иными словами, время разряда (релаксации) конденсатора C1 должно быть больше времени восстановления напряжения на конденсаторе C2.

Максимальная частота генерации (минимальная длительность периода Tа ) определяется согласно (11.3), (11.6) и (11.7) минимально возможными зна-

чениями емкости конденсатора С и сопротивлением резистора R Б . Минималь-

но допустимое значение емкости определяется несколькими факторами. Во-первых, от величины емкости зависит условие самовозбуждения гене-

ратора. Поскольку коэффициент петлевого усиления двухкаскадного усилителя рассматриваемой схемы (см. рис. 11.1) примерно равен h21Э1 × h21Э2 , то мини-

мальное значение емкости конденсатора C определяется выражением

где th21Э – постоянная времени коэффициента h21Э , Rвх – входное сопротив-

ление используемого транзистора в схеме с ОЭ.

Во-вторых, емкость конденсатора C должна быть такой, чтобы во время рассасывания избыточных носителей в базе насыщенного транзистора, перехо- дящего в закрытое состояние, напряжение на емкости оставалось практически неизменным. Данное условие, а также требование насыщенного режима транзи- стора дают следующее значение минимально возможного периода колебаний:

h21Э1 × h21Э2 >1 в рассматриваемом мультивибраторе выполняется практически

всегда. Однако при неправильном выборе емкости времязадающего конденса- тора C (11.13) колебания могут отсутствовать из-за слишком большой степени насыщения транзисторов.

11.2. Повышение быстродействия мультивибратора

Для уменьшения длительности фронта импульса tфр используется схема

мультивибратора с отключающими диодами (рис. 11.4), в которой цепь пере-

заряда конденсаторов С1 и С2 отделена от коллекторов соответствующих транзи- сторов с помощью диодов VD1 и VD2. При заряде конденсатора C1 соответст- вующий диод закрыт, и ток заряда течет через резистор R1. Потенциал коллектора VT1 стремится к значению UИП с постоянной времени, определяемой сопротив-

лением резистора RК1 и емкостью, шунтирующей коллектор VT1, которая обыч- но много меньше емкости конденсатора С1 (Cм1 + Сн1 + Ск1 < C1). Поэтому дли- тельность фронта импульса определяется выражением, аналогичным (11.8):

Запирание диода происходит достаточно быстро и обусловлено различи- ем в скоростях увеличения напряжения на выводах диода.

Однако время восстановления напряжения на емкости C1 сохраняется та- ким же, как и в схеме без отключающих диодов:

Tвосст » (3K5)С1× R1, если R1 = RК1.

Не изменяется также и время релаксации, т.е. длительность импульсов (11.6), (11.7).

Рис. 11.4

Скважность импульса несколько уменьшается, так как в насыщенном ре- жиме эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки (отключающий ди- од открыт) равно

Скважность мультивибратора с отключающими диодами определяется выражением

Длительность импульсов мультивибратора с коллекторно-базовыми ем- костными связями (см. рис. 11.1) можно изменять, используя пере-

менный резистор R Б (11.6), (11.7).

Однако в этом случае будет ухуд- шаться стабильность частоты ко- лебаний, а также возможен выход

открытого транзистора из режима насыщения. Изменять длитель-

ность импульса мультивибратора наиболее удобно с помощью кол-

лекторного переменного резистора

Рис. 11.5 (рис. 11.5). В этой схеме при RБ >> RК для длительности им-

пульса напряжения на коллекторе соответствующего транзистора (например VT1) справедливо выражение

Изменение положения движка потенциометра приводит к изменению времени разряда конденсатора, поскольку конденсатор заряжается до напряже-

Цель:

1.Изучить принцип действия и методику расчета основных параметров автоколебательных мультивибраторов.

2.Выполнить инженерный расчет мультивибратора и его параметров.

3.С помощью пакета OrCAD провести анализ мультивибратора и иссле- довать влияние элементов схемы на его основные параметры.

Порядок выполнения задания:

1. Провести инженерный расчет элементов принципиальной схемы мульти- вибратора с емкостными коллекторно-базовыми связями (см. рис. 11.1) и парамет- ров его импульсов. Исходные данные для расчета приведены в табл. 11.2. Для всех

вариантов задания необходимо использовать одинаковые значения коэффициента насыщения S = 3. В схеме должно выполняться условие RК1 = RК2 = RК . Требу-

ется рассчитать значения R К , RБ1 , RБ2 , C1 и C2, а также длительности фронта импульсов напряжения на коллекторах транзисторов tфр1 и tфр2 .

2. С помощью пакета OrCAD выполнить расчет формы колебаний, гене- рируемых рассчитанным мультивибратором, и определить параметры импуль-

сов tи1, tи2 , tфр1, tфр2 и T; исследовать влияние значений элементов схемы на

параметры импульсов.

2.1. Создать документ программы Schematics, содержащий показанную на рис. 11.6 схему мультивибратора. В качестве источника питания необходимо

использовать источник напряжения импульсной формы VPULSE с линейным фронтом. Номинальные значения элементов схемы должны соответствовать рассчитанным. При использовании БТ со структурой p-n-p необходимо из-

менить полярность подключения источника напряжения на обратную.

2.2. Используя вид анализа Transient, провести расчет формы выходных (коллекторных) напря- жений мультивибратора. Источ-

ник напряжения импульсной формы VPULSE с линейным фронтом имитирует плавное на-

растание напряжения питания при включении мультивибратора, ко-

торое устанавливает схему в одно из квазиустойчивых состояний и приводит к началу генерации ко- лебаний. В этом случае происхо- дит моделирование реального за- пуска автоколебаний в схеме. Ус-

тановить параметры входного импульсного напряжения следующим образом: нижний уровень напряжения VOFF = 0 В ; максимальное значение напряжения

VAMPL = UИП ; начало переднего фронта TD = 0 ; длительность переднего фронта TR = tи1 /10 ; длительность заднего фронта TF = 0 ; длительность пло- ской части импульса TAU =10 × tи1; период повторения T = 2 × TAU . Установить

параметры анализа Transient следующим образом: шаг вывода данных и мак- симальный шаг интегрирования (Print Step и Step Ceiling) задать одинаковой величины, равной tи1 /50 ; конечное время расчета (Final Time) задать равным

20 × tи1. С помощью программы Probe вывести временную зависимость коллек-

торных напряжений транзисторов и определить параметры выходных импульсов tи1, tи2 , tфр1, tфр2 и T.

Сравнить результаты машинного анализа с исходными данными и ре- зультатами инженерного расчета. Чем можно объяснить различие?

2.3. Используя возможности многовариантного анализа Parametric, ис- следовать влияние емкости конденсатора C1 на форму выходных импульсов. С помощью элемента Parameters определить глобальный параметр – C. С его использованием задать значение емкости конденсатора C1. Включить многова- риантный анализ Parametric, определив в нем изменение списком значений глобального параметра C: C1/ 2 , C1, 2 × C1.