10.5. Транзисторный автоколебательный мультивибратор

Рис. 10.11

Схема АМВ на транзисторах приведена на рис. 10.11. Генератор имеет два неустойчивых состояния, которые приходят на смену друг другу в результате внутренних процессов, поэтому в АМВ отсутствуют источник отрицательного смещения и резистивные делители, задававшие устойчивость одного из состояний в ЖМВ. Топологически схема АМВ симметрична. Генератор имеет два выхода, связанных с коллекторами транзисторов (нумерация выходных сигналов обычно совпадает с нумерацией транзисторов). Из двух транзисторов один всегда открыт, другой закрыт. Принцип действия схемы иллюстрируют диаграммы напряжений (рис. 10.12).

Переключение режимов транзисторов происходит в результате перезаряда конденсаторов С₁, С₂, соответственно, через сопротивления R_Б2 и R_Б1 и открытые в данный момент транзисторы. Конденсаторы, включенные между коллектором одного транзистора и базой другого, стремятся поменять полярность своего напряжения, приобретенного при предыдущем состоянии АМВ, на противоположную.

Рис. 10.12

Когда в процессе перезаряда напряжение на конденсаторе доходит до нуля, то на базу перестает подаваться запирающее транзистор отрицательное напряжение и транзистор открывается. Импульс заканчивается, схема самопроизвольно переходит в противоположное состояние в результате лавинообразного процесса, в ходе которого ранее закрытый транзистор полностью открывается, а ранее открытый – закрывается.

Длительность импульсов, которые формирует транзисторный АМВ, равна: τ_и1 = 0,7С₂R_Б1; τ_и2 = 0,7С₁R_Б2. Амплитуда импульсов примерно равна Е_К.

Серьезным недостатком схемы рис. 10.11 является неправильная форма импульсов, формируемых АМВ. Импульсы имеют очень большие фронты, вызванные тем, что разрядившиеся конденсаторы восстанавливают заряд с помощью токов, текущих через коллекторные резисторы, поэтому потенциалы коллекторов закрывшихся транзисторов не сразу принимают значения Е_К. Длительности фронтов равны времени заряда конденсаторов: τ_фр1 = 2,3R_К1С₁, τ_фр2 = 2,3R_К2С₂ (этот же процесс имеет место и в транзисторном ЖМВ и не приводит к искажению формы импульсов, но в АМВ конденсаторы подключены к коллекторам обоих транзисторов и выходные сигналы снимаются с коллекторов). Казалось бы, с фронтами можно «справиться», минимизировав значения R_К1 и R_К2. Однако значения коллекторных сопротивлений связаны со значениями R_Б соотношением R_Б = (βR_К)/(2…3), где β = I_К/ I_Б – коэффициент усиления транзистора по току (обычно его значение составляет десятки–сотни). Если это соотношение не выполняется, то транзисторы заходят в режим насыщения слишком глубоко и процесс их переключения излишне затягивается.

Устранить фронты удается с помощью схемы АМВ (рис. 10.13), в которую введены диоды и дополнительные сопротивления R_Д1 и R_Д2.

Рис. 10.13

Диоды включены так, что во время перезаряда конденсаторов, приводящего к переключению АМВ, они открыты, а при восстановлении заряда – закрыты. В результате зарядные токи текут не через R_К, а через R_Д; потенциал коллекторов (и уровень выходных сигналов) сразу после закрытия транзисторов достигает уровня, близкого к +Е.

АМВ (как на ОУ, так и на транзисторах) весьма распространены в электронике. Однако они не могут сформировать импульсы с большой скважностью и притом со стабильным периодом. Например, для транзисторных АМВ значение скважности ограничено формулой Q_max = 1 + 0,3β.

При необходимости генерации импульсных последовательностей с очень большой скважностью («редких» импульсов) обычно или применяют блокинг-генераторы (см. 10.7), или последовательно соединяют АМВ и ЖМВ: АМВ задает период импульсов, а ЖМВ – их длительность.