4. Мультивибратор

На рис.5 приведена схема мультивибратора с коллекторно-базовыми связями, а на рис.6 – диаграмма напряжений поясняющая его работу.

Сразу после включения питания в схеме возникает автоколебательный процесс: транзисторы поочередно закрываются и открываются на определенный интервал времени при отсутствии внешних запускающих импульсов. Начало диаграммы соответствует состоянию схемы с открытым транзистором VТ₁ (u_к2= -U_{к макс}) – рис.6, а, б. Необходимые потенциалы на базах транзисторов поддерживаются следующим образом.

Конденсатор С₂ уже успел зарядиться до напряжение Е_к и ток его заряда теперь равен нулю. Потенциал на базе VТ₁ отрицателен (рис.6, в) и транзистор открыт. В то же время конденсатор С₁, ранее заряженный до величины Е_к с показанной на рис.5 полярностью, теперь перезаряжается в пределе до напряжения Е_к+I_к02R_б2 с другой полярностью. Ток заряда i₁ создает на R_б2 падение напряжения, запирающего транзистор VТ₂ – рис.6, г.

Это состояние схемы не может сохраняться неопределенно долго, поскольку конденсатор С₁ постепенно разряжается и соответственно уменьшается ток i₁. Наступает момент, когда потенциал базы VТ₂ становиться равным нулю и далее отрицательным. Транзистор VТ₂ приоткрывается. Уменьшения абсолютной величины напряжения u_к2 передается на базу транзистора VТ₁ , который призакрывается. Это в свою очередь приводит к увеличению по абсолютной величине напряжения u_к1 и дальнейшему отпиранию транзистора VТ₂. В результате возникшего лавинообразного процесса в схеме устанавливается новое состояние: транзистор VТ₂ открыт, VТ₁ закрыт. Конденсатор С₁ быстро заряжается до напряжения Е_к (через резистор R_к1 и открытый транзистор VТ₂), а конденсатор С₂, перезаряжаясь, поддерживает некоторое время на базе транзистора VТ₁ запирающее напряжение. В дальнейшем состояние схемы снова изменяется, и т.д.

Длительность t_и импульса на выходе схемы определяется процессом перезаряда конденсатора С₁ (постоянная времени цепи , а пауза между импульсами – процессом перезаряда С₂.

Параметры t_ф1 и t_ф2 выходного импульса находятся из тех же соображений, что и в описанной схеме одновибратора.

Мультивибратор используется в качестве генератора импульсных сигналов.

5. Расчет и настройка исследуемых схем

5.1. Расчет триггера

Считаются заданными:

• напряжения питания Е_к и Е_см;

• тип транзисторов и температурные условия работы.

Расчету подлежат параметры элементов схемы, а также амплитуда выходного импульса и предельная частота поступления входных сигналов.

Рекомендуется следующий порядок расчета:

1. Находим величину коллекторных сопротивлений:

Величину тока I_к нужно подбирать в соответствии с нагрузкой триггера. Поскольку в данной лабораторной работе нагрузка не оговаривается, принимаем

где I_{к доп} – допустимая для данного типа транзисторов величина коллекторного тока в режиме переключения.

2. Определить R₃, R₄ из условия, что запертый транзистор при максимальной температуре среды имеет положительный потенциал на базе, несмотря на действие тока I_К0:

Для маломощных германиевых транзисторов I_{К0 max} берется из справочника.

3. Вычисляем сопротивление резисторов R₁, R₂ из условия, что открытый транзистор имеет базовый ток, достаточный для насыщения:

,

где S₁=1,52 – коэффициент насыщения.

Величинуиз справочника нужно выбирать по кривой=f(I_К), так как транзисторы в триггере работают в режиме, отличающемся от режима измерения параметров.

4. Определяем амплитуду выходного сигнала Um_вых из следующих соображений. Когда транзистор VТ₂ открыт, напряжение на его коллекторе близко к нулю. Если же он закрыт, то через сопротивление резисторов R₂ и R_К2 протекает базовый ток открытого транзистора VТ₁, и на R_К2 создается определенное падение напряжения. Окончательно

.

5. Выбираем емкости С₁ и С₂. Они должны форсировать процесс опрокидывания триггера и запомнить процесс запуска предыдущего состояния схемы, т.е. незначительно заряжаться запускающим импульсом. Поэтому емкости С₁ и С₂ следует выбирать достаточно большими. С другой стороны, увеличение емкостей С₁ и С₂ снижает быстродействие схемы.

Строгий расчет емкостей С₁ и С₂ в настоящей лабораторной работе не производится. Рекомендуется принять:

С₃=С₄=0,1 мкФ

R₅=R_Н=10 кОм

Диоды VD₁, VD₂ типа Д220.

6. Предельную частоту поступления входных импульсов триггера ( с учетом только времени восстановления) оцениваем по формуле

,

где постоянная времени цепи разряда емкостей С₁ и С₂:

.