книги из ГПНТБ / Важенина, З. П. Транзисторные генераторы импульсов миллисекундного диапазона

Коэффициент относительной временной погрешности, характеризующий температурную нестабильность муль­ тивибратора, определяется выражением

°Т = ( * „ . - * „ . ) / * „ . = Д ' и / * „ . -

О <2 *1 'l

С учетом (1.10) и (1.8) формула для а, принимает вид

__«+(/?!+ Ri) АЛн>д-Ң?мэ-Ь1) ^з^^козЧ-2 I йСцІ — |АС/6д2 I

Для уменьшения ат при заданной длительности им­ пульса tn, пропорциональной величине хронирующего сопротивления R^R^+Rb, следует выбирать наибольшее возможное значение сопротивления резистора R4. Это связано с тем, что в течение формирования импульса по резистору R4 протекает только ток / к02, оказывающий

дестабилизирующее действие, а по сопротивлению R5 — сумма токов / ког+(Рмз+1) ДДоз '[см. второе и третье сла­ гаемые в формуле (1.11)]. При Д4+ ^ 5= const лучшей

стабильностью обладает схема с большим значением R4 и меньшим значением R5. Величина R4 определяется по формуле (1.1). Наибольшее значение может быть получено при выборе транзистора Т2 с наибольшим зна­ чением ß. Из группы ■транзисторов МП114 ... МП116

30

наибольшим значением ß обладают транзисторы МП116 (Рміш=і5), поэтому в качестве транзистора Т2 выберем этот тип. При значении /?7 = 2 кОм по формуле (1.1)

находим Ri<30 кОм. Возьмем Д4=27 кОм.

Для уменьшения третьего слагаемого в формуле (1.11) следует выбирать транзистор. ТЗ с наименьшим значением |3. Из группы МП111 ... МП113 наименьшее

тьего члена (ßM3 + 1 )!Д5А'Ліоз на величину сгт значительно.

Определим остальные величины, входящие в форму­

Напряжение обратного смещения на коллекторном переходе запертого транзистора Т2 в начале формиро­ вания импульса в 2 раза превышает напряжение источ­ ника коллекторного питания Ек. Поэтому значение Д7к02

по рис. 0.2 найдем для значения пкс= — 10 В (на рис. 0.2 представлены зависимости / ко (t °С)) для значений ико = = —5 В и «кб= —30 В; интерполируя, получаем для значения икь——10 В прямую, совпадающую с зависи­

Напряжение обратного смещения на коллекторном переходе транзистора ТЗ в начале формирования им­ пульса близко к напряжению 2Еи (на коллекторе — положительно и почти равно ЕІи на базе — примерно равно —Еи), в конце формирования импульса напряже­ ние обратного смещения на коллекторном переходе примерно равно Ек. Определим величину Ді/Коз при наи-

31

|Де0| = 2,8 мВ/ °С ■40°С = 0,112 В;

|ДНб|12| = 2 ,5 мВ/°С-40°С = 0,1 В.

Таким образом, все величины, входящие в формулу (1.11), кроме значения R5, мы определили, исходя из минимально возможного значения коэффициента отно­ сительной временной погрешности ат. Значение сгт обыч­ но является заданной величиной. Решая (1.11) относи­ тельно R5, находим, при каком максимально возможном значении R5 заданное значение сгт реализуется:

Расчет схемы рис. 1.1, проведенный по формулам (1.1) — (1.3), (1.5), в случае применения транзисторов 77 и Т2 типа МП116 (р-п-р) и ТЗ типа МП111 (п-р-п) позволил выбрать для резисторов схемы значения, по­ казанные на рис. 1.1. Определим максимальную вели­ чину R5 по формуле (1.12), задаваясь пятипроцентной нестабильностью (ат^6% ):

Возьмем /?5= 50 кОм. При этом максимальное значение длительности импульса, определенное по формуле (1.8) при значении С= 0,1 мкФ, равно*)

макс= 0>7 {Ri + Rs) С=0,7(27 • 103 + + 50-103)0,1 • 10-6 = 5,39 мс.

Диапазон регулировки. Плавная регулировка дли­ тельности импульса осуществляется путем изменения

*> Более точной формулой (1.7) для определения длительности импульса следует пользоваться лишь при значениях С^ІООО пф, так как при этих значениях емкости конденсатора С сброс напряжения на нем АUc перед началом рабочего хода может существенно умень­ шить длительность генерируемого импульса. Величина ДС/с опреде­ ляется формулой (1.4).

