Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Виглин, С. И. Генераторы импульсов автоматических устройств учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
21.10.2023
Размер:
9.02 Mб
Скачать

Рис. 16.11. Форма напряжения ug в схемах с поло жительной и отрицательной сеткой.

с,

- о

Рис. 16.12". Преобразование эквивалентной схемы разряда.

Рис. 16.13. Схема мультивибратора с само­ возбуждением (на транзисторах).

/ ? в э 2
RK]).

колебаний (схема с отрицательной базой). Вместе с тем такое включение R6\ и R62 создает цепь для протекания постоянно­ го базового тока в транзисторах, что определяет их режим.

Если общий коэффициент усиления

KiK2>h

то после включения источника питания Ел схема самовозбужда­ ется. Вначале по соответствующим цепям заряжаются конденса­ торы С) и С2 с полярностью, по­ казанной на рис. 16.13, после че­ го устанавливается стационар­ ный процесс колебаний, который, как и в схеме с электронными лампами, состоит из двух тактов Г| и т2 . Временные графики, ил­ люстрирующие процессы в схеме, построены на рис. 16.14.

Начнем изучение процессов с момента to, когда транзистор Т\ заперт, а транзистор Т2 открыт. Поясним, как обеспечивается в схеме такое состояние. Если тран­ зистор Г] заперт, то на его кол­ лекторе устанавливается макси­ мальное напряжение « К ] M I K C " - ^ к (если не учитывать напряжение hoRxi на сопротивлении Конденсатор С\ быстро заряжа­ ется через входное сопротивление

транзистора Т2 и сопротив­ ление RKl После его заряда в ба­ зовой цепи транзистора Т2 течет

ПОСТОЯННЫЙ

 

баЗОВЫЙ

ТОК

 

 

 

 

создаваемый

источником

питания

 

 

 

 

 

/ б 2 ,

 

 

 

Ек и протекающий через

сопро­

 

 

 

тивления Res 2 и Rf,2.

На

 

базе

Рис. 1614

Форма напряжений

транзистора

Т2 он создает

отри­

в

схеме

мультивибратора

цательное

напряжение

Ибо 2, и

 

на

транзисторах.

транзистор

Т2

открыт.

 

Максимальное напряжение Ucu i на конденсаторе Си Опреде­ ляелое как разность потенциалов его обкладок, равно

Ucu\ = — |Нбо г|

л и ! макс) —

\u-6o

г|.

(16.35)

 

 

'Благодаря протек аиию в открытом транзисторе Т2 -и на еопротйвлен'ия RK2 .коллекторного тока / к 2 иа коллекторе имеется минимальное напряжение

мин

(^-к

Лс2 Rns)u

(16.36)

1 0 1

Обычно для транзистора выбирается режим насыщения

(см. ни­

же), в котором величина н„ ы н н

весьма мала. Поэтому

открытый

транзистор Т2 можно считать замкнутым ключом, через

который

правая обкладка конденсатора

С2 присоединяется к эмиттеру тран­

зистора Т\. Следовательно, ранее заряженный конденсатор С2, включенный через транзистор Т2 между базой и эмиттером тран­ зистора Т], создает на базе последнего положительное напряже­ ние и запирает его.

Изучение процессов показало, что состояние схемы, когда транзистор Т\ заперт, а транзистор Т2 открыт, возможно и наблю­ дается в момент to. Естественно, что конденсатор С2 постепенно разряжается через транзистор Т2, источник питания Ек и сопро­ тивление /?бь По мере разряда напряжение « o i = «сз уменьшается до нуля и в момент t\ транзистор Т{ отпирается. Возникает лави­ нообразный процесс, протекающий в соответствии с цепочкой

 

 

 

 

Д иб 1 | - >

 

 

 

 

->-Дг6 1

f - * - Л / К 1 1

t

- ^ « 6 2 1

-^Д4-21 —>Агк2 [ -н>-Дик2 \ - > A « 6 i '

•!• I-

Отрицательное напряжение

Д«61 создает положительные токи

Д i6l

и ДгЛ 1 ,

что в свою очередь дает положительный

скачок

на­

пряжения Дик ,

(ибо само напряжение « К 1 ,

будучи отрицательным,

уменьшается

по

абсолютной величине). Скачок Дик ,

через кон­

денсатор С\ передается на базу

транзистора Т2 с тем же

знаком.

