3. Мультивибраторы

3.1 Общие сведения о мультивибраторах.

3.2 Транзисторный мультивибратор. Принцип действия, осциллограммы.

3.3 Расчет периода колебаний мультивибратора.

3.4 Регулировка частоты, термостабилизация, улучшение формы выходного напряжения мультивибратора.

3.5 Транзисторный одновибратор. Принцип действия, осциллограммы.

3.1 Общие сведения о мультивибраторах

Широко применяются устройства, форма выходного напряжения которых резко отличается от синусоидальной. Такие колебания называют релаксационными, следовательно, мультивибратор представляет собой разновидность одного из релаксационных генераторов. Мультивибратор (от латинских слов multim—много иvibro— колеблю)— релаксационный генератор импульсов почти прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС).

Различают два вида мультивибраторов: автоколебательные (не обладают состоянием устойчивого равновесия) и ждущие (обладают одним состоянием устойчивого равновесия и поэтому называются одновибраторы).

Сущность работы мультивибратора – переключение энергии конденсатора Cс заряда на разряд, от источника питания к резисторуR.Это переключение осуществляется с помощью транзисторных ключей.

Мультивибратор можно построить на базе биполярных транзисторов (БПТ), полевых транзисторов (ПТ), операционных усилителей постоянного тока (ОУПТ) и др.

3.2 Транзисторный мультивибратор. Принцип действия, осциллограм-мы работы мультивибратора

Мультивибратор представляет собой двухкаскадный RC-усилитель охваченный положительной обратной связью (ПОС). Для этого необходимо два транзисторных каскада включённых по схеме с ОЭ (см. рис.3.1) или два инвертирующих ОУПТ.

Для возбуждения мультивибратора необходимо выполнение двух условий — баланса фаз и баланса амплитуд.

Баланс фаз ,

Баланс амплитуд .

т.к. фактор обратной связи , и,

то фазовый сдвиг усилителя , что и обеспечивается двумя каскадами по схеме с ОЭ.

Рис.3.1 Принципиальная схема транзисторного мультивибратора

Мультивибраторы на БПТ наиболее часто выполняются по симметричной схеме с коллекторно-базовыми связями (см. рис 3.2). Симметричность означает идентичность симметрично расположенных элементов: резисторов ,и конденсатора; параметры транзисторов одинаковы. Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов с ОЭ, выходное напряжение каждого из которых подается на вход последнего. В схеме приведённого мультивибратора использованы транзисторыp-n-pтипа.

При подсоединении схемы к источнику питания оба транзистора открыты и обуславливают коллекторные токи. Их рабочие точки находятся в активной области, поскольку на базы через резисторы,подаётся отрицательное смещение. Однако такое состояние схемы неустойчивое. Из-за наличия в схеме ПОС выполняется условиеи двухкаскадный усилитель самовозбуждается. Начинается процесс регенерации — быстрое увеличение тока одного транзистора и уменьшение тока другого транзистора.

Рис.3.2 Симметричная схема транзисторного мультивибратора

Пусть в результате любого случайного изменения напряжений на базах или коллекторах несколько уменьшается ток транзистора. При этом коллектор транзистораполучит отрицательное приращение потенциала. Поскольку напряжение на конденсаторене может мгновенно измениться, это приращение прикладывается к базе транзистора, открывая его. Потенциал на базеотрицательный, токвозрос, потери на резисторевозросли,получит приращениеи будет приложено на(), т.е. токуменьшиться, а токвозрастёт. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзисторвходит в режим насыщения, а транзисторв режим отсечки.

Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний равновесия (квазиустойчивое состояние). Время нахождения схемы в квазиустойчивом состоянии определяется процессами перезарядки ёмкостей.

Пусть транзистор заперт, а транзистороткрыт – первое временно устойчивое состояние. Конденсаторзаряжен, цепь заряда: ЭБ₂,,, и на “–”. Т.кзаперт, то. В предыдущем циклебыл открыт и напряжение на нём было. По мере заряжения ёмкоститокуменьшается, потери науменьшаются и.

В момент времени (предыдущий цикл) транзисторнасыщен, а транзистор– в отсечке. Ёмкостьбыла заряжена до. Начиная с момента времениёмкостьначнёт разряжаться. Цепь разряда: “”,,,и на “–”.

Напряжение за счёт открытого транзистораприложено между Б и Э транзистора(“” на Б, а “–” на Э).

После перезаряда конденсатора, если бы мы схему оставили в включённом режиме, то напряжение на меняется в. Потенциал, транзистороткрывается. Транзисторзакрывается и начинается лавинный процесс перехода транзисторов из одного состояния в другое. В результате этого процесса транзистороткрыт, а транзисторзакрыт – наступает второе временно устойчивое состояние.

Начинается заряд конденсатора по цепи “”, БЭ,,, и на “–”. Напряжениедостигает нуля, т.е. больше. Послепереходный процесс повторяется.

Таким образом, переходя периодически из одного временно устойчивого состояния равновесия в другое, мультивибратор формирует выходное напряжение, снимаемое с коллектора любого из транзисторов, почти прямоугольной формы.

Рис.3.3 Временные диаграммы напряжений автоколебательного мультивибратора