4Генераторы импульсов

4.1Мультивибраторы на биполярных транзисторах

Возможны 2 типа процессов, поэтому выделяют 2 варианта схем:

1Ждущие мультивибраторы.

2Мультивибраторы в автоколебательном режиме.

4.1.1Мультивибраторы в ждущем режиме

Мультивибраторы на транзисторах в производственных условиях в

настоящее время не делают, но они имеют учебный смысл для выяснения сущности процессов.

Образуются из схемы триггера (рисунок 3.1) путем замены одной из резистивных связей на емкостную. Дополнительно вводится смещающая цепь: нижняя часть убирается, вводится резистор R (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Схема мультивибратора на биполярных транзисторах в ждущем режиме

Образуется цепь: земля Э− БVT1 R −E0 . Эта цепь вводит транзистор

VT1 в режим насыщения, т.е. VT1 открыт. Следовательно VT2 должен быть закрыт напряжением смещения Есм , т.к. на коллекторном электроде VT1 низкое напряжение, оно не может преодолеть Eсм. Поэтому на коллекторном электроде VT2 высокое напряжение, оно заряжает конденсатор C почти до напряжения - E0. Конденсатор Cб практически не заряжен, т.к. слева к нему приложено небольшое напряжение UкэVT1, справа – малое напряжение Eсм. Схема находится в режиме ожидания запускающего импульса. Резистор R в приближенном расчете в 10 раз больше в сравнении с коллекторным Rк1. Более точно токи Iбгр и Iб1 можно определить по семейству выходных характеристик VT1(см. также раздел 1.3.2). Резисторы R к1 , R к2 рассчитываются по наклону нагрузочных прямых, как это производилось для триггера. Конденсатор С определяет длительность прогенерированного импульсаTИ .

144

Вболее привычном виде схема мультивибратора изображена на рисунке

4.2.Здесь то же самое, но транзистор второго каскада развернут вправо назван VT1, так же добавлена цепь запуска.

Рисунок 4.2 – Схема мультивибратора в традиционном изображении, с цепью запуска

Запускающий импульс закрывающей (положительной) полярности закрывает транзистор VT2. Протекают этапы рассасывания, подготовки, регенерации (VT2 – закрывается, VT1 – открывается одновременно), четвертый этап у триггеров назывался этапом установления, при котором емкости перезаряжались: здесь, у мультивибратора – этап квазиустановления, потому, что перезаряд конденсаторов до определенного уровня, после которого происходит обратный скачок, схема возвращается вновь к состоянию ожидания после завершения переходных процессов. Итак, после открывания VT1

образуется	цепь	перезаряда	конденсатора	C:
земляLоткрывшийсяVT1LCLRL- E0 .Если			бы этот процесс	перезаряда

происходил бесконечно долго, то в итоге слева у конденсатора С был бы + (потенциал земли), справа минус источника питания. Перезаряд происходит по экспоненте в соответствии с вторым графиком рисунка 4.3 вплоть до момента

2.

145

Рисунок 4.3 – Переходные процессы в схеме мультивибратора в ждущем режиме

Если бы в момент 2 не происходило обратного опрокидывания VT1 и VT2, то перезаряд продолжался бы до уровня –E0.

Но в момент 2 напряжение конденсатора C становится нулевым, оно уже не удерживает закрытым переход база – эмиттер транзистора VT2, следовательно VT2 открывается по цепи земляLЭБVT2LRL- E0 , VT1 закрывается источником смещения Eсм , а также тем напряжением, которое успел принять конденсатор Cб1 на интервале длительности генерируемого импульса, конденсатор C вновь начинает заряжаться по цепи земляLЭБVT2LCLRк1L- E0 . Таким образом, на интервале генерирования импульса перезаряд происходил с постоянной времени τ = RC , а после момента 2 – с постоянной времени восстановления τ воcст = Rк1C . На втором и третьем графике после момента 2 одна и та же экспонента, в итоге прогенерированый импульс получается не прямоугольным.

Длительность импульса может быть оценена по типовой формале:

t	= Tи = τln(	U нач - U∞	) ,
		U кон - U∞
где	U∞ ≈ 2E0 , Uнач = +E0 , Uкон = 0 (из графиков рисунка 4.3). После

подстановки получаем приблизительную оценку длительности импульса:

146

t = Tи = 0,7τ

Самый простой способ регулировки длительности импульса – это изменение величин R и C. Если вместо R ставят потенциометр, то последовательно вместе с ним включают ограничивающий резистор для предотвращения чрезмерного тока в цепи базы VT2, следовательно возрастает глубина насыщения, вместе с ней - время рассасывания - этим вносится погрешность в длительность генерируемого импульса Tи. Можно изменять C, но это конструктивно нецелесообразно.

Другой способ изменения длительности импульса – установка потенциометра вместо Rк1 как показано на рисунке 4.2 штриховой линией (точка 1 не имеет прямой связи с ВЫХ1), причем конденсатор C по-прежнему заряжается в режиме ожидания почти до E0, но на интервале генерирования импульса из напряжения заряда конденсатора C вычитается падение напряжения на той части потенциометра, которая подключена к коллекторному электроду VT1 и к движку. Следовательно, к переходу БЭ VT2 приложено не все напряжение конденсатора C, а разность, из него вычитается падение напряжения на той части потенциометра, которая находится между выводом потенциометра, подключенным к коллекторному электроду VT1 и движком. Т.е. чем выше по схеме рисунка 4.2 находится движок, тем короче импульс. Этот способ регулировки считается более приемлемым в сравнении с потенциометром R, т.к. глубина насыщения VT2 остается неизменной, погрешность от рассасывания не входит в Tи.

Недостаток процессов заключается в непрямоугольности прогенерированного импульса. На схеме, изображённой на рисунке 4.4, всё то же самое, что и в предыдущей, но дополнительно вводится диодный ключ VD.

-E0

	R1	Rб21
Rк1		Rб22	Cб1	Rк2
вых 1			Rб1	вых 2
	VD	C
VT1				VT2
		Rсм		Сзап
	Eсм			Uзап
			VDзап	Rзап

Рисунок 4.4 – Один из способов придания прямоугольности – включение диода VD (диодного ключа)

147