Положительный

скачок

Д«62

приводит

к уменьшению

токов

/52

и гк.>,

что вызывает отрицательный скачок

напряжения

Д ик2

(оно

по абсолютной величине возрастает). Последний, как сигнал обрат­ ной связи, передается на базу транзистора Т\, поддерживая и уси­ ливая лавинообразный процесс. В результате транзистор Т\ отпи­ рается полностью и насыщается, а транзистор Т2 запирается. Схе­ ма переходит в состояние, соответствующее такту х\.

Запирание транзистора Т2 обеспечивается тем, что заряженный конденсатор Ci через открытый транзистор Ti присоединяется между базой и эмиттером транзистора Т2, создавая на базе послед­ него положительное напряжение. Разряд конденсатора С\ происхо­

дит

через транзистор

Т\, источник питания

Ек

и

сопротивление

Т?62

с постоянной времени

тр 1

= / ? б 2 С,,

имеющей

сравнительно

большое значение. Поэтому транзистор Т2 остается

запертым

в

течение всего

такта

T I , т. е. до

тех пор,

пока вследствие разряда

конденсатора

С\ напряжение

«62

снизится

до

нуля

(момент t2

на

рис.

16.14).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если транзистор Т2 заперт, то транзистор

Т\ остается откры­

тым

в течение

всего

такта

%\. В начале

такта

отрицательное

на-

102

пряжение и6]

 

создается

на

входном сопротивлении

R,3

\ током

заряда

 

1з2

конденсатора

С2

 

и

постоянным

базовым током

/&и

протекающим также через сопротивление Л^ь

Направление

этих

таков,

а также

тока разряда

(р 1

показано на рис. 16.13. По

мере

заряда конденсатора С2 с постоянной времени'

 

 

 

 

 

ток

i32 уменьшается до нуля

и

напряжение

«ei

также

спадает

до значения Ибо 1, определяемого

только

постоянным

базовым то­

ком

/

B

I .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После запирания транзистора

Т2

напряжение и к 2

равно

 

 

 

 

 

 

ик2 =

 

(/fK

i3 2 / ? к 2 ) -

 

 

 

 

 

 

Оно

постепенно

приближается

к

уровню

Ек

по

мере

спадания

тока

заряда

1з2.

Напряжение

 

ик1

остается

постоянным и равным

 

 

 

 

 

И И «пи =

-

 

( ^ к

Лс1 ^?Kl)»

 

 

 

 

(16.37)

так

как транзистор Т\ насыщен и не управляется

базовой цепью.

Заряд конденсатора С2 оканчивается сравнительно

быстро,

по­

скольку

Т з 2 < £ т р | .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В момент 12 отпирается транзистор Т2, и снова возникает ла­ винообразный процесс. В результате действия положительной об­

ратной связи

транзистор Т2 отпирается полностью и

насыщается,

а транзистор

Т\ запирается. Схема переходит

в состояние, соот­

ветствующее

такту то. Теперь конденсатор С]

быстро

заряжается

по указанной выше цепи, а конденсатор С2 разряжается, надежно

запирая транзистор 7Y

В

момент

/ 3 ) когда напряжение

«ai спа­

дает до нуля, цикл

работы

повторяется.

 

 

Таким

образом,

мультивибратор

на транзисторах

генерирует

импульсы

с периодом

колебаний

 

 

 

 

 

 

 

 

T=xt +

^,.

 

 

Длительность такта

п

определяется

разрядом емкости

С,,

а такта

Тг — разрядом емкости

С2.

 

 

 

 

§ 16.5. Р А С Ч Е Т О С Н О В Н Ы Х П А Р А М Е Т Р О В И М П У Л Ь С О В

ВМ У Л Ь Т И В И Б Р А Т О Р Е Н А Т Р А Н З И С Т О Р А Х

Определение положения рабочей точки и амплитуд импульсов

Как и в схеме с электронными лампами, амплитуда UK им­ пульсов на коллекторе определяется перепадом напряжения (рис. 16.14). Поэтому

=| " к ! мин| 1

У$2 = = ^ к

1Мк2 мин|-

103

Подставляя значения

« к д ш

из соотношений

(16.36) и

(16.37),

найдем

 

UK\ /к-1 RK\\

 

 

 

 

 

 

 

(16.38)

 

 

UK2 =

А;2

RKI-

 

 

 

Скачки напряжения

uKi

передаются

через

конденсатор

С\ на

базу транзистора Т$, а напряжения

иК2

— на базу транзистора

Т\. Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с/бм2 =

Лп RK\'<

 

 

(16.39)

 

 

Uoul 7ic2

RK2-

 

 

 

 

 

 

 

Для определения токов

1К\

и /к г найдем

на статических ха­

рактеристиках транзисторов Т1 и Г2 рабочую точку, соответствую­ щую их открытому состоянию.