32

положения движка потенциометра R5. В нижнем по­ ложении движка R = R/t и мультивибратором формирует­ ся импульс минимальной длительности: г'іІмпи = 0,7/?/1С= = 0.7• 27• ІО3• 0,1 • 10~6= 1,89 мс. При этом /Имякг//нмнн= = 2,8. Те же расчеты, проведенные для сгтг^Ю%, дают значения R5= 130 кОм; Лімаис=10,99 мс; /Пміт=1,89 мс; tn маисДп мни = 5,8.

Таким образом, ждущий мультивибратор, выполнен­ ный по схеме рис. 1.1 на кремниевых транзисторах, позволяет при значении емкости конденсатора С= = 0,1 мкФ генерировать импульсы в температурном диа­ пазоне ( + 20 ... +60) °С со стабильностью, определяе­ мой значением сгт= (5 ... 10)%, лишь на начальном уча­ стке миллисекундного диапазона.

При значении С=1 мкФ максимальная длительность генерируемого мультивибратором импульса при значе­ ниях От = 5% и от=10% соответственно равна Лімакс= = 53.9 мс и бт мднс.= 109,9 мс.

При расчете ждущего мультивибратора, выполненно­ го на рис. 1.1, обычно бывает задано максимальное зна­ чение выходного импульса /ІІмаКс, а расчет после на­ хождения величины R5 по формуле (1.12) сводится к нахождению значения емкости хронирующего конден­ сатора С, обеспечивающего заданную максимальную длительность импульса

Невыполнение условия насыщения транзистора 77 П.51 приво­ дит к уменьшении1 длительности выходного импульса, определяемо­

ряется десятками микросекунд. Для ждущего генератора этот режим является вредным, поэтому следует весьма тщательно осуществлять проверку выполнения неравенства (1.1). Однако в целом ряде устройств режим автоколебаний с повышенной скважностью генери­ руемых импульсов является необходимым. Этот режим работы рас­ смотрен в разделе «Автоколебательные мультивибраторы».

Мультивибратор с цепью, разделяющей разрядный резистор и резистор, определяющий режим

транзистора

В схеме рис. 1.5 ;[62] выбор величины сопротивления разрядного резистора R может быть сделан независимо от выбора режима транзистора, в базовую цепь кото­ рого он включен. Ма­

обратного опрокидывания мультивибратора при малых

и насыщен, стабилитрон Д2 пробит, обеспечивая про­ текание базового тока транзистора Т2 через сопротив­ ление R4

Л>2= (Ек UсТ) /Ri— (E/R$ ) ,

где Uct — напряжение на стабилитроне Д2; диод Д1 и транзистор Т1 закрыты, диод ДЗ открыт. Насыщенное

34

состояние транзистора Т2 обеспечивается при выполне­ нии условия

Вследствие выбора R^>Ri сопротивление резистора/? оказывает незначительное шунтирующее действие на величину R4, почти не влияя на выбор режима транзи­ стора Т2. Конденсатор С в состоянии покоя заряжен до напряжения источника коллекторного питания Ек.

При подаче запускающего импульса транзистор 77 открывается, а транзистор Т2 закрывается; вследствие повышения потенциала коллектора транзистора 77 диод Д1 открывается, а диод ДЗ и стабилитрон Д2 за­ пираются. Длительность импульса, определяемая дли­ тельностью временно устойчивого состояния мультивиб­ ратора, пропорциональна постоянной времени разряд­ ной цепи RC.

В [34] предложена схема мультивибратора, сопротивление хро­ нирующего резистора которого может быть увеличено за счет исполь­ зования токостабилизирующего элемента в цепы разряда конденса­ тора.

Использование цепочки переключающих транзисторных каска­ дов, которые последовательно вводятся во включенное [35] или в выключенное [14] состояние в течение интервала, определяемого ЛС-цепыо, включенной между коллектором предыдущего и базой по­ следующего каскада, вряд ли можно считать удачным для получения длительностей импульсов миллисекундного диапазона из-за необхо­ димости применения большого числа каскадов.

