Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные цепи и микросхемотехника. Импульсные и цифровые устройства. Конспект лекций. Учебное пособие
.pdf
u
вх
T
t
u
Е
t
А
1
К
t
2
t
3
U
М
t
u
к
1
Е
К
t
н1
кн
U
1
t
U
М1
с1
t
u
б
2
-
Е
К
u
к
2
Е
К
u
б
1
и
t
t
t
2
н
с2
U
U
М2
U
0
Рис. 2.7
бн
1
кн
U
t
2
t
t
бн
U
2
Отличительная особенность схемы ждущего мультивибратора состоит в том, что одно из двух состояний равновесия является неустойчивым. Переход из устойчивого состояния в неустойчивое происходит
под действием входного сигнала, один из возможных способов подачи
которого (коллекторный) показан на рис. 2.6.
а) Устойчивое состояние равновесия.
На этом этапе обеспечивается полное запирание транзистора
VT1 и
насыщенное состояние транзистора VT2. Для этого необходимо выполнить условия:
0, .UII
бэ1 б2 бн2
51
Пренебрежем остаточными падениями напряжения на переходах
транзисторов, тогда
R
UUЕ IRR
бэ10 бк01 1 2
1
RR
12
,
0
или
||ЕIR
бк01 2
E Е
I
б2
RR
кк
бк202
, (2.19)
. (2.20)
Если условия (2.19), (2.20) выполнены, то напряжения и токи соответствующих транзисторов близки к значениям:
/IER
к2 кк2
, напряжение на конденсаторе
к1 кк2 к1 к01
С
,0,UEU II
равно
б
UЕ
б
. В та-
кС
ком режиме устойчивого равновесия схема может находиться бесконечно долго, вплоть до прихода в момент
U
сигнала
.
вх
входного запускающего
t
1
б) Запуск схемы.
Запуск схемы происходит под действием входного импульсного сиг-
U
нала
ренцирующей цепочки
, поступающего от внешнего источника. С помощью диффе-
вх
,R С
в точке А формируются знакопеременные
зз
укороченные импульсные перепады, при этом положительный перепад
не пропускается диодом VD1, так как он запирается. Отрицательный пе-
репад открывает диод VD1 и через конденсатор
С
проходит в базу
б
транзистора VT2, что вызывает его запирание. Далее процесс носит замкнутый характер и представляет последовательность событий:
.uuuiiuuiiu
вх к1 б2 б2 к2 к2 б1 б1 к1 к1
,
Происходит быстрый регенеративный процесс, продолжительность
которого составляет несколько единиц постоянных времени
.
По его окончании начинается следующий этап в работе схемы – этап
формирования фронта нарастания импульса на коллекторе транзистора VT2 и фронта спада на коллекторе VT1, т. е. переход схемы
52
в новое состояние, в котором уже первый транзистор окажется в насыщенном режиме, а второй – в закрытом. Этот этап представляет по существу этап установления неустойчивого равновесия.
в) Установление неустойчивого состояния равновесия.
Чтобы обеспечить насыщение транзистора VT1 в состоянии равновесия, необходимо выполнить условие, при котором ток базы VT1 был
бы не менее минимально необходимого тока, определяемого по формуле
EU Е U
II
кбэ1 ббэ1
б1 бн1
RR R R
к21 2 к101
Е
к
. (2.21)
Переход в это состояние не может происходить мгновенно, этому
препятствуют частотные зависимости транзистора, емкости, шунтирующие выходные цепи транзисторов и пр. Тогда
С
где
– емкость коллекторного перехода.
к
Одновременно с фронтом
c1 к 0 к1
(1)t С R
t
формируется фронт нарастания
c1
, (2.22)
t
н2
импульса на коллекторе транзистора VT2, определяемого в основном
CR
постоянной времени
, т. е.
к12
н22к1
3tCR
. (2.23)
г) Формирование длительности импульса.
Примем за длительность импульса
t
время нахождения транзи-
и
стора VT2 в закрытом состоянии, которое создается напряжением предварительно заряженного и подключенного через насыщенный транзи-
С
стор VT1 к базе VT2 конденсатора
иб бб
:
б
ln 2 0,7t τ R С
. (2.24)
д) Возврат в состояние устойчивого равновесия.
C момента достижения порога отпирания транзистора VT2 начина-
ется регенеративная стадия возврата в исходное состояние, сопровождающаяся запиранием транзистора VT1 и отпиранием транзистора VT2.
t
Длительность фронта спада
импульсного напряжения на коллек-
c2
торе VT2 можно оценить по формуле (2.23), заменив соответствующие
индексы.
