цепиUп –Rб2 – С1 –Q1. Так какRб>>Rк, то перезаряд по этой цепи идет значительно дольше чем перезаряд С2 по цепиUп –Rк2 – С2 – (база – эмиттерQ1). Время перезаряда С2 меньше и поэтому он успевает зарядиться до напряжения питания, при этом на правой обкладке С2 ─ +, а на левой ─ -. Продолжающийся перезаряд конденсатора С1 приводит к тому что в моментt1 напряжение на правой обкладке становиться положительным и достигает ≈ 0,7В. Такое напряжение на базеQ2 приводит к тому что он открывается. Открывшийся транзисторQ2 подключает правую обкладку конденсатора С2 к общему проводу. Отрицательный потенциал левой обкладки попадает на базу транзистораQ1 (напряжениеUб1 скачком уменьшается до –Uп) и очень быстро закрывает его. НапряжениеUк1 возрастает доUп.

Начинается второй этап перезаряда конденсаторов. Конденсатор С1 перезаряжается по цепи Uп –Rк1 – С1 – бэQ2. Конденсатор С2 перезаряжается по цепиUп –Rб1 – С2 – кэQ2. Когда напряжение на базе транзистораQ1 достигнет величины +0,7В (момент времениt2) он откроется, что в свою очередь приведет к закрываниюQ2. описанный процесс переключения транзисторов продолжается пока не отключено напряжении питания.

Мультивибратор для нормальной работы требует выполнения соотношения Rб < β*Rк. Период колебаний определяется соотношением Т = 2RбC(ln2 –θ/2), здесь θ =Ik0*Rб/Uп ─ фактор теплового тока. Существуют различные модификации рассмотренной схемы.

4.7 Триггер на биполярных транзисторах.

В цифровой технике широко используется устройство позволяющее запоминать значение бита информации. Таким устройством является триггер, схема которого приведена на рис.137.

К

Рис. 137. Триггер.

ак видно схема состоит из двух транзисторов, у каждого из них имеется сопротивление в цепи коллектораRк и для задания режима работы сопротивление в цепи базыRб. Попарно сопротивления равны между собой. Соединения выполнены с целью сформировать положительную обратную связь. Наличие положительной обратной связи приводит к тому, что если один из транзисторов открыт и находиться в насыщении, то второй обязательно закрыт. Действительно, если транзисторQ1 открыт, то напряжение на его коллекторе будет равно 0,2 ─ 0,4 В. Это напряжение через резисторRб2 подается на базу транзистораQ2 и его недостаточно для формирования тока базы необходимого для открывания транзистора. ТранзисторQ2 закрыт. Следовательно ток в базе транзистораQ1 будет определяться соотношениемIб1 = (Uп –Uбэ)/(Rк2 +Rб1). Для получения режима насыщения необходимоIк1 < β*Iб1. Этого можно достигнуть, выбирая соответствующим образомRк иRб. Обычно выходное напряжение снимают с коллекторов транзисторов. Для управления этой схемой можно использовать различные схемотехнические решения, например, подавая управляющее напряжение через конденсаторы одновременно на обе базы.

Бит информации имеет два значения 0 и 1, и схема триггера имеет два устойчивых состояния, следовательно каждому состоянию схемы может быть поставлено в соответствие одно из значений бита информации.