мере заряда конденсатора первая составляющая тока базы уменьшается. Когда конденсатор СІ зарядится, ток базы будет определяться только током, протекающим через резистор R,-,, по цепи:
корпус— эмиттер-база 77 — |
7?б| — ( —Ек) . |
|
Для того чтобы открытый транзистор оставался в режиме |
насыщения, величины сопротивлений |
коллекторного и |
базо- |
|
3 о |
Так |
вого резисторов выбираются по формуле R,л -=• —~^к 1 . |
как насыщенный транзистор ТІ имеет весьма малое сопротив ление, то заряженный конденсатор С2 оказывается подклю ченным параллельно участку база—эмиттер транзистора Т2 и создает положительное напряжение Иблг =» Чс2- Это напря жение удерживает транзистор Т2 в запертом состоянии. Кон денсатор С2 перезаряжается по цепи:
корпус — эмиттер-коллектор ТІ—С2 — Т?62 — ( ~ Е К).
По мере перезаряда напряжение на конденсаторе и, следова тельно, на участке база—эмиттер Т2 по экспоненте уменьша ется (интервал t\—13). В момент t3 напряжение на базе пада ет до нуля, транзистор Т2 отпирается, ток коллектора ік., уве личивается и наличие положительной обратной связи приво дит к опрокидыванию мультивибратора
I |
t К-> t - > « К .Э 2 t |
U-б.П t ->/к1 V-5-Мк.эі I -^-Иб.эо у ->..- |
После опрокидывания в мультивибраторе устанавливается второе квазиустойчивое состояние равновесия: транзистор ТІ заперт, транзистор Т2 открыт. Процессы в этом состоянии ана логичны рассмотренным выше, если учесть, что конденсатор С2 заряжается (интервал t3—^), а конденсатор СІ перезаряжает ся (интервал t3—U). В момент U напряжение на базе запер того транзистора ТІ становится равным нулю, транзистор 77 отпирается и в мультивибраторе происходит опрокидывание. Таким образом, цикл работы оказывается завершенным и про цессы повторяются.
В результате генерации на коллекторах мультивибратора формируются прямоугольные импульсы. Длительность и пе риод повторения импульсов определяются релаксационными процессами перезаряда хронирующих конденсаторов СІ и С2. Формула условия самовозбуждения автоколебательного муль тивибратора аналогична формуле (7.4) для ждущего мульти вибратора с коллекторно-базовыми связями. Так как величи ны сопротивлений в симметричном автоколебательном муль-
тивибраторе одинаковы (/?к1 = RK„ = RK\ /?fit — R(y, —7?0),
то условие самовозбуждения может быть записано в виде |
Rк |
(7.40) |
|
ПіХ |
Поясним, почему в автоколебательном мультивибраторе не может быть устойчивого состояния равновесия. Предположим, что оба транзистора открыты и находятся в активном режиме. Это состояние равновесия является неустойчивым, так как флюктуационные процессы, которые всегда имеют место в ре альных устройствах, приведут к опрокидыванию мультиви братора. Для конкретности предположим, что коллекторный ток транзистора 77 увеличился. Тогда положительная обрат ная связь приводит к регенеративному процессу, схема кото рого выглядит следующим образом:
і— t Ікі t ->-Ик. эі t ~>-Иб.Э2 t -*■ K 2 I “^^к.92 4 ““^Мб.эІ 4 •
В результате опрокидывания мультивибратор переходит в ква зиустойчивое состояние равновесия: транзистор 77 открыт, транзистор Т2 заперт, и в дальнейшем процессы протекают так, как было описано выше. Следует заметить, что в рассмат риваемом мультивибраторе может возникнуть и устойчивое состояние равновесия, когда оба транзистора находятся в ре жиме глубокого насыщения и флюктуационные процессы не в состоянии перевести транзисторы в активный режим и вызвать опрокидывание. В этом случае для возникновения автоколеба ний необходим достаточно сильный внешний толчок (подача запускающего импульса, резкое изменение питающего напря жения и т. д.).
Для исключения устойчивого состояния равновесия приме няют специальные схемы мультивибраторов, описание которых приведено в литературе [8, 9, 12].
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Поясните, почему спад напряжения на коллекторах тран зисторов происходит относительно медленно и определите ве личину этого спада 7ф'.
2. Поясните, как изменится коэффициент насыщения от крытою транзистора:
а) при уменьшении сопротивления резистора jRk; б) при уменьшении сопротивления резистора R6.
