40Мультивибраторы и одновибраторы.

Мультивибраторы являются генераторами прямоугольных импульсов с высокой крутизной фронта и среза. Они относятся к релаксационным генераторам, суть которых состоит в медленном накоплении энергии на реактивных элементах (например, конденсаторах) и быстрым ее выделением в следующей фазе. Мультивибраторы применяются в импульсной и вычислительной технике и могут быть выпущены в интегральном исполнении.

Мультивибратор можно представить как два усилителя, вход каждого из которых присоединен к выходу другого. Если оба усилителя одинаковые, мультивибратор называется симметричным. Симметричный мультивибратор выдает две импульсные последовательности, сдвинутые по фазе на 90⁰. Изменением элементов мультивибратора (емкостей и сопротивлений) можно выполнить несимметричный мультивибратор, скважности импульсов в каждой из последовательностей которого неодинаковы.

На рисунке а показана схема простейшего мультивибратора, а на рисунке б упрощенная диаграмма напряжений в выделенных точках схемы.

Пусть в некоторый момент транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт. Для этого необходимо, чтобы на базе транзистора VT1(в точке Б1) напряжение было равно нулю или отрицательно, а в точке Б2 напряжение должно быть положительно. В точке К1 напряжение равно напряжению источника питания, а в точке К2—нулю. Конденсатор С1 заряжен до напряжения источника питания, т.е. на первой обкладке напряжение равно напряжению источника питания, а на второй –ноль. Конденсатор С₂ разряжен, на обеих обкладках напряжение равно напряжению источника питания.

П усть пока по неизвестной причине транзистор VT1 стал открываться. Как только начался этот процесс, напряжение в точке К1 стало приближаться к нулю (см. диаграмму), так как открывание транзистора ведет к уменьшению его сопротивления.. Так как конденсатор С1 не может разрядиться мгновенно, напряжение на его второй обкладке останется ниже напряжения на первой обкладке на величину заряда конденсатора. На первой обкладке напряжение близко к нулю, на второй станет отрицательным. Напряжение в точке Б2 тоже станет отрицательным. Транзистор VT2 закроется. В точке К2 напряжение вырастет до напряжения близкого к напряжению источника питания. На базу транзистора VT1 (точка Б1) будет подано положительное напряжение, транзистор еще более откроется. Так будет продолжаться до тех пор, пока транзистор не перейдет в область насыщения. Чем больше открывается транзистор, тем меньше падение напряжения на нем. Это приведет к понижению напряжения на обеих обкладках конденсатора С1, т.е. к большей степени запирания транзистора VT2 (до режима отсечки). Процесс переключения происходит очень быстро, что показано на диаграмме вертикальными линиями. Переход к режиму отсечки не происходит мгновенно, что на диаграмме выражается изгибом фронта напряжения в верхней части U_К2 транзистора VT2 (точка К2). Итак: как только транзистор VT1 стал открываться, транзистор VT2 закрывается. Это приведет к устойчивому состоянию, когда VT1открыт и насыщен, VT2 закрыт. На диаграмме состояние транзистора показано напряжением его коллектора, т.е. точек К1 и К2: транзистор открыт—напряжение ноль, закрыт—напряжение источника питания. Такое состояние могло бы продолжаться бесконечно, если бы конденсаторы сохранили свой заряд. Так как конденсаторы перезаряжаются, состояние называется квазиустойчивым.

Точки Б1 и Б2 соединены с плюсом источника питания сопротивлениями R_б1 и R_.б2. В точке Б2 напряжение отрицательное. Значит, по сопротивлению R_.б2 будет протекать ток (см. участок 1 диаграммы), который будет поднимать напряжение второй обкладки конденсатора С1 т.е. напряжение точки Б2 (более строго этот процесс можно назвать разрядом конденсатора С1 по цепи: первая обкладка—открытый транзистор VT1—источник питания -- R_.б2—вторая обкладка). В то же время конденсатор С2 заряжается по пути: плюс источника питания—R_К2—конденсатор С2—базовый переход транзистора VT1—минус источника питания. Как только напряжение U_Б2 дойдет до нуля, транзистор VT2 откроется (см. участок 2 диаграммы), в точку Б1 будет подано отрицательное напряжение, транзистор VT1 закроется. Происходит процесс , подобный описанному выше. Мультивибратор переходит во второе квазиустойчивое состояние, когда VT2 открыт и насыщен, VT1 закрыт.

Мультивибратор постоянно переходит из одного квазиустойчивого состояния в другое. Период колебаний и скважность генерируемых импульсов зависит от длительности заряда-разряда конденсаторов, что в свою очередь зависит от номиналов сопротивлений и конденсаторов. входящих в мультивибратор.

Усилители, на которых собран мультивибратор, и процессы, происходящие с них, не могут быть абсолютно одинаковыми. Поэтому при включении питания мультивибратор входит в одно из квазиустойчивых состояний с дальнейшей генерацией импульсов.

Указанная схема обладает некоторыми недостатками (недостаточно прямоугольная форма импульсов, недостаточная крутизна фронтов и срезов и др.). Для устранения этих недостатков применяют достаточно простые и эффективные меры. Встречающиеся на практике схемы включают необходимые для этого элементы.