Принцип действия

Схема транзисторного мультивибратора с коллекторно-базовыми ёмкостными связями.

2 Нетастабильных состояния.

Состояние 1: Q1 закрыт, Q2 открыт и насыщен, C1 быстро заряжается базовым током Q2 через R1 и Q2, после чего при полностью заряженном C1 (полярность заряда указана на схеме) через R1 не течет ток, напряжение на C1 равно (ток базы Q2)* R2, а на коллекторе Q1 — питанию.

Напряжение на коллекторе Q2 невелико (падение на насыщенном транзисторе).

C2 заряжен ранее в предыдущем состоянии 2, полярность по схеме. Получаем напряжение на базе Q1 = (небольшое напряжение на коллекторе Q2) — (большое напряжение на C2) — то есть отрицательное напряжение, наглухо запирающее транзистор.

Состояние 2: то же в зеркальном отражении.

Переход из состояния в состояние: в состоянии 1 C2 начинает медленно перезаряжаться через открытый Q2 и R3. Отрицательное напряжение на нём уменьшается, а напряжение на базе Q1 — растет, пока через довольно длительное время не достигнет положительного значения.

Это приведет к началу открытия Q1, появлению коллекторного тока через R1 и Q1 и падению напряжения на коллекторе Q1 (падение на R1). Так как C1 заряжен и быстро разрядиться не может, это приводит к падению напряжения на базе Q2 и началу закрытия Q2.

Закрытие Q2 приводит к снижению коллекторного тока и росту напряжения на коллекторе (уменьшение падения на R4). В сочетании с перезарядкой C2 это ещё более повышает напряжение на базе Q1. Эта положительная обратная связь приводит к насыщению Q1 и полному закрытию Q2.

Такое состояние (состояние 2) поддерживается в течение времени перезаряда C1 через открытый Q1 и R2.

Таким образом, постоянная времени одного плеча есть С1 * R2, второго — C2 * R3. Это дает длительность импульсов и пауз.

Также эти пары подбираются так, чтобы падение напряжения на резисторе в условиях протекания через него тока базы было бы большим, сравнимым с питанием.

R1 и R4 подбираются как много меньшие, чем R2 и R3. Зарядка конденсаторов через R1 и R4 должна быть быстрее, чем перезарядка через R2 и R3.

1,25

Автоколивальний мультивібратор – це релаксаційний автогенератор напруги прямокутної форми. Термін “автогенератор” означає, що він генерує коливання, які не згасають без будь-якого впливу ззовні і не має стійких станів рівноваги. Релаксаційний характер вихідних коливань вказує на те, що умови самозбудження виконуються в широкому діапазоні частот. У мультивібраторі частота слідування імпульсів прямокутної форми, що періодично повторюються, визначається параметрами кіл, які задають тривалість перемикання властивостями схеми й режимами її живлення. На частоту автоколивань впливає навантаження. Часто автоколивальний мультивібратор застосовують як генератор імпульсів великої тривалості, які далі використовують для формування імпульсів необхідної тривалості та амплітуди. Таким чином, мультивібратори, що працюють в автоколивальному режимі, застосовують найчастіше як задавальні генератори. У зв’язку з цим до мультивібратора ставляться вимоги високої стабільності частоти, якої можна досягти лише застосуванням спеціальних заходів. Відносна нестабільність частоти під впливом дестабілізувальних факторів становить приблизно кілька відсотків.

У процесі проектування автоколивальних мультивібраторів як елементну базу використовують біполярні транзистори, а також аналогові та цифрові інтегральні схеми (ОП і логічні елементи). Напівпровідникові прилади в мультивібраторах працюють у ключовому режимі.

Мультивібратори на операційних підсилювачах. Для побудови автогенераторних пристроїв з прямокутною формою генерованих коливань необхідно скористатися компараторним ввімкненням ОП з позитивним зв’язком. Основою мультивібратора (рис. 13.1, а) є компараторний пороговий вузол на ОП з пороговою характеристикою. Режим автоколивань у схемі забезпечується позитивним зворотним зв’язком, що ОП підсилювач з його виходу на неінвертувальний вхід за допомогою подільника напруги на резисторах R 1, R 2. Коло, що складається з конденсатора C та резистора R, забезпечує процес перемикання схеми з одного тимчасового стійкого стану в інший. Воно ввімкнене між виходом ОП та інвертувальним входом і утворює коло негативного зворотного зв’язку. Для нормальної роботи мультивібратора позитивний зворотний зв’язок має бути сильнішим.

Розглянемо суть перебігу процесів у мультивібраторі. Припустимо, що в інтервалі часу від t = 0 до t = t_i рівень напруги на виході ОП U _вих = U ⁺ _вих» E ⁺ _с. Тоді напруга на неінвертувальному вході також позитивна і стала:

U ⁺ _вих = b U ⁺ _вих,

де b = R 1/(R 1+ R 2), а напруга на інвертувальному вході, яка дорівнює напрузі на конденсаторі (U ^– _вх= U_с), експоненційно збільшується, прагнучи до асимптотичного рівня U ⁺ _вих внаслідок зарядження конденсатора через резистор R. У момент часу t = t⁺_i напруга на інвертувальному U⁺ _вхвході (на конденсаторі) досягає рівня напруги на неінвертувальному вході U ^– _вх (U ⁺ _вх= U ^– _вх) і ОП входить у підсилювальний режим. Вихідна напруга зменшується, а отже, зменшується, через подільник R 1, R 2 напруга U _вх, що викликає подальше зменшення вихідної напруги і т. д.

Такий лавиноподібний регенеративний процес закінчується тим, що U _вих стрибкоподібно досягає рівня U ^– _вих = - E с, а U⁺ _вх = b U ^– _вих (відбувається перемикання ОП у протилежний стан).

Тепер конденсатор С розряджається через транзистор R та вихід ОП, і напруга на інвертувальному вході зменшується з тією самою сталою часу , що і при зарядженні конденсатора, прагнучи до асимптотичного рівня U ^– _вих.

У момент t=t ₂, коли при перезарядженні напруга на конденсаторі U _вх (вході, що інвертує) зрівняється з напругою на інвертувальному вході U⁺ _вх, знову відбувається перемикання ОП. Цим завершується формування негативного імпульсу вихідної напруги тривалістю . При цьому , а шпаруватість імпульсної напруги дорівнює двом. У подальшому процеси повторюються із заданою періодичністю. Період коливань імпульсної напруги симетричного мультивібратора за умови рівності тривалостей підтримування високого й низького рівнів напруги ():

.

Частота слідування імпульсів: F =1/ T =1/2 t_i.

Інтервал часу t_i можна визначити, наприклад, через інтервал часу t⁺_i, протягом якого відбувається перезарядження конденсатора С через резистор R у колі з напругою U⁺ _вих від - b U ^– _вих до U⁺ _вих (рис. 13.1, б):

t_i= t ln(1+2 R 1/ R 2).

1,26

Дата добавления: 2015-11-16