9.4. Общие сведения об импульсных генераторах

также триггер. В большинстве схем импульсных генераторов по-

ложительная обратная связь между выходной и входной цепями

осуществляется с помощью фазосдвигающего каскада (например

в мультивибраторах) или фазопереворачивающего трансформа-

тора (например в блокинг-генераторах).

9.5. Работа транзистора в импульсном режиме

Биполярные транзисторы часто используются в импульсных и

переключающих схемах. В переключающих схемах транзистор ра-

ботает в режиме большого сигнала, а в импульсных — в режимах

усиления как малого, так и большого сигнала.

Предположим, на вход транзисторного каскада (рис. 9.9, а) в ис-

ходном режиме подано обратное напряжение UБЭ, при котором

эмиттерный переход закрыт (режим отсечки). При этом рабочая

точка О находится на пересечении нагрузочной прямой АВ со ста-

тической характеристикой, снятой при токе базы –IБ = IКБ0. Ток в

цепи коллектора мал(IК→0), анапряжение наколлекторе Uк близ-

ко к значению напряжения источника ЕК (рис. 9.9, б).

Если изменить полярность напряжения во входной цепи, эмит-

терный переход включается в проводящем направлении, возраста-

ет и становится положительным ток базы. Рабочая точка быстро

переместится по нагрузочной прямой из области отсечки в область

больших значений управляющего тока базы IБ и точка коллектора

IК. Транзистор при этом из режима отсечки (точка О) сначала

Рис. 9.9. Схема транзисторного ключа (а) и положение рабочей точки на

семействе характеристик (б)

215

транзистора (емкость переходов, время жизни неосновных носите-

лей τ, скорость диффузии дырок и др.), определяющими его инер-

ционность при работе с сигналами высокой частоты.

ПриналичиивцепиколлекторанагрузкиRн

напряжениенакол-

лекторном переходе меняется в течение переходного процесса пе-

реключения, барьерная емкость перезаряжается, что увеличивает

длительность переходного процесса. Постоянная времени переход-

ного процесса

τОЭ = τ + h21ЭRнСК.

9.16

Время нарастания и время спада связаны с постоянной времени

соотношением

tнр = tсп ≈ 2,3 τОЭ.

9.17

Следовательно, длительностьпереходныхпроцессовпереключе-

ния (включения и выключения) зависит не только от параметров

транзистора, но и от сопротивления нагрузки в цепи коллектора. В

заключение отметим, что в схеме с ОБ переходные процессы имеют

в (1 + h21Э) раз меньшую длительность, чем в схеме с ОЭ.

9.6. Мультивибраторы

Мультивибраторы (МВ) — генераторы, вырабатывающие элек-

трические колебания, по форме близкие к прямоугольным. Разли-

чают самовозбуждающиеся и ждущие мультивибраторы.

Самовозбуждающиеся

мультивибраторы

Транзисторная схема

самовозбуждающегося

мультивибратора (рис.

9.10,) выполняется с рези-

сторно-емкостными свя-

зями цепей коллектор—

база. Если на МВ подать

напряжение питания, то

из-за разброса парамет-

ров транзисторов VТ1 и

Рис. 9.10. Схема мультивибратора с само-

VТ2 их токи базы будут

возбуждением

217

неодинаковы. Предположим, ток в

коллекторной цепи транзистора VТ1

возрастает, тогдаповыситсяпотенциал

наколлектореVТ1 (точкаK1 ) инабазе

черезконденсаторС2 транзистораVТ2

начнет закрываться транзистор VТ2,

снизится потенциал на его коллекто-

ре(точка K2) и базе транзистора VТ1.

