Мультивибраторы

Генераторы пилообразного напряжения

Пилообразным называют напряжение, нарастающее пропорционально времени и убывающее скачкообразно. На рис. 51, а показано идеальное пилообразное напряжение, имеющее время нарастания t_нар и время спада t_сп, равное нулю. Очевидно, что период такого напряжения Т равен времени нарастания. Реальные генераторы пилообразного напряжения имеют не совсем линейно нарастающее напряжение и не равное нулю время его спада (рис. 51, б).

Пилообразное напряжение применяют для разверстки электронного луча в электронно-лучевых приборах.

Рис. 51. Кривые изменения идеального (а) и реального (б) пилообразного напряжения

Рассмотрим работу управляемого транзисторного генератора пилообразного напряжения с емкостной обратной связью (рис. 52).

Рис. 52. Схема генератора пилообразного напряжения

Генератор управляется импульсами отрицательной полярности через диод VDI. В исходном состоянии транзистор VT1 заперт положительным напряжением, подаваемым от источника э.д.с. Е_бэ через резистор R₂, диод VDI и резистор R₁. Конденсатор С заряжается через R_K, R₁, VDI и R₂ приблизительно до напряжения Е_кэ. При подаче управляющего импульса диод VD1 запирается. Транзистор VTI открывается, так как напряжение на его базу подается теперь через резистор R. Начинается разряд конденсатора через открытый транзистор. Потенциалы базы и коллектора в момент отпирания транзистора скачком уменьшаются. Емкостная обратная связь между коллектором и базой поддерживает ток разряда конденсатора почти неизменным.

В момент окончания управляющего импульса диод отпирается, транзистор закрывается напряжением источника э.д.с. Е_бэ, и начинается заряд конденсатора С.

Для обеспечения полного разряда конденсатора и получения максимальной амплитуды пилообразного напряжения длительность управляющих импульсов выбирают исходя из соотношения

τ = (1,1 – 1,2) t_разр

где t_разр — время разряда конденсатора.

Частота пилообразного напряжения определяется параметрами разрядной цепи и ограничивается частотными свойствами транзистора.

Рассмотренный генератор работает в ждущем режиме, т. е. вырабатывает пилообразное напряжение только при воздействии на вход генератора управляющего напряжения U_упр.

Мультивибратором называется генератор прямоугольного напряжения, которое может быть разложено в ряд, содержащий высшие гармоники. Этим и объясняется название этого устройства.

Схема имеет два неустойчивых состояния, когда один из транзисторов открыт, а другой закрыт (рис. 53). Переход из одного состояния равновесия в другое происходит скачком, почти мгновенно, так как время переходного процесса в транзисторном мультивибраторе измеряется долями микросекунды.

Рис. 53. Схема мультивибратора

В начальный момент времени t = 0 (рис. 54) транзистор VT1 открылся, транзистор VT2 закрылся, конденсатор С₂ начинает заряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R_k2.

Открытие транзистора VT1 связано с прекращением разряда конденсатора С₂, и появлением на базу VT1 отрицательного напряжения, подаваемого через резистор R₆₁ и с прохождением в цепи базы VT1 зарядного тока конденсатора С₂, уменьшающегося по экспоненте с постоянной времени R_K2C₂. Наличием зарядного тока конденсатора С₂ объясняется скругление передних фронтов выходного напряжения U_вых. Величина сопротивления резистора R_б1 выбирается так, чтобы обеспечить работу транзистора VT1 в режиме насыщения.

До тех пор, пока транзистор VT1 открыт и насыщен, через него проходит разрядный ток конденсатора C₁ который разряжается через резистор R_б2 с постоянной времени R₆₂C₁. По мере разряда конденсатора С₁, напряжение на базе транзистора VT2 становится все менее положительным, и через промежуток времени t₁, транзистор VT2 скачком открывается, а конденсатор С₂ начинает разряжаться через транзистор VT2 и резистор R_б1 с постоянной времени R₆₁ C₂. При этом он закрывает транзистор VT1. Конденсатор С₁, в это время будет заряжаться через R_k1 и открытый транзистор VT2.

Мультивибратор называют симметричным, если длительность открытого состояния обоих транзисторов одинакова, т.е. t₁ = t₂. У симметричного мультивибратора R_k1 = R_k2 , R₆₁ = R₆₂ и C₁ = C₂. Времязадающими являются цепи R₆₁, C₂ и R₆₂, C₁. Период колебаний Т = t₁ + t₂.

Важной характеристикой работы мультивибратора является скважность импульсов. Скважностью прямоугольных импульсов называют отношение периода колебаний Т к длительности импульса t₁.

Рис. 54. График изменения токов и выходного напряжения

несимметричного мультивибратора

Мультивибраторы могут быть реализованы на микросхемах. В схеме симметричного мультивибратора (рис. 55) операционный усилитель (ОУ) осуществляет сравнение напряжения U_C на конденсаторе С и напряжения U с делителя, образованного резисторами R ₁ и R ₂. Напряжение U _вых на выходе ОУ пропорционально разности напряжений между его входами ∆ U = U - U_C. Из-за того, что часть выходного напряжения через делитель поступает на вход ОУ, в схеме образуется положительная обратная связь. Если в некоторый момент времени разность ∆ U станет положительной (например, вследствие флуктуации), то положительная обратная связь приведёт к лавинообразному нарастанию напряжения. Его увеличение прекратится, когда U _выx достигнет своего максимально возможного значения U ₀, близкого к положительному напряжению питания + Е. При этом напряжение U будет равно U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂ ). Такое состояние системы сохранится до тех пор, пока напряжение U_C на конденсаторе, заряжающемся через резистор R, не превысит значения U = U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂). Как только разность ∆ U станет отрицательной, напряжение U _вых скачком уменьшится до своего минимального значения - U ₀, близкого к отрицательному напряжению питания - E. Напряжение U станет равным - U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂) и конденсатор начнёт разряжаться. Когда напряжение U_С сравняется c U= -U ₀ R ₁ /(R ₁ + R ₂), выходное напряжение снова скачком увеличится до значения U ₀ и т. д. Время зарядки и разрядки конденсатора одинаково и пропорционально RC.

Рис. 55. Симметричный мультивибратор на операционном усилителе: a - схема; б - временныедиаграммы напряжений; 1 − напряжение U_C; 2 - напряжение U.

Несимметричный мультивибратор (рис. 56) работает аналогичным образом, но с включением в схему диодов D и D' конденсатор заряжается и разряжается через разные резисторы (R и R'), поэтому время зарядки и разрядки различно.

Рис. 56. Несимметричный мультивибратор наоперационном усилителе

Дата добавления: 2014-01-06