Определим

положение

 

рабочей

точки транзистора

Т\.

Если

' з 2 ^ ^ 1 ,

что

обычно выполняется, то после полного заряда кон­

денсатора Со в течение основной части такта х\ ток базы

Ли— Ли

имеет постоянную величину и течет только через резистор

Rei

(рис. 16.13).

Составив уравнение Кирхгофа для базовой

цепи

транзистора 7\, получим

 

 

 

I^Col!

 

 

 

 

 

г

Ек

 

 

 

Так

как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j«6oi| €

Ек,

 

 

то при

расчете

можно пренебречь малой величиной «ooi

н

пола­

гать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/61~ф-.

 

 

(16.40)

Ввиду того,

что /б1 =

const,

рабочая точка находится на ста­

тической характеристике ODaF

(рис. 16.15).

 

 

При

изучении транзисторного

ключа * установлено, что

режим

транзистора при заданном такс базы зависит от выбора сопро­

тивления RK. Если выполнено

неравенство

 

Як1

<й4ц

(16-41)

Pi ЛИ

 

то транзистор работает в ненасыщенном режиме. Линия нагрузки занимает положение ADi (рис. 16.15), причем рабочая точка Di лежит в линейной области характеристик.

* См. главу 13 учебного пособия «Преобразование и формирование импульсов в автоматических устройствах».

10-1

 

При таком выборе рабочей точки обеспечивается

высокая

ста­

бильность

длительностей

тактов, так как в ненасыщенном

режи­

ме отсутствует явление рассасывания неосновных носителей.

Но

при

изменении

базового

тока

h\

(например, из-за

нестабильнос­

ти

напряжения

питания

Ек)

наблюдается

нестабильность

ампли­

туды

2 Д с / к

(рис.

16.15), так как

рабочая точка

может

переме­

щаться

на

участке

 

D".

 

 

 

 

 

 

 

При достаточно

большом

RK, если выполнено

неравенство

 

 

 

 

 

 

/ ? к 1 > - р - х - .

 

 

(16.42)

 

 

 

 

 

 

 

Pi y

6 i

 

 

 

 

линия

нагрузки занимает положение AD2-

В рабочей точке

D2

по­

лучим насыщенный режим транзистора, в котором, несмотря на

возможные измен амия! '-базового тока), 'амплитуда

UK .импульсов

не­

изменна, '.вследствие того что 'база не упрашляет

«оллектормьим

то­

ком. Но зато из-за рассасывания неосновных носителей, длитель­

ность которого t9 зависит от температуры, наблюдается

значи­

тельная нестабильность длительности тактов.

 

Рис. 16.15. К определению рабочей

 

Рис. 16.16. Влияние рассасывания

точки

транзистор?.

 

 

на

длительность

такта.

Влияние времени рассасывания на длительность такта поясняется на

рис. 16 . 16 . В момент

t2

отпирания

транзистора

7"э

на

базу транзистора

7\ передается

положительный

скачок

напряжения

и

уменьшается ба­

зовый ток г'б1-

Если

транзистор

Г,

насыщен, то

это

не

вызывает немед­

ленного изменения тока

коллектора

iK1,

который продолжает

сохранять

прежнее максимальное значение благодаря рассасыванию неосновных но­

сителей. Из-за

сохранения

напряжения на

коллекторе

ик1 =

" K I МИН

положительная

обратная связь не действует.

Только через

промежуток

tai в момент t2'

(рис. 16.16) ток коллектора

4 i

начинает

уменьшаться.

Отрицательный

скачок Д и к 1

передается на

базу

транзистора

7"2,

и цепь

положительной обратной связи замыкается.

Именно в момент t2'

схема

переходит в новое состояние. Следовательно,

длительность такта

 

vi = T i +

 

 

.105

определяется не только

длительностью

разряда

конденсатора

Си

но и временем рассасывания

tpt.

То

же

происходит

и в

момент

tv

отпирания транзистора Тх.

Из-за

рассасывания неосновных

носителей

в

транзисторе Т3 длительность

такта

*ра-

 

 

 

 

 

 

т а '

т 2 +

 

 

 

 

Чтобы обеспечить приемлемую стабильность импульсов как по амплитуде, так и по длительности, выбирают рабочую точку на

границе насыщения (точка

£>3

на

рис.

 

в

которой

ток

1К

слабо зависит от тока 1

б

и весьма

 

в,ремя

рассасывания

/ р .