С понижением потенциала на коллек-

торе VТ2 (точка K2) начнется заряд

конденсатораС1 отисточникаЕК, (по

цепи, показаннойнарисункештрихо-

вой линией с одной стрелкой) вслед-

ствие чего возрастает ток базы IБ1

транзистора и увеличивается ток кол-

лектораIК1. Такимобразом, асиммет-

рия схемы, обусловленная разбросом

параметров, привела к открыванию

транзистора VТ1 и полному закрыва-

нию транзистора VТ2. Этому состоя-

нию схемы соответствует момент вре-

мени t0 (рис. 9.11). Как только откро-

ется транзистор VТ1 и появится

Рис. 9.11. Временныедиаграм-

коллекторный ток, возрастает потен-

мы самовозбуждающегося

циалUК1 коллектора, конденсаторС2

мультивибратора

начнетразряжаться(поцепи, показан-

ной штриховой линией с двумя стрел-

ками). При разряде напряжений напряжение на конденсаторе С2

уменьшается, следовательно, потенциалUБ2 базытранзистора VТ2

стремится к нулю. К моменту времени t1 напряжение UБ2 = 0, тран-

зистор VТ2 отпирается, в коллекторной цепи появляется ток IК2, а

потенциал UК2 возрастает. Перепад напряжения, возникающий на

коллекторе, подаетсячерезконденсаторС1 набазутранзистораVТ1

и закрывает его, а напряжение UК1 на коллекторе транзистора VТ1

скачком уменьшается. Это изменение ( перепад) напряжения через

конденсатор С2 подается на базу транзистора VТ2 и еще больше

способствует его открыванию. Таким образом, схема окончатель-

но переходит в состояние, при котором транзистор VТ2 полностью

218

открывается, а VТ1 закрывается. После этого в интервале времени

t1 – t2 происходит разряд конденсатора С1 по цепи, аналогичной

цепиразрядаконденсатора С2 втечение времениτ = RБ1С1, исхема

принимает исходное состояние. В дальнейшем процесс повторяет-

ся. Мультивибратор переходит из одного состояния в другое в мо-

мент достижения базовым напряжением (см. рис. 9.11) нулевого

уровня. Например, к моменту времени t2 заканчивается разряд кон-

денсатора С1, потенциал базы транзистора VТ1 достигает нулевого

уровня, вследствие чего он открывается, а VТ2 закрывается (потен-

циалUК2 скачкомуменьшается). Врезультатенавыходах1 и2 муль-

тивибраторасоздаютсянепрерывныесерииимпульсов, длительность

которых определяется временем разряда конденсатора, включенно-

го между коллектором открытого и базой закрытого транзисторов:

tи1 ≈ 0,7RБ2С2; tи2 ≈ 0,7RБ1С1.

(9.18)

Т =tи1+tи2 =0,7(RБ2С2 + RБ1С1).

(9.19)

Для симметричного мультивибратора RБ1 = RБ2

= RБ и С1 = С2

= С, поэтому Т = 1,4 RБС. Частоту следования импульсов удобно

регулировать изменением сопротивлений в цепи базы, а также на-

пряжения UБ (рис. 9.12). Для регулирования напряжения UБ ис-

пользуют делитель R1R2, причем большему напряжению UБ со-

ответствует большая частота колебаний в схеме мультивибрато-

ра с развязывающими диодами (рис. 9.12) при закрытии

транзистора ток коллектора снижается до нуля, однако велик за-

рядный ток конденсатора. Этот ток, проходя по резистору кол-

Рис. 9.12. Схема мультивибратора с развязы-

вающими диодами

219

лекторной цепи, создает на нем падение напряжения, поэтому по-

тенциалнаколлекторе повышаетсяизаднийфронтимпульсасгла-

живается. Более прямоугольные импульсы можно получить, если

конденсаторы связи С1 и С2 отделить от коллектора диодами VD3

и VD4. В этом случае потенциалы точек съема импульсов при зак-

рытии транзисторов будут меняться мгновенно.

Рис. 9.13. Мультивибратор с улучшенной формой выходных импульсов

Мультивибратор с улучшенной формой

выходных импульсов

Один из недостатков в работе мультивибратора непрямоуголь-

ная форма импульсов напряжения на транзисторах из-за большой

постоянной времени нарастания отрицательного напряжения. Для

улучшения формы импульса между коллекторами транзисторов и

конденсаторами включают диоды (рис.9.13). В момент запирания

транзистора запирается и диод, так как на его аноде появляется от-

рицательное напряжение –ЕК, а на аноде — нулевое. Заряд конден-

сатора происходит не через резистор RК1(RК2), а через резистор RЗ1

(RЗ2). При открытии транзистора нагрузкой ему служат два парал-

лельно включенных резистора RК1 и RЗ1 (RК2 и RЗ2). Таким обра-

зом, получается практически одинаковый и фронт и спад импульса.

Ждущие мультивибраторы

(одновибраторы)

Эти мультивибраторы имеют одно устойчивое состояние. Пос-

ле подключения источника питания схема может находиться сколь

220

Рис. 9.14. Схема ждущего мультивибратора

угодно долго в таком состоянии, не формируя выходное перемен-

ное напряжение. При подаче управляющего сигнала на вход схе-

мы, на её выходе формируется выходной сигнал, параметры кото-

рого полностью определяются собственными характеристиками

устройства. Такой режим работы часто называют ждущим или за-

торможенным. В ждущем МВ с эмиттерной связью (рис. 9.14) в ис-

ходном устойчивом состоянии схемы на базу транзистора VТ2 че-

рез резистор R2 от источника ЕК подается отрицательный потен-

циал, поэтому транзистор VТ2 открыт, а транзистор VТ1 закрыт

положительным напряжением смещения, снимаемым с резистора

RОЭ. Конденсатор С2 заряжается током базы IБ2 транзистора VТ2

по цепи (указанной на схеме штриховой линией с одной стрелкой)

до значения ЭДС источника ЕК. При подаче пускового импульса

Uзап положительнойполярностинаколлектортранзистораVТ1 (или

импульса отрицательной полярности на базу) последний начинает

открываться, потенциалнаегоколлектореповышаетсяичерезкон-

денсатор С2 передается на базу транзистора VТ2 вследствие чего

последнийначинаетзакрываться. ЗакрытиетранзистораVТ2 сопро-

вождается уменьшением тока коллектора и снижением потенциала

221