53
Время нарастания фронта
R
3t С R
н1 к1б
. (2.25)
Амплитудные значения импульсных перепадов на выходах транзисторов определяются разностью потенциалов открытого и закрытого состояний транзистора. Из рассмотрения этих режимов несложно определить:
UE
UE
2 к
М
; (2.26)
1 кM
R
1
. (2.27)
R
1 к2
Минимальный интервал времени, после которого схема полностью
может быть готова к приему следующего пускового импульса, – это
время из собственно длительности формируемого импульса и времени
восстановления напряжения на коллекторе транзистора VT1:
(3...5)Tt RC
. (2.28)
б1ки
Величина, обратная времени восстановления, определяет максимально возможную частоту поступления импульсов запуска.
R
б
С
б
Rк2Rк1
Ек
С
1
VT 2VT 1
R
1
R
2
Е
б
VD
Rз
Cз
U
вх
Рис. 2.8
54
Рассмотренная схема ждущего мультивибратора с коллекторным за-
Е
R
R
Е
R
пуском требует входного сигнала с большой амплитудой, поэтому такая
схема помехоустойчива.
Если необходима более чувствительная по запускающему сигналу и быстродействующая схема, можно использовать базовый запуск (рис. 2.8).
Процессы в этой схеме аналогичны вышеописанным.
2.2.3. МУЛЬТИВИБРАТОР С ОТСЕКАЮЩИМИ ДИОДАМИ
В ранее рассмотренной схеме мультивибратора время формирования фронта нарастания в существенной степени определялось временем
заряда конденсатора
до установившегося значения
б
на этапе за-
к
С
пирания того или иного транзистора. В схеме рис. 2.9 дополнительные
цепи VD1, 1
саторов
; VD2, 2R отсекают коллекторы транзисторов от конден-
С
, благодаря чему время формирования фронтов нарастания
б
делается намного меньшим, так как при увеличении потенциалов коллекторов диоды VD запираются (появляется плюс на катоде относи-
С
тельно анода диодов) и ток заряда конденсаторов
кать через R1 или R2, а не через
.
к
начинает проте-
б
Ек
Потенциалы
Rк1
VД1
VT1 VT2
U
меняются практически скачком до
к
Rб2Rб1
Сб1Сб2
Рис. 2.9
VД2
Rк2R2R1
. При этом
к
надо учитывать, что при открытии и насыщении транзисторов переходы
диодов тоже открываются и коллекторной нагрузкой будет параллель-
ное соединение R1,2
к
1,2.
55
2.2.4. МУЛЬТИВИБРАТОР С КОЛЛЕКТОРНО-ЭМИТТЕРНОЙ СВЯЗЬЮ
Е
Схема, изображенная на рис. 2.10, представляет собой двухкаскадный усилитель, собранный по способу ОБ–ОК и замкнутый в цепь положительной обратной связи.
Пусть в силу каких-либо причин транзистор VT1 оказался закрытым.
Положительное напряжение с его коллектора передается на выход эмиттерного повторителя (VT2) и через конденсатор С
держивая его запертое состояние (
UU
б1 э1
). По мере заряда конденса-
на эмиттер VT1, под-
1
тора ток через него уменьшается, напряжение на эмиттере VT1 уменьшается и благодаря присутствию в схеме источника отрицательного
напряжения
в какой-то момент времени достигает порога отпирания
э
транзистора. В результате появляется ток в цепи коллектора VT1, уменьшается напряжение на его коллекторе. Возникший отрицательный перепад поддерживает глубоко насыщенное состояние транзистора VT1 до
тех пор, пока он не выйдет из этого состояния в результате перезаряда
конденсатора
С
по цепи
1
1VT С R
1 э2
и устремления потенциала
U
э1
к плюсу. Начинается обратный процесс возврата в исходное состояние
(рис. 2.11)
+Е
R
VT1
RЭ1R
К
К
1
VT2
С
1
Э2
U
Э1
T
t
U
К1
Е
К
t
и
-Е
Э
t
Рис. 2.10 Рис. 2.11
Схема позволяет генерировать импульсы достаточно малой длительности с крутыми фронтами, что объясняется высокими частотными
показателями используемых способов включения транзисторов и отсутствием емкостной нагрузки.
56
2.2.5. ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
R
I
R
R
Е
R
НА ТРАНЗИСТОРАХ С ЭМИТТЕРНОЙ СВЯЗЬЮ
Для рассматриваемой схемы одновибратора (рис. 2.12) отличительной особенностью является наличие положительной обратной связи по
току, осуществляемой через общее сопротивление
К
R
R
1
ВХ
U
К
R
1
С
б
VT1
1
C
R
2
Э
R
Рис. 2.12
б
R
VT2
.