 

мало1 6 . 1 5 ) ,

 

 

 

 

Для этого необходимо выбрать сопротивление

 

R к1 соответствую­

щим граничному значению между неравенствами

(16.41) и

(16.42):

 

 

 

 

P i

'й>

( 1 6 . 4 0 ) ,

 

 

 

Подставляя величину

 

/ б 1

из формулы

получим

( 1 6 . 4 4 )

 

 

/ ? к ! =

- ^ - .

 

 

 

 

 

 

 

P i .

 

 

 

 

 

Точно так же для транзистора Т2 оптимальный режим имеет место при

Если

подставить

значение / б

в

неравенства ( 1 6 . 4 1 ) и

( 1 6 . 4 2 ) ,

то

найдем, что при

RK <

.

имеет место ненасыщенный режим,

а при

/ ? к > — - J T

насыщенный режим. Индекс «1»

опущен,

так

как эти неравенства справедливы для обоих транзисторов.

Таким образом, режим транзисторов в мультивибраторе опре­ деляется соотношением между сопротивлениями Re и RK. Ампли­ туду импульсов UK на коллекторе можно определить графически, проектируя, рабочую точку на ось абсцисс (рис. 16.15)

В рабочей точке D3 величина

мин| ЕК.

Поэтому приближенно 'амплитуды импульсов

UK\ = ЕК;

UK2 ~ ЕК.

Длительность тактов г, и т2

Если рабочая точка £>3 выбрана, как указано выше, то дли­ тельности тактов Т( или T2 определяются только разрядом кондец-

105

саторов Ci или С2 без поправки на время рассасывания tp. Эквивалентная схема разряда емкости С\ приведена на рис. 16.17.

Здесь

транзистор

7\ заменен

замкну­

 

 

тым ключом,

так

как приближенно

 

 

мин

=

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние

запертого

транзистора

Т2

 

 

учитывается

генератором тока / к 0 , под­

 

 

ключенным к сопротивлению /?б2На

 

 

самом

деле

последовательно

с участ­

 

 

ком база — коллектор транзистора

Т2

 

 

в принципиальной

схеме

(рис. 16.13)

 

 

включен

резистор

RK2,

но

поскольку

 

 

согласно

соотношению

(16.44)

 

 

 

 

 

 

 

RK

<t RU>

 

 

 

Рис. 16.17. Эквивалентная

можно

пренебречь

малым

 

напряже­

в

 

схема разряда конден­

нием

I K 0 R K

2 ,

из-за

чего

схеме

(рис.

сатора

16.17)

сопротивление

R K 2

закорочено.

 

 

 

Эта

схема ничем

не отличается от схемы разряда конденсато­

ра в блокинг-генераторе

(рис. 15.38). В мультивибраторе

конден­

сатор

С]

(или

С2)

стремится

перезарядиться,

причем напряже­

ние

Й С ]

(или

иС2)

определяется соотношением

(15.109). Подстав­

ляя

сюда

t=%\

при «ci =

0, найдем аналогично

формуле

(15.110)

длительность такта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*! =

V

I n -

 

^ C M I -4- / к 0

R62

 

(16.45)

 

 

 

 

 

"4" ^КО /?б2

 

 

где постоянная времени

разряда

 

 

 

 

 

 

 

 

Точно так

же

 

 

 

 

 

 

Ru\

 

 

 

 

 

 

v 2 =

*р 2

In •Ек

+

^ С м 2 +

/ко

 

(16.46)

 

 

 

 

 

 

 

 

/кО

/ ? б !

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

R-61 ^ 2 '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т р 2

 

 

 

 

 

Стабильность длительности

тактов t i И т2 определяется

тем же

выражением (15.112), которое получено для блокинг-генератора.

Учитывая

неравенство

(15.114), в формулах (16.45) и (16.46) мож­

но пренебречь малой

величиной

Ко Re-

Кроме

того, так как ве­

личина иб0

мала, согласно соотношению

(16.35)

 

Тогда формулы (16.45)

и (16.46)

преобразуются

так:

 

 

^ 1

== -=pi In 2 = 0,69 т р 1 ;

(16.47)

 

 

 

 

 

 

• t 1П 2:=0,69 X,

p 2 Р2-

Длительности тактов х\ и х2 практически зависят только от посто­ янных времени разряда тр 1 или тр 2 .

107

 

Процесс перехода и длительность фронта

 

 

 

 

Изучим с учетом инерционности

транзисторов

процесс;

перехода

схемы из такта т2

в такт ть который

на рис. 16.14 показан

упрощен­

 

 

 

но

в 'виде скачков

IB

момент

t\.

 

 

 

Bpсметные графики для этого про­

 

 

 

цесса

построены на рис.

