Краткие теоретические сведения

Исследование мультивибратора

Лабораторная работа №12

Сделать краткие выводы по работе

Контрольные вопросы

Методические указания

Порядок выполнения работы

2.1 Собрать схему автогенератора, показанную на рисунке 1, используя графические обозначения на сменной панели 87Л-01/21.

2.2 Добиться самовозбуждения генератора, используя конденсаторы, номинальные емкости которых приведены в таблице 1.

2.3 Измерить и рассчитать частоты генерации, занося результаты в таблицу 1.

Таблица 1

Емкость конденсатора С2, мкФ
Частота генерации, кГц	Измеренная
Рассчитанная

2.4 Определить минимальное напряжение источника коллекторного питания Е_К и сопротивления резистора нагрузки R₄, при которых генератор сохраняет работоспособность. Отразить эти значения в выводе.

2.5 Выяснить влияние конденсатора С₅ на параметры колебаний.

3.1 Для выполнения работы используют:

R₁=51 кОм, R₂=10 кОм, R₃= 100 Ом, R₄=22 кОм (переменный), С₁=0,01 мкФ, С₂=100 пФ, 510 пФ, 1 нФ, 10нФ; С₃=С₄=0,022 мкФ, С₅=100 пФ, 510 пФ; L₁ и L₂ – фильтр Z1 (выводы катушки L₂ припаяны к штырям, а катушка L₁ имеет гибкие выводы с однополюсными вилками на концах); VT1 – транзистор КТ361А, перемычка.

3.2 Для питания схемы на выходе ГН2 устанавливают по ИВ стенда напряжение 10 В и подают его, соблюдая полярность, к гнездам «-Е_К» и Х6.

3.3 Если генератор не возбуждается, проверяют выполнение условия баланса фаз, поменяв местами выводы катушки L₁. Затем устанавливают конденсатор С₅=100 пФ (при С₂=100 пФ) и убеждаются в его влиянии на частоту генерации. Тоже повторяют при С₅=510 пФ.

3.4 Уменьшая напряжение источника питания Е_К и измеряя по ИВ выходное напряжение ГН2, определяют, при каком напряжении питания происходит срыв генерации. Затем, увеличивая нагрузку (уменьшая сопротивление резистора R₄), определяют, при каком сопротивлении нагрузки происходит срыв генерации (сопротивление R₄ измеряют АВО).

4.1 Какими параметрами схемы определяется частота колебаний генератора?

4.2 Каков физический смысл баланса фаз?

4.3 Как влияет сопротивление резистора R₄ на амплитуду автогенератора?

Цель работы: Изучить принцип действия мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме. Наблюдать его работу в режиме синхронизации и деления частоты.

Мультивибратор представляет собой импульсный автогенератор и предназначен для генерации периодической импульсной последовательности. Форма выходных импульсов мультивибратора близка к прямоугольной, а скважность находится в пределах от 2 до 20. Для таких генераторов характерно чередование интервалов времени, когда напряжение на выводах транзисторов изменяется медленно или не изменяется вовсе, с моментами лавинообразного и быстрого его изменения – перепадами, которые на экране осциллографа наблюдаются как разрывы.

Рассмотрим работу мультивибратора в автоколебательном режиме.

В момент а транзистор VT1 открыт (рисунок 1), насыщен и напряжение U_KVT1 на его коллекторе мало. При этом конденсатор С₂ разряжен почти до нуля, а конденсатор С4 заряжен почти до напряжения Ек источника, причем его электрод, подключенный к базе транзистора VT1, заряжен положительно. Транзистор VT2 закрыт, напряжение на его коллекторе близко к напряжению источника Е_К. Напряжение на базе VT2 приближается к нулю.

Сразу же вслед за моментом а напряжение на базе транзистора VT2 становится отрицательным, так как завершается заряд конденсатора С₂ через насыщенный транзистор VT1, источник питания Е_к и резистор R₂. Появляется ток базы транзистора VT2, он начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается из-за падения напряжения на резисторе R₄, вследствие чего начинает закрываться транзистор VT1, так как напряжение на его базе также уменьшается. При этом напряжение на коллекторе транзистора VT1 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на базе транзистора VT2 и увеличению его базового тока I_Б2, проходящего по цепи: +Ек (корпус) → эмиттер-база транзистора VT2 → параллельно включенные резисторы R1 и R2. В результате транзистор VT2 переходит в насыщение и напряжение на его коллекторе уменьшается до U_КЭVT2min. К базе транзистора VT1 через насыщенный транзистор VT2 подключается заряженный почти до напряжения источника Ек конденсатор С₄, а транзистор VT1 закрывается.

Процесс переключения мультивибратора в новое временно устойчивое состояние происходит лавинообразно и завершается в момент b.

В интервале времени bc в схеме происходят следующие процессы:

- напряжение на коллекторе транзистора VT1 сначала увеличивается по экспоненте, так как ток заряда I_з – конденсатора С₂ создает падение напряжения на резисторе R₁, уменьшающееся по мере заряда, а затем по окончании заряда коллекторное напряжение транзистора VT1 становится близким к напряжению источника Е_К;

- напряжение U_КЭVT2min на коллекторе транзистора VT2 мало;- напряжение на базе транзистора VT1 положительное и уменьшается по экспоненте в соответствии с разрядом конденсатора С₄ током Iр по цепи: +С₄ → R₃ → -Е_К → +Е_К (корпус), → насыщенный VT2 → С₄;

- напряжение на базе транзистора VT2 сначала увеличивается, а затем уменьшается по экспоненте до уровня, определяемого током, проходящим через резистор R₂. Выброс и экспоненциальный спад напряжения объясняют тем, что ток заряда конденсатора С₂ через переход эмиттер – база транзистора VT2 сразу же вслед за моментом а близок к току коллектора транзистора VT1 в режиме насыщения, а затем по мере заряда конденсатора С₂ этот ток уменьшается по экспоненте, при этом одновременно уменьшается напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT2;

- по окончании заряда конденсатора С₂ ток базы транзистора VT2 определяется сопротивлением резистора R₂; этот ток должен быть достаточным для удержания транзистора VT2 в насыщении.

В момент с конденсатор С₄ разряжается до нуля и начинается процесс опрокидывания схемы в первое временно устойчивое состояние. При этом появляются токи базы и коллектора транзистора VT1, уменьшается напряжение на его коллекторе, он опрокидывается и переходит в насыщение, а конденсатор С₄ заряжается через эмиттерный переход транзистора VT1. Временно устойчивое состояние длиться до момента е, пока конденсатор С₂ не разрядиться до нуля.

Таким образом, электрическое состояние мультивибратора в момент е такое же, как в момент а, т.е. в схеме происходит автоколебательный процесс. Длительности импульсов мультивибратора: (1)

а частота и период следования: (2)

Если номинальные значения времязадающих элементов схемы, попарно одинаковы, т.е. R₂=R₃=R и С₂=С₄=С, мультивибратор становится симметричным и генерирует импульсы со скважностью 2. Временные параметры выходного сигнала симметричного мультивибратора определяют по формулам:

(3)

Длительность фронтов отрицательных перепадов на коллекторах транзисторов определяют по формулам:

(4)

Дата добавления: 2017-02-01