4.1.3. Мультивібратори

Мультивібратори відносяться до генераторів імпульсних сигналів.

Для імпульсних генераторів характерна наявність зовнішнього або внут­рішнього додатного зворотного зв'язку.

Імпульсні генератори поділяються на генератори прямокутних, трапеціє­подібних, трикутних, пилкоподібних та інших форм імпульсів. Працюють гене­ратори в трьох основних режимах: автоколивному, чекаючому і в режимі синхронізації.

Автоколивні генератори імпульсів після самозбудження генерують послідовність імпульсів, параметри яких (амплітуда, частота повторення, тривалість імпульсів і їх шпаруватість) визначаються тільки параметрами елементів схеми генератора.

Чекаючі генератори генерують імпульси, період повторення яких визнача­ється періодом повторення запускальних імпульсів, а параметри кожного ім­пульсу (амплітуда, тривалість, форма) визначаються параметрами схеми генератора.

У режимі синхронізації генератор виробляє імпульси, частота яких дорівнює або кратна частоті синхронізуючого сигналу, і такі генератори використовуються як подільники.

Мультивібратор – це електронний пристрій, який складається із двох транзисторних ключів, охоплених додатнім зворотним зв’язком. І який перетворює постійний струм джерела живлення в імпульс струму. Форма імпульсу наближена до прямокутної, а тривалість імпульсу визначається процесом релаксації RC-ланцюга. За способом збудження мультивібратори можуть бути із самозбудженням і з зовнішнім збудженням (одно вібратори або чекаючі мультивібратори).

Слово мультивібратор пішло від латинського слова multum – багато і vibrare – коливатися.

С

Рис. 4.8. Мультивібратори: а - з колекторно-базовими ємніс­ними зв'язками; б - часові діагра­ми роботи

иметричний мультивібратор із самозбудженням. На рис.4.8,а наведена схема мультивібратора, що працює із самозбудженням, а на рис.4.8,б дані його потенціальні діаграми.

Вона складається з двох підсилювачів-інверторів на транзисторах VT1 і VT2, з'єднаних між собою колекторно-базовими додатними зворотними зв'язками через конденсатори СІ і С2. Часозадавальними елементами служать RC-ланки. Робота мультивібратора протягом одного періоду показана часовими діаграмами на рис. 4.8,б. Для спрощення аналізу на цих діаграмах струми І_т не враховані, спад напруги на відкритому транзисторі при перемиканні схеми вва­жається малим порівняно з перехідними процесами у часозадавальних колах.

До моменту t₁ транзистор VT1 закритий і його колекторна напруга практично дорівнює -Е_к, колекторний струм рівний нулю (тобто i_K1=I_K0 , а U_K1 = -Е_K + I_K0 ∙ R_K1 ). Транзистор VT2 відкритий і стягнутий у точку, ко­лекторний струм рівний i_K2=I_KН2, колекторна напруга U_K2≈0

Відкритий стан VT2 забезпечується струмом бази i_Б2=γ∙I_БН2, що проходить від джерела Е_зм через опір R_Б2. Запертий стан VT1 забезпечується додатною напругою конденсатора С₂, що під’єднаний через відкритий транзистор VT2 до емітерного переходу транзистора VT1, тобто U_Б1 = U_С2 .

Конденсатор С₁ заряджається через емітерний перехід відкритого транзис­тора VT2 і резистор R_К1 до напруги, близької до Е_к. Такий стан називають квазістійким, оскільки напруга на конденсаторі не залишається постійною. Конденсатор С₂ перезаряджається від напруги –Е_зм. у момент часу t₁, коли U_Б1 = U_С2 ≈ 0, транзистор VT1 почне відкриватись, його колекторна напруга зменшиться, колекторний струм зросте.

Для повністю симетричного мультивібратора, у якому R_Б1 = R_Б2 = R, С₁ = С₂ = С, період повторення імпульсів буде дорівнювати:

Т = 2 ∙ t_U = 1,4 ∙ R_Б ∙ C_Б (4.1)

Недоліком такого мультивібратора є «завал» фронтів імпульсів колекторної напруги.

У схемах цифрової схемотехніки для синхронізації блоків керування та інших несилових елементів електроніки проектують мультивібратори на логічних елементах.

Чекаючий мультивібратор (одновібратори).

О дновібратори – це генератори прямокутних імпульсів, які працюють в очікувальному режимі. Такий режим характеризується стійким і квазістійким станами рівноваги. Перехід із стійкого до квазістійкого стану здійснюється за наявності зовнішнього імпульсу, який називають запускальним. Формується прямокутний імпульс заданої тривалості, що визначається часом дії запускального імпульсу.

Р оботу мультивібратора в чекаю чому режимі можна отримати із схеми рис.4.9, а. для цього на одну із баз транзисторів, наприклад на базу транзистора VT1, через обмежувальний резистор R2 потрібно подати запираючу напругу Е_Б. транзистор VT1 буде закритий, а транзистор VT2 відкритий. Відкритий стан транзистора VT2 буде підтримуватися позитивним потенціалом правої пластини конденсатора С1, значення якого близьке потенціалу «землі», так як транзистор VT2 знаходиться в насиченні. Такий стан може продовжуватися скільки завгодно довго. З приходом пускового сигналу U₃ від’ємної полярності на базу транзистора VT2 останній закривається, а транзистор VT1 відкривається позитивним потенціалом, який знімається з колектора VT2 і поступає на базу транзистора VT1 через конденсатор С1. такий стан називається квазістійким, тобто нетривалим, і визначається часом перезарядки конденсатора С1 через R1 і відкритий транзистор VT1. коло С1 R1 називається часозадаючим, так як визначає тривалість імпульсу t_i ≈ 0,7∙ R1∙С1.зміною параметрів часозадаючого ланцюга (ємності і опору) можна регулювати тривалість імпульсу чекаю чого мультивібратора.

Із рис. 4.9, б видно, що фронти імпульсів на колекторі створюються не одразу, а через певний час

t_ф ≈ (3 – 5) R_К1С₁ (4.2)

Черговий пусковий імпульс може поступати на базу транзистора VT2 через час t = t_i+ t_ф.