3. Нарисуйте и поясните временные диаграммы: iK(t), ій(/),
іс (t) и tic (t).
§ 7.12. РАСЧЕТ ПЕРИОДА ПОВТОРЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ. РЕГУЛИРОВКИ
Из рассмотренных в предыдущем параграфе процессов вид но, что период повторения импульсов Т определяется длитель
|
|
ностью квазиустойчивых состо |
|
|
яний равновесия |
Т = tin -r 7и3) |
|
|
(см. рис. 7.18). |
Длительность |
|
|
квазиустойчивого состояния £и1 |
|
|
определяется |
процессом пере |
|
|
заряда конденсатора С7, а дли |
|
|
тельность |
/,І2 |
— |
перезарядом |
|
|
конденсатора С2. Для расчета |
|
|
длительности |
t ir, применим |
|
|
формулу (10), которая в дан |
|
|
ном случае приобретает вид: |
Рис. 7.19 |
|
/п2 = |
г. In U6ß2(0) — Uö-?2( 0 0 1 |
|
|
|
^6.S2(/|i2)—^б.Э2(°°) |
Из эквивалентной |
схемы перезаряда |
конденсатора С2 |
(рис. 7.19) нетрудно определить: |
|
|
|
|
т. , — С., R62\ |
(0) — U С2 (0) = Ек: |
6'б.?2 (^12) == 0 ; |
Ub.~>2 (^о) — |
&к |
~ /ко R»> |
E« |
1 + |
Rn Rf,2 |
|
|
Подставляя эти значения в формулу, получим:
|
|
|
|
2 + |
Ro |
R n‘2 |
t„3 = с 3 Rä, in |
|
|
|
in |
L |
|
(7.41) |
и Ь Г. к - Г Ло'Ѵ>2 |
|
] |
А<о Rfi'j |
|
|
|
|
|
|
L K |
Аналогично |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.) I |
е ; |
|
|
|
(iw |
с, |
Rf,\ In |
■ ь ' |
|
|
(7-42) |
|
|
|
1 Ь |
Rn Rn\ |
|
|
|
|
|
|
|
Е„ |
|
|
|
/Іля повышения |
термостабильности |
обычно |
выбирают |
Rn Ео\ |
, 1 . |
/к о Еп> у/ , |
|
|
— Ё Г |
1 ■ |
|
< - 1 • |
|
|
В этом случае формулы (7.41) и (7.42) можно упростить:
tin — 0 ,7 С , R6,; / ІІЗ - 0 ,7 а Я б2 |
(7 .4 3 ) |
Период повторения импульсов равен сумме длительностей квазпустойчивых состояний:
Т = tay + tu2 -- 0,7 С, Röl -j- 0,7 С., |
(7,44) |
Для симметричного мультивибратора, у которого Сі = Сг= С; R6[ =■» R&, — Rö, период повторения определяется равен ством
Определим скважность импульсов Ѳ*=—— . Полагая, на-
пример, что используется отрицательный импульс на коллекторе транзистора 77, в соответствии с формулами (7.43) и (7.44) находим
|
Ѳ |
- 1 |
1 J__C? |
(7.46) |
|
' C~R6t |
|
иі |
tиі |
|
Для симметричного мультивибратора Ѳ = 2. Для определе ния максимальной скважности учтем, что за время квазиустойчивого состояния равновесия конденсатор, подключенный к коллектору запертого транзистора, должен зарядиться. Для этого должно выполняться неравенство:
« 0,7 С, R6l > t - x = 3 С, RKl . |
(7.47) |
Из этой формулы определим максимальную емкость С2:
Подставляя максимальное значение емкости С2 в формулу (7.46), определим максимальную скважность
»«КС = 1 + 0,23 - р - • |
(7.49) |
•■'кі |
|
Для обеспечения режима насыщения в открытом транзис торе необходимо выполнение условий:
Учитывая эти неравенства, а также то, что асимметрия в мультивибраторе обычно достигается применением различных емкостей, а соответствующие резисторы одинаковы (RKi =
R&i -■= R&:)’ определим по формуле |
(7.49) |
максимальную |
скважность: |
|
|
«макс = И - 0,23 |
. |
(7.51) |
Задаваясь обычными значениями ß = 20—50 и s = l,5, най дем, что величина максимальной скважности лежит в преде лах 4—7.
Регулировка периода повторения импульсов и повышение его термостабильности такие же, как длительности импульса в ждущем мультивибраторе с коллекторно-базовыми связями.
