Минобрнауки России Санкт-петербургский государственный Электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра САПР

Отчёт Лабораторная работа №4

По дисциплине «Схемотехника» Тема: МУЛЬТИВИБРАТОР

Санкт-Петербург

2025

Цель работы: изучение особенностей работы биполярных транзисторов в

ключевом режиме на примере схемы симметричного мультивибратора.

Основные теоретические сведения

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами. Биполярные транзисторы могут работать как в ключевом, так и в линейном (усилительном) режимах. Ключевой режим работы в основном используется для построения логических интегральных схем. Линейный режим – для построения аналоговых устройств, таких как усилители, генераторы, фильтры.

Рисунок 1 - схема включения и выходные характеристики биполярного транзистора

Мультивибратор представляет собой автоколебательную схему, которая

генерирует последовательность прямоугольных импульсов. Мультивибратор включает в себя два усилительных каскада на транзисторах VT1 и VT2,

включенных по схеме с общим эмиттером. Каскады включены

последовательно и охвачены цепью общей положительной обратной связи с

коллектора транзистора VT2 на базу транзистора VT1. После включения

Когда напряжение на конденсаторе C2 достигнет порогового напряжения эмиттер-база транзистора VT2 ( ЭБ.ПОР = 0.7В), транзистор переходит в режим насыщения. Обкладка 1 конденсатор С1 оказывается подключенной к общей шине (заметим, что до этого момента конденсатор был заряжен почти до напряжения питания 1.1 = П − ЭБ.ПОР). На базе транзистора VT1

оказывается достаточно большое отрицательное напряжение, равное по модулю 1.1 до переключения. Транзистор VT1 закрывается и начинается разряд конденсатора C1 через высокоомный резистор R1. Когда напряжение на базе транзистора VT1 достигнет порогового значения, транзистор VT1

переходит в режим насыщения, а транзистор VT2 переходит в режим отсечки и процесс формирования импульса повторяется снова.

Частота колебаний симметричного мультивибратора определяется следующим образом:

= 2 = – сопротивление в омах (Ом). При выборе значений резисторов R1, R2 и Rк необходимо чтобы выполнялось условие: 1, 2 < к, где –

коэффициент усиления по току транзисторов VT1, VT2. На схеме ниже приведена схема мультивибратора.

3

Экспериментальные исследования

1. Была собрана схема мультивибратора в Multisim (рис. 2).

Рисунок 2 - схема

4

2. были получены осциллограммы (рис. 3, 4)

Рисунок 3 - показания осциллографа

5

3. Далее была собрана аналогичная схема с помощью установки NI Elvis

(рис. 5, 6)

Рисунок 5 - показания осциллографа

Рисунок 6 - показания осциллографа

7

8

На обеих осциллограммах видно:

•импульсы имеют форму прямоугольников,

•каналы A и B работают на одной частоте и совпадают по времени, хотя уровни напряжения отличаются,

•переключение между состояниями происходит резко.

Это показывает, что транзисторы в мультивибраторе по очереди переходят в

два режима:

•один входит в насыщение (на коллекторе низкое напряжение < 1 В),

•другой переходит в отсечку (высокий уровень около 2.6 В).

Через заданный интервал они меняются ролями, что и формирует прямоугольный сигнал.

Характерный плавный участок на одном из каналов — это экспоненциальный процесс зарядки или разрядки конденсатора. На первой осциллограмме это хорошо видно на канале B. Такой участок соответствует работе конденсаторов C1 и C2, задающих задержку переключения транзисторов.

Экспоненциальная форма подтверждает работу RC-цепей: при открытом транзисторе конденсатор разряжается через переход база–эмиттер, при закрытом — заряжается через резистор 15 кОм. Именно этот процесс определяет период генерации.

Измеренные частоты около 40 Гц и 44 Гц укладываются в норму, так как реальные резисторы и конденсаторы имеют допуски. Эти значения соответствуют расчётной формуле для частоты генератора.

9

Вывод

В лабораторной работе исследован симметричный транзисторный мультивибратор. Схема была собрана в Multisim и воспроизведена на реальной установке, где два осциллографа позволили одновременно наблюдать напряжения на ключевых узлах и на конденсаторах.

Осциллограммы показали прямоугольные выходные импульсы и экспоненциальные процессы заряда и разряда, что соответствует принципу работы мультивибратора.

Сопоставление моделирования и эксперимента дало качественно одинаковые результаты: моменты переключений, форма импульсов и временные диаграммы на конденсаторах совпадают. Небольшие расхождения в амплитуде и форме фронтов связаны с паразитными элементами реальной схемы и разбросом параметров транзисторов, отсутствующих в моделируемой идеальной схеме. Полученная частота соответствует расчетной, что подтверждает корректность теоретической модели.

Работа показала, что генерация импульсов обеспечивается чередованием режимов насыщения и отсечки транзисторов, а также зарядом и разрядом

RC-цепей, определяющих частоту и форму сигнала. Эксперимент подтвердил теорию и правильность собранной схемы и выполненных измерений.

10