Ждущий мультивибратор с эмиттерной емкостью

На рис. 1.6 изображена схема ждущего мультивиб­ ратора на триггере с времязадающей цепью, включен­ ной в эмиттерную цепь дополнительного каскада [64]. Этот мультивибратор обладает значительно лучшей ста­ бильностью длительностей генерируемых импульсов при изменении температуры, чем мультивибратор с хрони­ рующей времязадающей цепью в базовой цепи (рис.0.1). Это объясняется тем, что в схеме рис. 1.6 дестабилизи­ рующее действие на временные процессы оказывает не обратный ток коллекторного перехода /„о, как в схеме

эис. 0.1, а обратный ток эмиттерного перехода / эо^Л<о- Поэтому в схеме рис. 1.6 по сравнению со схемой рис. 0.1

36

конденсатор С заряжен почти до напряжения источника коллекторного питания Е,{.

Следует указать, что в схеме рис. 1.6 в ждущем со­ стоянии всегда устанавливается первое устойчивое со­ стояние триггера, так как второе состояние триггера из-за наличия дополнительного транзистора ТЗ является временно устойчивым.

Входной импульс положительной полярности пере­ брасывает триггер во второе состояние. Потенциал кол­ лектора транзистора Т2 повышается, что приводит к запиранию транзистора ТЗ. Время запертого состоя­ ния ТЗ определяется временем перезаряда конденсато­ ра С через сопротивление R и источник Е. Напряжение

и равно ^іэкв, где

Ибэз—Еіэкв—цс (t).

При достижении напряжением Пбэз напряжения отпира­ ния е0з (при достижении напряжением ис значения |ео|+£іэкв) транзистор ТЗ открывается, перезаряд кон­ денсатора С прекращается. Время перезаряда конден­ сатора С определяет длительность импульса tn.

Для получения формулы, определяющей длитель­ ность Uи, перенесем начало отсчета на временной диа­ грамме ис (рис. 1.7) в точку Оі. При этом закон изме­ нения uc(t) по абсолютной величине принимает вид

Iис (0Іо1==(-^к -Ь Е И- /эо,Я) е

при t = ta

— (£кЧ -£-|-/эоз^)е П

37

Логарифмируя последнее выражение, получаем

При [/эозЕ—2(£,Іэкв+ |еоз|)]/2£<СІ формула для определения длительности импульса Ли принимает вид

ta = RC |^0,7 _ ^ d,jR~ 2 (jg2^ n + 1 g° 3 1}

Так как [Люз#—2(£'іг,1в+ |ею| )]/2£<С0,7, то tx~0,7RC.

При значениях С=0,1 мкФ, =500 кОм мультивибратор генери­ рует импульсы длительностью 35 мс.

Автоколебательный мультивибратор с эмиттерной емкостью

Автоколебательный мультивибратор с эмиттерной емкостью (рис. 1.8) вследствие резкой асимметрии схе­

а путем незначительных усложнений схемы [24, 57, 60] — нескольких сотен и даже тысяч.

При формировании импульса меньшей длительности (tia) транзистор 77 открыт и насыщен, а транзистор Т2 закрыт. Длительность tyß, определяется временем заряда основного конденсатора С1 и временем разряда конден­ сатора С2. Конденсатор С1 заряжается от источника напряжения Ек через участок эмиттер — коллектор транзистора 77 и резистор RKi и частично через эмиттерный переход транзистора Т1 и резистор / ? К2 в отсутствие

элементов R3, Д1, а при их наличии—через резистор R3.

38

противление резистора R2,

источник Ек, параллельную цепь Сі||7?і, Еі и участок эмиттер— коллектор транзистора 77. Оба эти процесса (заряд С1 и разряд С2) приводят к понижению напря­ жения «бг; при достижении напряжением «ѳг значения е02 транзистор Т2 открывается (момент ti на временной

диаграмме «б2 рис. 1.9). Временем запертого состояния транзистора Т2 определяется длительность импульса

[2 1 , 2 2 ]:

этому постоянная времени зарядной цепи емкости ос­

рующим действием тока коллекторного перехода вто­ рого транзистора / ко2 можно пренебречь.

Появившийся коллекторный ток транзистора Т2 создает на резисторе 7?к2 падение напряжения. Это приводит к повышению потенциала коллектора иН2, от­

крыванию диода Д1 и повышению потенциала базы транзистора ТЕ, при этом базовый и коллекторный токи транзистора 77 понижаются и понижается потенциал коллектора 77, что способствует увеличению базового и коллекторного токов транзистора. Т2. Развивается лавинообразный процесс опрокидывания схемы, закан­

39