э
К
2
В исходном состоянии устойчивого равновесия транзистор VT1 за-
,RR
крыт (обеспечивается делителем
достигается выбором необходимой величины тока
стора
на уровне (0,1…0,2)
алов
. При этом на резисторе
б
, достаточное для того, чтобы разность потенци-
к
UUU
бэ12э2
–0.
RR
С приходом достаточного по амплитуде импульса запуска
), а VT2 – насыщен. Этот режим
12
с помощью рези-
б2
создается падение напряжения
э
U
по-
вх
ложительной полярности начинается процесс опрокидывания схемы, в
результате которого первый транзистор окажется в насыщенном состоянии, а транзистор VT2 – в закрытом. Обеспечивается насыщенное
состояние VT1 соответствующим расчетом значений сопротивле-
ний
RR
12к1
исходя из требований к режиму насыщения. Закрытое
,,
состояние VT2 создается за счет отрицательного напряжения на конденсаторе
С
, подключенном параллельно эмиттерному переходу
б
транзистора. На этом этапе происходит формирование длительности
57
выходного импульса, заканчивающееся в момент разряда конденса-
Е
тора до порога отпирания транзистора VT2, и схема возвращается в исходное состояние. Определенным преимуществом схемы с эмиттерной
связью транзисторов является отсутствие дополнительного источника
отрицательного напряжения, но за это приходится «расплачиваться»
уменьшением амплитуды выходного импульса и появлением низкого
уровня помехи при отпирании VT2.
целом электрические процессы в схеме близки к процессам в
В
схеме ранее рассмотренного мультивибратора.
2.2.6. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ТРАНЗИСТОРАХ
РАЗНОГО ТИПА ПРОВОДИМОСТИ
В мультивибраторах на транзисторах одного типа проводимости
хотя бы один из транзисторов находится в открытом состоянии и энергия от источника питания всё время потребляется.
В мультивибраторах с транзисторами разного типа проводимости
(например, как на рис. 2.13) оба транзистора либо открыты, либо закрыты, что может значительно снизить потребление энергии от
источ-
ника питания при большой скважности вырабатываемых импульсов.
Rэ
R
1
VT2
VT1
R
б1
R
2
Рис. 2.13
В момент подключения источника
0U
, на базе транзистора VT2 появляется положительный потен-
э2
2
i
раз
Rк
2
конденсатор С разряжен,
к
Eк
i
зар
С
циал
58
R
R
R
R
Е
UE
б2 к
2
, (2.29)
R
12
а Б–Э-переход транзистора VT2 p–n–p-типа оказывается под обратным
напряжением и поэтому закрытым. Транзистор VT2 закрыт.
U
Конденсатор С начинает заряжаться, потенциал
и когда он становится больше
U
, а Б–Э-переход транзистора VT2
б2
повышается,
э2
оказывается под прямым напряжением, транзистор открывается, замыкается цепь положительной обратной связи, происходит регенеративный процесс
iiuii
к2 б1 к1 б2 к2
и оба транзистора оказываются в насыщенном состоянии. Конденсатор С начинает разряжаться. В момент почти полного разряда транзистор VT2 начинает закрываться, возникает обратный регенеративный
процесс, приводящий к закрытию обоих транзисторов. Процесс повторяется.
Лекция № 8
2.2.7. МУЛЬТИВИБРАТОР НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
В мультивибраторах на биполярных транзисторах τ, которая определяет длительность импульса, не может быть очень большой, так как
отвечает не только за
t
, но и за насыщение транзистора. В результате
и
таким мультивибраторам трудно работать на очень низких частотах.
В мультивибраторах на полевых транзисторах с управляющим
p–n-переходом n-типа (рис. 2.14) при нуле напряжения на затворе
транзистор открыт и насыщен;
по величине очень большие
з
(10…100 мОм), и постоянная времени может быть достаточно боль-
С
шой при относительно небольшой величине
. Здесь
з
б
0( )
t С R С R
и
ln ln
зз зз
0( )
сс
UU
отс отс
59
Е
. (2.30)
Схема может работать на очень низких частотах.
+
-
R
С1
С
З2
С
З1
R
Ес
С2
VT1 VT2
R
З1
R
З2
Рис. 2.14
Вариант мультивибратора на полевых n-канальных транзисторах с
изолированным затвором и индуцированным каналом изображен на
рис. 2.15.
+
-
R
С1
С
З2
R
З1
С
З1
R
З2
R
Ес
С2
VT1
VT2
VD1 VD2
Рис. 2.15
Мультивибратор может работать на достаточно мощную нагрузку
(несколько ампер). Стабилитроны VD1 и VD2 служат для защиты цепей
затвора от перенапряжений.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]