16.18

и

 

 

 

поясняются

подробно

ниже. Из-

 

 

 

за инерционности токи в отпира­

 

 

 

ющемся транзисторе

Т\ нараста­

 

 

 

ют

постепенно до

установивших­

 

 

 

ся

 

значений,

а

в

запирающемся

 

 

 

транзисторе

Т2

спадают

до нуля.

 

 

 

В соответствии с изменением то­

 

 

 

ков меняются напряжения на ба­

 

 

 

зах

и

коллекторах

обоих

тран­

 

 

 

зисторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если рабочая

точка

открытого

 

 

 

транзистора

выбрана

на

границе

 

 

 

насыщения,

то

во

время

процес­

 

 

 

са перехода оба транзистора ра­

 

 

 

ботают в линейном режиме. В со­

 

 

 

ответствии с

изученными

явлени­

 

 

 

ями в транзисторном ключе мож­

 

 

 

но разделить процесс перехода на

 

 

 

гри этапа. На первом

этапе (про­

 

 

 

межуток t\—t\)

коллекторные то­

 

 

 

ки ск1

и £к 2

управляются

входны­

 

 

 

ми цепями транзисторов, и муль­

 

 

 

тивибратор

представляет

собою

 

 

 

двухкаскадный

усилитель

с поло­

 

 

 

жительной обратной связью. Бла­

 

 

 

годаря последней

происходит

ла­

 

 

 

винообразный процесс. В

течение

 

 

 

его

длительности

tn l

(рис. 16.18)

 

 

 

напряжение

иб,

на базе транзис­

 

 

 

тора

Т2 становится

положитель­

Рис. 16.18. Форма напряжений

ным, что вызывает постепенно на­

растающий

обратный

 

базовый

во

время процесса перехода

 

 

из такта т2

в такт т,.

ток 2 р.

 

 

 

 

 

 

 

В

момент

коллекторный

ток

снижается

до

граничного

значения

'к2 гр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(16.48)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

когда влияние входной цепи на изменение тока

iK2

прекращается.

Наступает второй этап процесса

перехода,

 

 

 

 

 

 

 

108

На этом этапе (промежуток t\—спадание токов в транзи­ сторе Т2 управляется только внутренним процессом рассеивания

избыточного

заряда

qc- Меняющийся ток 1к2 является

входным

воздействием

для мультивибратора, работающего

как

двухкас-

кадный усилитель, но без обратной связи, так как

напряжение

иб2

не влияет на

ток iK2.

После спадания коллекторного тока iK2

до

нуля транзистор Т2 запирается, но процесс перехода не заканчи­

вается. Вследствие инерционности ток

iKl

еще

не достигает уста­

новившегося

максимального значения.

На

третьем этапе (проме­

жуток t"—t

"') происходит нарастание

тока

в транзисторе Т\.

 

Рассмотрим, как изменяются токи и напряжения в мультиви­

браторе на каждом из этапов в отдельности.

 

 

 

 

Лавинообразный процесс. Как указано

выше,

начиная с

момента

tK

отпирания транзистора Ги поскольку транзистор

Т3

тоже

открыт (но

не

насыщен), мультивибратор представляет двухкаскадный линейный усили­ тель. Для его исследования удобно воспользоваться эквивалентной схемой для переменных составляющих (рис. 16.19). В этой схеме конденсаторы

Рис. 16.19. Эквивалентная схема для лавинообразного процесса.

Су и

С э

закорочены, так как во время

быстрого

процесса

перехода

напряжения иа них практически не

меняются

(переменная составляющая

ис = 0).

Кроме того, для упрощения исследования

из схемы

исключены

выходные

сопротивления

транзисторов # К Э 1

и # к э 2 ,

поскольку они велики.

Действительные значения токов

/К 1 и

/ к а

определяются

в соответ­

ствии

с

соотношением

(3.122) *:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' K I Aim

'кь

 

 

 

( 1 6 . 4 9 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'к2

=

^ИМ

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К2>

 

 

 

 

 

где

/К н1

и

/ к н 2

начальные

значения токов. Напомним,

что

в

фор­

мулах (16.49) действительный ток

iK определяется разностью

не

сум­

мой)

начального

тока / к н

и переменной

составляющей

iK

в соответствии

с принятым

направлением токов. Действительный ток

iK

считается

поло­

жительным, если он вытекает из коллектора, а его переменная составля­ ющая положительна, если ток / к втекает в транзистор со стороны кол­ лектора (рис. 16.19).

* См. учебное пособие «Методы анализа усилительных и импульсных схем».

109

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