Автоколебательный мультивибратор на транзисторах

Автоколебательные мультивибраторы используют в качестве генераторов прямоугольных импульсов с заданной длительностью и частотой повторения в тех случаях, когда нет жестких требований к стабильности этих параметров. Они относятся к классу астабильных устройств, не имеющих длительно устойчивых состояний равновесия.

Схема простейшего автоколебательного мультивибратора на биполярных транзисторах приведена на рис. 6. Схема имеет перекрестные коллекторно-базовые связи транзисторных каскадов, осуществляемые через конденсаторы С₁ и С₂. Благодаря этому, транзисторы находятся в противоположных состояниях (один насыщен, а другой заперт).

Рис. 6. Автоколебательный мультивибратор на транзисторах

Поскольку мультивибратор является автоколебательным, то рассмотрение его работы можно начать с произвольного момента времени. Для определенности возьмем момент времени, когда транзистор VT₁ насыщен, а транзистор VT₂ заперт, конденсатор С₂ разряжен, а конденсатор С₁ заряжен до напряжения Е (плюс на левой, минус – на правой обкладке конденсатора). При анализе работы мультивибратора будет показано, что в течение каждого периода колебаний такое состояние обязательно имеет место.

В схеме начнутся следующие процессы: а) процесс зарядки конденсатора С₂ от источника питания +Е через резистор R_к2 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT₁ (постоянная времени цепи заряда имеет значение _зар=С₂R_к2); б) процесс разрядки конденсатора С₁ через резистор R_б2 и насыщенный транзистор VT₁ (постоянная времени разрядки _раз=С₁R_б2). Как правило, сопротивление базовых резисторов гораздо больше, чем коллекторных. Поэтому процесс зарядки С₂ происходит гораздо быстрее, чем процесс разрядки С₁. Положительно заряженная обкладка конденсатора С₁ через насыщенный транзистор VT₁ подключена к общему проводу, а отрицательно заряженная обкладка – к базе VT₂. Поэтому форма напряжения на базе VT₂ соответствует форме напряжения на конденсаторе С₁ при его разрядке. После того как С₁ разрядится, напряжение на базе VT₂ станет неотрицательным. При этом транзистор VT₂ отпирается, появляется коллекторный ток, создающий отрицательное приращение напряжения на коллекторе VT₂, которое через конденсатор С₂ передается на базу VT₁, выводит этот транзистор из насыщения и вызывает его переход в активный режим. Коллекторный ток транзистора уменьшается, напряжение на коллекторе получает положительное приращение, которое с коллектора VT₁ через конденсатор С₁ передается на базу VT₂, вызывая его дальнейшее отпирание. Процесс переключения транзисторов происходит лавинообразно и заканчивается переходом мультивибратора во второе квазиустойчивое состояние.

В этом состоянии транзистор VT₁ заперт, транзистор VT₂ насыщен, конденсатор С₁ заряжается от источника питания +Е через резистор R_к1 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT₂, а конденсатор С₂ разряжается через R_б1 и насыщенный транзистор VT₂ на источник питания +Е. После разряда С₂ происходит лавинообразное переключение транзисторов и схема переходит в то состояние, с которого было начато рассмотрение. Процессы в схеме повторяются. Это чередование состояний происходит с периодом Т (рис. 7).

Длительность импульса на коллекторе VT₂ соответствует времени пребывания транзистора в запертом состоянии и определяется временем разрядки конденсатора С₁

.

Длительность паузы соответствует времени пребывания транзистора VT₁ в запертом состоянии и определяется временем разрядки C₂

.

Длительность фронта выходного импульса равна времени зарядки конденсатора С₂

.

Автоколебательный мультивибратор является симметричным, если R_к1=R_к2=R_к, R_б1=R_б2=R_б, С₁=С₂=С, а транзисторы VT₁, VT₂ относятся к одной группе и имеют близкие параметры. В этом случае

, .

Рис. 7. Временные диаграммы напряжений в схеме автоколебательного мультивибратора