Генератори прямокутних імпульсів

Для формування несучого та маніпуляційного сигналів використовуються автоколивальний мультивібратор на транзисторах, генератор прямокутних імпульсів на операційному підсилювачі або генератор на базі інтегрального таймера. Такі генератори виробляють послідовність прямокутних імпульсів ТТЛ-рівня (рівень напруги, який використовується у цифрових схемах транзисторно-транзисторної логіки). Тип генератора обирається у відповідності до варіанту завдання (див. табл. 1).

Автоколивальний мультивібратор на транзисторах

Автоколивальний мультивібратор містить два транзисторних ключа з перехресними колекторно-базовими зв’язками, які здійснюються через конденсатори С1 і С2 (рис. 8) [11]. Завдяки цьому, транзистори знаходяться в протилежних станах (один відкритий, а інший закритий).

Оскільки мультивібратор є автоколивальним, то розгляд його роботи можна почати з довільного моменту часу. Для визначеності візьмемо момент часу, коли транзистор VT1 відкритий, а транзистор VT2 закритий, конденсатор С2 розряджений, а конденсатор С1 заряджений до напруги Е (плюс на лівій, а мінус – на правій обкладинці конденсатора). При аналізі роботи мультивібратора буде показано, що протягом кожного періоду коливань такий квазістійкий стан обов’язково матиме місце.

В цьому стані в схемі відбуваються наступні процеси: а) заряд конденсатора С2 від джерела живлення + Е через резистор R4 і емітерний перехід відкритого транзистора VT1 (постійна часу кола заряду має значення ), б) розряд конденсатора С1 через резистор R3 і відкритий транзистор VT1 (постійна часу розряду ). Як правило, опір базових резисторів набагато більший, ніж колекторних. Тому процес заряду С2 відбувається набагато швидше, ніж процес розряду С1. Позитивно заряджена обкладка конденсатора С1 через відкритий транзистор VT1 підключена до загального проводу, а негативно заряджена обкладка – до бази VT2. Завдяки цьому транзистор VT2 утримується в закритому стані. Після того як С1 розрядиться, напруга на базі VT2 стане позитивною. Внаслідок цього транзистор VT2 починає відкриватись, з’являється колекторний струм, що створює негативний приріст напруги на колекторі VT2, який через конденсатор С2 передається на базу VT1. Завдяки цьому транзистор VT1 виходить із режиму насичення. Колекторний струм цього транзистора зменшується, напруга на колекторі отримує позитивний приріст, який через конденсатор С1 передається на базу VT2, викликаючи його подальше відкривання. Процес переключення транзисторів відбувається лавиноподібно та закінчується переходом мультивібратора у другий квазістійкий стан.

У цьому стані транзистор VT1 закритий, транзистор VT2 відкритий, конденсатор С1 заряджається від джерела живлення + Е через резистор R1 і емітерний перехід транзистора VT2, а конденсатор С2 розряджається через R2 і відкритий транзистор VT2 на джерело живлення + Е. Після розряду С2 відбувається лавиноподібне переключення транзисторів і схема переходить в той стан, з якого було розпочато розгляд. Процеси в схемі повторюються періодично. Таким чином, на виході мультивібратора формується послідовність прямокутних імпульсів.

Рис. 8. Автоколивальний мультивібратор на транзисторах

Тривалість імпульсу на колекторі VT2 відповідає часу перебування транзистора в закритому стані і визначається часом розряду конденсатора С1

.

Тривалість паузи відповідає часу перебування транзистора VT1 в закритому стані і визначається часом розряду C2

.

Одним із недоліків мультивібратора на транзисторах є велика тривалість фронту вихідних імпульсів, яка дорівнює часу заряду конденсатора С2

.

Для формування імпульсів з малою тривалістю фронту та зрізу на виході мультивібратора включений тригер Шмідта DD1.1, в якості якого можна використовувати інтегральні мікросхеми К155ТЛ1, К555ТЛ2, К155ТЛ3 [12].

Розглянемо методику розрахунку автоколивального мультивібратора. Вихідні дані для розрахунку: – частота вихідних імпульсів (несуча частота або частота маніпуляції ); рівень вихідного сигналу – ТТЛ.

1. Для забезпечення ТТЛ-рівня на виході генератора обираємо напругу джерела живлення та опір колекторних резисторів .

2. Визначаємо максимальний колекторний струм транзисторів

.

3. Обираємо тип транзисторів. Необхідно, щоб параметри обраного транзистора задовольняли наступним вимогам

,

,

,

де –допустима напруга між колектором та емітером транзистора, –допустимий колекторний струм, –гранична частота транзистора.

Параметри транзисторів наведені у довідниках по напівпровідниковим приладам [4, 5]. Рекомендується обирати малопотужні високочастотні транзистори. Параметри деяких транзисторів наведені також у Додатку А.

4. Визначаємо тривалість імпульсів та пауз між імпульсами

.

5. Обираємо ємність конденсаторів С1 та С2

,

де –ємність колекторного переходу транзистора (для високочастотних транзисторів ),–ємність монтажу ().

Визначаємо тривалість фронту вихідних імпульсів

.

Перевіряємо виконання умови

.

Якщо дана умова не виконується, обираємо меншу ємність конденсатора С2.

6. Розраховуємо опір базових резисторів

,

.

Приймаємо, що номінальна потужність розсіювання для всіх резисторів мультивібратора дорівнює 0,125 Вт.

7. Перевіряємо виконання умов насичення транзисторів

,

,

де –мінімальне значення коефіцієнту передачі за струмом для обраного транзистора.

Якщо хоча б одна із умов не виконується, необхідно або обрати транзистор з більшим коефіцієнтом передачі за струмом, або обрати більшу ємність конденсаторів С1, С2 та розрахувати знову опір резисторів R3, R2.