3.3.2.2. Мультивібратори.

Оскільки прямокутні імпульси мають широкий частотний спектр, тобто містять безліч гармонічних складових різних частот, генератори подібних коливань називають мультивібраторами (мульти – багато, вібратор – джерело коливань).

Мультивібратором є двокаскадний резистивний підсилювач із перехресними додатними зворотними зв’язками між каскадами: вихід одного каскаду з’єднаний із входом іншого і навпаки. При певних параметрах елементів схеми в ній виконуються умови самозбудження одночасно для багатьох частот, і вона працює як генератор. Мультивібратор, в обох плечах (каскадах) якого використані однакові елементи, називається симетричним.

Типова схема транзисторного мультивібратора наведена на рис. 3.73-а.

Схема не може знаходитись в стійкому стані, оскільки, якщо з будь-яких випадкових причин колекторний струм транзистора, наприклад, VT₁ збільшився, то від’ємна напруга на його колекторі враз швидко зменшиться. Через конденсатор С₁ додатний перепад напруги подається на базу транзистора VT₂, що призведе до зменшення колекторного струму цього транзистора. Від’ємний перепад напруги із колектора транзистора VT₂ передається через конденсатор С₂ на базу транзистора VT₁, колекторний струм якого ще більше посилиться. Процес розвивається лавиноподібно, доки транзистор VT₂ не виявиться закритим. При цьому струм транзистора VT₁ зросте настільки, що падіння напруги на резисторі R_К1 дорівнюватиме напрузі живлення U_К і подальше збільшення колекторного струму вже стає неможливим (режим насичення).

Після закінчення лавиноподібного процесу продовжується розряд конденсатора С₁ по колу: права обкладинка С₁, R_Б2, U_К, відкритий транзистор VT₁, ліва обкладинка С₁. На резисторі R_Б2 виділяється напруга, що перевищує напругу живлення U_К і прикладена «мінусом» до емітера, а «плюсом» до бази транзистора VT₂. Ця напруга утримує транзистор VT₂ в закритому стані. Одночасно заряджається конденсатор С₂ по колу: +U_К, ділянка емітер–база транзистора VT₁, конденсатор С₂, резистор R_К2, –U_К. На ділянці емітер–база транзистора VT₁ виділяється напруга, прикладена «плюсом» до емітера і «мінусом» до бази цього транзистора, яка у міру зменшення зарядного струму конденсатора С₂ зменшується.

                                           а)                                                                            б)

Рис. 3.73.

Оскільки в колі розряду конденсатора С₁ є джерело напруги U_К, після закінчення розряду повинен був би відбутися перезаряд конденсатора протилежною полярністю («плюсом» до лівою і «мінусом» до правої обкладинки). Однак цього не відбувається тому, що у міру експоненціального зменшення розрядного струму зменшується і додатна напруга на базі транзистора VT₂, і в момент, коли конденсатор розрядиться, напруга на базі транзистора VT₂ стане рівною нулю і з’явиться колекторний струм. При цьому від’ємна напруга на колекторі VT₂ зменшиться і цей додатний перепад напруги через конденсатор С₂ передається на базу VT₁. Колекторний струм VT₁ зменшиться і розвинеться лавиноподібний процес, в результаті якого VT₁ закриється, а VT₂ перейде в режим насичення. Таким чином, станеться перекидання схеми. Такий її стан буде утримуватись, доки в результаті розряду С₂ знову не відкриється VT₁ і т.д. Так відбуватиметься неперервна генерація імпульсів.

Графіки напруг на колекторах транзисторів U_К1 і U_К2 мають форму імпульсів, близьку до прямокутної (рис. 73-б); висота імпульсів приблизно дорівнює напрузі джерела живлення U_К. Округлення фронтів вихідних імпульсів пояснюється падінням напруги за рахунок струму зарядки конденсаторів.

Частота коливань мультивібратора залежить від постійної часу кола розряду базового конденсатора τ_р = CR_Б. Час розряду конденсатора від напруги U_К до нуля в колі перезаряду складає 0,7τ_р. Тому період коливань несиметричного мультивібратора

Т = Т₁ + Т₂ = 0,7(С₁ R_Б2 + С₂ R_Б1),

а симетричного

Т = 1,4 С R_Б.

Регулювання тривалості імпульсів досягається плавною або ступінчастою зміною значень R_Б або С, тобто постійною часу розряду. Частота коливань мультивібратора може бути приблизно підрахована за формулою F = 1/Т.

В режимі синхронізації на автоколивальний мультивібратор подається зовнішня синхронізуюча напруга. При цьому мультивібратор буде переходити із одного стану в інший не під впливом власних параметрів, а під впливом зовнішньої синхронізуючої напруги. Для стійкої синхронізації період повторень імпульсів повинен бути дещо менший періоду власних коливань. Синхронізація необхідна для узгодження одночасної роботи кількох імпульсних пристроїв, для ділення частоти сигналів і т.д.