4. Контрольные вопросы

1. Как влияет статический коэффициент передачи тока транзисторов  на скорость переключения триггера?

2. Нарисовать временные диаграммы напряжений на входе и выходе триггера, а также напряжений на базах транзисторов VT1 и VT2 в режиме счетного запуска.

3. За счет чего обеспечивается устойчивое состояние триггера?

4. Для чего необходим источник напряжения E_б (рис. 5) и почему он не используется в лабораторном макете?

5. Чем определяется минимальный временной интервал между запускающими импульсами при счетном запуске триггера, когда он еще способен переключаться?

Лабораторная работа № 16 симметричный мультивибратор

Цель работы: Знакомство со схемой, характеристиками и принципом работы симметричного мультивибратора на биполярных транзисторах.

1. Теоретические сведения

Импульсы прямоугольной формы имеют резкие фронты и спады, поэтому их можно отнести к колебаниям релаксационного типа, для которых характерны скачкообразные изменения напряжения и тока. Генераторы, которые вырабатывают такие колебания, называются релаксационными и обычно строятся на базе усилителей с положительной обратной связью.

Мультивибратором называется генератор прямоугольных импульсов релаксационного типа, не имеющий устойчивых состояний. Схема мультивибратора может быть реализована как на дискретных элементах, так и в интегральном исполнении. Мультивибраторы могут работать в режиме автоколебаний, синхронизации или деления частоты следования запускающих импульсов, а также в ждущем (заторможенном) режиме. В последнем случае одному из состояний мультивибратора придают искусственную устойчивость. В режиме синхронизации период выходного сигнала мультивибратора равен периоду синхронизирующих импульсов, а в режиме деления частоты  кратен ему.

1.1. Схема симметричного мультивибратора

Рис. 1. Симметричный мультивибратор

Простейшая схема симметричного автоколебательного мультивибратора на биполярных транзисторах приведена на рисунке 1. Она представляет собой два усилителя с общим эмиттером, построенных на транзисторах VT1 и VT2 с близкими параметрами и охваченных перекрестными коллекторно-базовыми связями, осуществляемыми через конденсаторы C и резисторы R_б. Мультивибратор может находиться в двух состояниях временного равновесия. В одном из них транзистор VT1 заперт, а VT2 открыт, в другом – наоборот. В каждом из состояний мультивибратор находится в течение некоторого времени, зависящего от параметров схемы, а затем переходит в другое состояние. В результате на коллекторе каждого транзистора образуется периодическая последовательность прямоугольных импульсов. Процесс перехода мультивибратора из одного состояния в другое называют опрокидыванием.

Рис. 2. Транзисторный усилитель с общим эмиттером:

а – принципиальная схема; б – выходные характеристики транзистора с нагрузочной прямой

Прежде, чем перейти к изучению работы мультивибратора, рассмотрим работу усилителя с общим эмиттером (ОЭ), схема которого приведена на рисунке 2, а. Для анализа этой схемы рассмотрим семейство выходных вольт-амперных характеристик транзистора, включенного с общим эмиттером, i_к(u_кэ) (при i_б = const), которые показаны на рисунке 2, б. На них можно выделить следующие области:

1. Область насыщения (0 < u_кэ < 1 В) для схемы с ОЭ определена для положительных напряжений u_кэ. Мы будем считать, что в этой области напряжение u_кэ  0.

2. Линейная (активная) область (i_б > 0, u_кэ > 1 В). Здесь транзистор можно рассматривать как источник коллекторного тока i_к, управляемый базовым током i_б. Инерционность транзистора учтем, вводя задержку  в связь коллекторного и базового токов, то есть

iк(t)  iб(t – ),

(1)

где  – статический коэффициент передачи тока транзистора.

3. Область отсечки (i_б < 0). Мы будем полагать, что в этой области коллекторный ток транзистора пренебрежимо мал, то есть i_к  0.

Уравнение Кирхгофа для схемы на рисунке 2, а имеет вид

i_кR_к + u_кэ = E_к

и при известном токе базы транзистора i_б = I_б может быть решено графически. Перепишем это уравнение в виде

.

Левая часть этого уравнения описывает одну из ветвей ВАХ транзистора, а правая – нагрузочную прямую. Решением уравнения является точка пересечения этих двух зависимостей с координатами U_кэ и I_к, (точка b на рисунке 2, б). Эту точку называют рабочей точкой усилителя.