ВОПРОСЫ для САМОКОНТРОЛЯ
1.Поясните по временным диаграммам регулировку пе риода повторения импульсов мультивибратора при помощи конденсаторов С1, С2 и резисторов А*61;
2.Нарисуйте схему мультивибратора с регулировкой пе риода повторения импульсов при помощи потенциометра в цепи коллектора (аналогичную схеме ждущего мультивибра тора, изображенного на рис. 7.6, а). Поясните по временным диаграммам принцип действия этой регулировки.
3.Поясните по временным диаграммам влияние температу ры на период повторения импульсов мультивибратора.
§7.13. АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР С АНОДНО-СЕТОЧНЫМИ СВЯЗЯМИ НА ЛАМПАХ
Схема мультивибратора на лампах (рис. 7.20) аналогична схеме на транзисторах. Временные диаграммы напряжений изображены на рис. 7.21. Принцип работы лампового и тран зисторного мультивибраторов одинаков. Пусть после очеред ного опрокидывания в мультивибраторе на лампах установи лось следующее квазиустойчивое состояние равновесия: лам
па /12 открыта, лампа /11 заперта |
(интервал 0 —/3 на рис. 7.21). |
На этом этапе конденсатор С2 заряжается по цепи; |
ііа — Ral — С2 — участок сетка—катод /12 |
(интервал t\—/2). |
t3 ^ 3С-, Rul. |
Длительность процесса заряда |
Рис. 7.20
(После заряда на сетке лампы Jl2 установится напряжение sm О и лампа будет оставаться открытой. Конденсатор Cl перезаряжается по
цепи:
анод—катод Л 2 -
— корпус Еа — ре зистор Rgl.
Отрицательное на пряжение на конден саторе С1 через лам пу Л2 приложено к участку сетка—ка тод лампы Л1 и
Uон2 удерживает эту лам пу в закрытом состо янии. По мере разря да конденсатора на пряжение Ugkx воз растает (интервал U—13). Когда напря жение ugkl достигнет уровня Eg0 (момент
/з), лампа Л1 откроется, ток в этой лампе возрастет и в муль тивибраторе произойдет процесс опрокидывания:
t h \ t |
Іак I •l >llghl 'l' >la‘i i |
t |
Ugkl t |
После опрокидывания мультивибратор переходит во второе квазиустойчивое состояние равновесия: лампа Л1 открыта, лампа Л2 заперта (интервал /3—^). При таком квазиустойчивом состоянии равновесия конденсатор С1 заряжается по цепи:
Еа — Ra2— Cl — участок сетка-катод ЛІ;
а конденсатор С2 перезаряжается по цепи:
анод-катод ЛІ — корпус — Е„ — Rg2.
Когда напряжение на сетке закрытой лампы Л2 достигнет величины напряжения запирания Egf) (момент г?4), лампа Л2 откроется, в мультивибраторе произойдет опрокидывание, и он перейдет в состояние равновесия: лампа Л І заперта, Л2 от крыта, — которое уже было рассмотрено выше. После этого процессы в мультивибраторе будут повторяться.
В результате генерации на анодах ламп мультивибратора формируются перепады напряжений. Произведем расчет пе риода колебаний мультивибратора Т. Как видно из временных
Диаграмм, период повторения равен сумме длительностей квазиустойчивых состояний равновесия іи, и tm. Определим дли-
Рис. 7.21
тельность квазиустойчивого состояния |
Н <!Г0ОІ/ПГ.'>/о0'Л'1 |
равновесия |
/П1... Вгсо.: |
ответствии с формулой (10). |
.іюи'пглі; |
/і'лиг-О/г/л. |
|
/ 1 |
Ut ki |
(0) - |
l Js* |
(<*) |
|
11цЫ (Ли) - |
Uefll I со) |
|
|
|
В этой формуле |
|
|
|
|
|
|
ті с , Ѵ - |
^ * Л ^ ) = |
£ - „ ; |
|
|
V i>kI (Ли) — I |
! |
• |
Напряжение на сетке закрытой лампы ./7/ определяется суммой напряжений на конденсаторе «ст и на аноде открытой лампы Л2 Uakwm, т. е.
