Автоколебательные мультивибраторы

Мультивибратор– релаксационный генератор, регенеративный процесс в котором осуществляется путем применения двух усилителей с положительной взаимной междукаскадной обратной связью. На рисунке 22, а изображена схема транзисторного мультивибратора, построенного на основе двухкаскадного резисторного усилителя.

В автоколебательном режиме транзисторы поочередно переходят из открытого состояния в закрытое и обратно. При включении источника коллекторного питания один из транзисторов окажется открытым,
другой – закрытым. Если открыт, например, транзистор VT₁, конденсатор С₁, зарядившийся во время установления процессов в схеме, начинает разряжаться через (R₁) и VT₁. Разрядный ток создает на резисторе R₁ падение напряжения (рисунок 22, б), убывающее по мере уменьшения этого тока по экспоненциальному закону. Это напряжение приложено к базе транзистора VT₂ и поддерживает его в закрытом состоянии. В это же время конденсатор С₂ заряжается от источника Е_К через участок «эмиттер – база» открытого транзистора VT₁ и . По мере заряжания С₂ ток, протекающий по уменьшается и потенциал коллектора VT₂, изменяющийся по экспоненциальному закону, становится более отрицательным. Через τ_ф = 3 · С₂, когда С₂ зарядится, потенциал коллектора станет примерно равным Е_К. Так как R₁ >> , процесс разряда C₁ проходит значительно медленнее, чем процесс заряда С₂. Постоянная времени разряда C₁ определяет длительность отрицательного импульса, снимаемого с коллектора VT₂, т. е. τ ≈ 0,7 R₁ · C₁. Когда потенциал базы VT₂ приблизится к нулю, транзистор VT₂ приоткрывается и начинает проводить ток. С этого момента в результате действия положительной обратной связи происходит лавинообразный процесс, в результате которого VT₂ открывается, a VT₁ закрывается. В дальнейшем все процессы повторяются, но уже относительно открытого транзистора VT₂.

t

t

t

t

t

t

R2

R1

б

а

VT2

Um

∆U

tср

tср

VT1

C2

t1

t2

EК

EК

t

tи

0,1

0,9

U

Um

C1

+EК

Рисунок 22 – Транзисторный мультивибратор:

а – электрическая схема; б – временные диаграммы

В реальных электрических цепях вследствие влияния паразитных емкостей и индуктивностей нарастание и исчезновение напряжения происходит за конечный промежуток времени, а вершина импульса имеет спад. Поэтому реальные импульсы (см. рисунок 22) характеризуется следующими параметрами:

U_m – амплитуда импульса;

∆U – спад вершины импульса;

τ_ф – длительность фронта импульса;

τ_с– длительность спада импульса;

τ_и – длительность импульса.

Значения τ_ф τ_спринято определять на интервале времени, в течение которого сигнал изменяется в пределах (0,1 – 0,9) U_m. Длительность импульса t_и определяют на уровне 0,1·U_m. Для периодической последовательности импульсов период следования T = t_и + t_п, скважность Q = , коэффициент заполнения J = и частота повторения импульсов F = .

В симметричном мультивибраторе:

– период колебания T ≈ 1,4 · R₁ · C;

– амплитуда импульсов U_m ≈ ;

– длительность импульсов τ_и ≈ 0,7 R₁ · C;

– длительность переднего фронта τ_ф ≈ 2R_К · C.

Существенным недостатком рассмотренного мультивибратора является малая крутизна передних фронтов выходных импульсов, которые вырождаются в экспоненты из-за протекания зарядных токов конденсаторов по коллекторным нагрузкам. Этот недостаток устраняется введением дополнительных путей протекания токов с последующим их разделением диодами.