Генераторы прямоугольных колебаний (мультивибраторы) Мультивибраторы на транзисторах

Наиболее широкое применение получил мультивибратор с коллекторно – базовыми связями (рис 4.6).

Рис.4.6. Схема мультивибратора на транзисторах.

При подключении схемы к источнику питания, оба транзистора открыты, поскольку их базы через резисторы иподключены к источнику питания. Однако такое состояние неустойчиво.

Пусть в результате любого случайного воздействия несколько увеличится ток коллектора транзистора. При этом увеличится падение напряжения на резисторе и потенциал коллектора транзистораначнет уменьшаться. Это уменьшение напряжения через конденсаторпередается на базу транзистора, который начнет закрываться. Коллекторный токтранзисторапри этом уменьшается, напряжение на его коллекторе увеличивается и, передаваясь через конденсаторна базу транзистора, еще больше увеличивает ток, отпирая. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзисторвходит в режим насыщения, а транзистор– в режим отсечки. При этом конденсаторперезаряжается черези переход база-эмиттер открытого транзистора. Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний. При этом открытое состояние транзистораVT₁обеспечивается смещением от источника питания через резистор, а запертое состояние транзистора– низким потенциалом на конденсаторе, который при открывании транзисторазарядился отрицательно (по отношению к базе). На временных диаграммах (рис.4.7) описанные процессы соответствуют моменту времени. Теперь конденсатор, начинает перезаряжаться через резистори открытый транзисторот источника питания, при этом напряжение на нем стремится увеличиться до. В момент временинапряжение на базе транзисторастановиться больше нуля, и он отпирается. Появление токачерез транзисторприводит к процессу, аналогичному описанному выше. В результате транзисторвойдет в режим насыщения, а транзистор– в режим отсечки (второе временно-устойчивое состояние). В промежутке времени-происходит разрядка конденсатораи зарядка конденсатора.

Таким образом, переходя из одного временно-устойчивого состояния в другое, мультивибратор формирует на коллекторах транзисторов выходное напряжение почти прямоугольной формы, положительной полярности, сдвинутых по фазе друг относительно друга на .

Рис.4.7. Временные диаграммы работы мультивибратора.

Рассмотрим расчет мультивибратора.

Напряжение на базе любого из транзисторов изменяется по экспоненциальному закону:

, (4.13)

где для транзистора а для транзистора.

При напряжение на базе, тогда из уравнения (4.13) получим

,, .

Аналогичным образом можно получить

Полный период колебаний .

На частотах ниже 100 Гц конденсаторы в схеме мультивибратора должны иметь слишком большую емкость. На частотах свыше 100 кГц становится заметным влияние инерционности транзисторов. Поэтому на низких частотах используют схемы на базе компараторов, а на высоких частотах эмиттерно-связанные мультивибраторы.

Мультивибраторы на основе цифровых интегральных схем

Мультивибраторы на основе цифровых интегральных схем применяют в тех случаях, когда устройство, в составе которого работает генератор, выполнено на цифровых интегральных схемах и расширение номенклатуры используемых микросхем и источников питания нежелательно.

Рис. 4.10. Мультивибраторы на основе RC-цепей.

На рис.4.10 приведена схема генератора с регулируемыми параметрами колебаний. Его частота регулируется резистором и определяется по зависимости

. (4.15)

Резистор регулирует скважность в пределах от1,5до3,1.

На рис 4.11 приведена простейшая схема мультивибратора на основе кварцевого резонатора, период колебаний которого практически не зависит от параметров логических микросхем и определяется только параметрами кварца по зависимости

. (4.16)

Рис.4.11. Мультивибратор с кварцевым времязадающим элементом.

Такие мультивибраторы обладают повышенной стабильностью и используются для генерации в диапазоне от 1 кГц до 100 мГц.