^ g k l |
« C I ‘ 1 ( “^ й й ’ ы и н • |
Для определения начального значения экспоненты і/ й, (0) учтем, что конденсаторы заряжаются до напряжения Еа. По этому начальное напряжение
Ugkl (0) = — Е<і + (^л*2між •
|
Подставляя значения величин в формулу для |
найдем |
|
/„, = С, |
1п - - |
^ |
- |
+ |
^ e“ |
|
|
|
|
|
і |
£ go |
|
|
|
o |
p |
_/7 |
(7.52) |
|
|
'П |
Д |
-4- I |
Д |
|
|
|
|
г |
! |
^gi) |
|
|
Аналогично |
|
|
|
|
|
|
|
Лі2 -- Е-> |
gl 114 |
2 Е „ - и ,ЯЙІМ1Ш |
(7.53) |
|
Еа + \Е> |
|
|
|
|
Длительности фронтов на анодах запертых ламп опреде ляются временем заряда конденсаторов:
^фі — 3 С., /?а1; tФ2 = о Сг Ra, |
(7.54) |
Для нормальной работы мультивибратора необходимо вы полнение неравенств
Ліі Л}>1> Лі2 -S*' ^ф2 •
Необходимость выполнения этих неравенств ограничивает максимальную скважность, которая обычно не превышает нескольких десятков.
Регулировка периода повторения импульсов осуществляет
ся темя же способами, |
что и регулировка |
длительное!и |
импульса |
в ждущем |
мультивибраторе |
с |
анодно- |
сеточными связями. Существует вариант |
мультивибра |
тора с |
«нулевой» сеткой, |
в котором |
резисторы |
утечки |
Rg подключены между сеткой и катодом |
лампы |
(пунктир на |
рис. 7.20). В этом случае конденсаторы разряжаются через от крытую лампу и резистор утечки. Так как сетки ламп не под ключены к положительному полюсу источника Еа, то при раз ряде конденсатора напряжение на сетке стремится к нулю, и, следовательно,
UgH (°°) -~= Уеиг (°°) = 0 .
Соответственно изменяются и формулы для определения длительности генерируемых импульсов:
|
|
|
Р |
|
_ // |
|
Ли ~ |
£| Rg11° |
|
а |
II ‘р-ааЪ'Іѵ-ии |
(7.К ) |
/ |
.= Г D |
R |
|
_ П |
|
|
|
и лИѵіш |
(7-5.6) |
* |
| Г> |
С, Rri ln |
-JLs— p |
к»
Автоколебательные мультивибраторы в основном исполь зуются как задающие генераторы прямоугольных импульсов. Прямоугольные импульсы на выходе мультивибратора имеют
широкий спектр гармоник с частотой, кратной F = у , кото
рые могут быть выделены при помощи колебательных конту ров. Отсюда название — мультивибратор («много колеба ний»).
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ '
1.При помощи временных диаграмм поясните регулировку периода повторения колебаний изменением С/, С2, Rgl, Rgr.
2.Как изменяется форма, амплитуда перепадов и период
повторения колебаний при изменении RH, iR„>)'?
3. Нарисуйте временные диаграммы ia (t), ic(t), iic(t)-
Глава 8
РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ УСТРОЙСТВА С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (БЛОКИНГГЕНЕРАТОРЫ)
§ 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Влокинг-генератором называется однокаскадное регене ративное устройство с трансформаторной обратной связью. Блокинг-генераторы широко применяются глав ным образом в качестве генераторов мощных коротких прямо
угольных импульсов (сотые доли—единицы микросекунд) с большой скважностью (от нескольких десятков до нескольких тысяч). Блокинг-генераторы используются в качестве форми рователей запускающих (тактовых) импульсов, делителей час тоты повторения импульсов, элементов сравнивающих устрой ств и т. д.
Блокинг-генераторы, как и мультивибраторы, могут рабо тать в трех режимах: ждущем, автоколебательном и синхрони зации. В настоящей главе рассматривается ждущий и автоко лебательный режимы. Режим синхронизации рассматривается в гл. 11.
§ 8.2. БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОР В ЖДУЩЕМ РЕЖИМЕ НА ТРАНЗИСТОРЕ
Существуют различные варианты схем блокинг-генерато- ров. Мы рассмотрим наиболее распространенный вариант — па транзисторе с общим эмиттером (рис. 8.1). В этой схеме об мотки \ѴК и Wö импульсного трансформатора служат для со здания положительной обратной связи, а с третьей обмотки \ѴИснимается выходной импульс. Конденсатор С является хро нирующим, Ср — разделительным. Источник £ й служит для запирания транзистора в режиме устойчивого равновесия, R„ — нагрузочный резистор. Диод Д служит для уменьшения обратного выброса, который возникает в блокинг-генераторе после генерации импульса.
Рассмотрим принцип работы такого блокинг-генератора.
