Тема19. Мультивибраторы

Мультивибратором называется релакционный генератор импульсов почти прямоугольной формы сравнительно большой длительности при небольшой скважности и в схемном отношении представляющим собой двухкаскадный усилитель на резисторах, вход которого соединен с выходом. Мультивибраторы могут работать в трех режимах: автоколебательном, синхронизации и ждущем. В автоколебательном и ждущем режимах мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением, а в режиме синхронизации на мультивибратор воздействует синхронизирующее напряжение, в результате чего частота колебаний мультивибратора оказывается равной или кратной частоте синхронизирующего напряжения. В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают запускающие импульсы.

8.5.1. Симметричный транзисторный мультивибратор

В приведенной на рис.19.1.а схеме мультивибратора R_К1=R_К2=R_К, R_б1=R_б2=R_б, С_б1=С_б2=С_б, а транзисторы VT1 и VT2 имеют идентичные характеристики. Рассмотрение процессов в этом мультивибраторе, работающем в автоколебательном режиме, начнём с момента, когда транзистор VT1 насыщен, а транзистор VT2 заперт, конденсатор С_б1 разряжен, конденсатор С_б2, заряжен до напряжения – Е_К. С этого момента конденсатор С_б1 начинает заряжаться от источника питания – Е_К, через резистор R_К2 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT1 с постоянной времени _з = С_бR_К (рис.8.16.а). А заряженный конденсатор С_б2 перезаряжается под влиянием напряжения – Е_К и напряжения на самом конденсаторе по цепи: + Е_К (корпус), открытый транзистор VT1, конденсатор С_б2, резистор R_б2, (-Е_К) c постоянной времени _р = С_бR_б (рис.8.16.б).

Рис.19.1 Схема транзисторного мультивибратора (а) и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу (б)

Потенциал коллектора открытого транзистора VТ1:

U_К1 = - (E_К - I_КН R_К) ≈ (0,1..0,2), В,

где I_КН - ток насыщения открытого транзистора.

Потенциал коллектора закрытого транзистора VT2:

U_К2 ≈ - Е_К,

а потенциал его базы, оставаясь положительным, экспоненциально убывает (рис.8.16.в):

U_б2 = U_С1 - U_К1 ≈ U_С1 = - U_К1 + 2U_К1 e ^{–t / р}

Оценим параметры генерируемых импульсов. Длительность _И отрицательного импульса напряжения, формирующегося на коллекторе закрывшегося транзистора можно оценить из условия:

U_б = - U_К1 + 2U_К1 e ^{– и / р} = U_отп ≈ 0,

откуда _И = С_бR_б ln2 ≈ 0,7 С_бR_б .Активная длительность фронта этого напряжения _ф ≈ 3_з = 3С_бR_К. Период колебаний в схеме симметричного мультивибратора Т = 1,4 С_бR_б.

Временные диаграммы напряжений, действующих в схеме симметричного транзисторного мультивибратора, показаны на рис.8.15.б.Для улучшения формы генерируемых импульсов коллекторную нагрузку в схеме мультивибратора разбивают на две части (рис.8.16.а). Вследствие перезаряда конденсаторов через малое сопротивлениеR_Кформа генерируемых импульсов значительно улучшается.

Рис.19.2. Эквивалентные схемы заряда конденсатора С1 (а), разряда конденсатора С2 (б) и форма напряжения на конденсаторе С2 (в)

Минимальная величина R_Кограничивается условием самовозбуждения схемы. Для повышения стабильности частоты генерируемых колебаний в цепи баз транзисторов включают диодыVD1 иVD2 с малым обратным током (рис.19.2.б).При этом токи разряда конденсаторов замыкаются черезR_б,а цепь эмиттерного перехода закрытого транзистора оказывается для них практически разомкнутой.