Мультивибратор (генератор прямокутних коливань)
1. Основні поняття
Для отримання імпульсів прямокутної й іншої форми застосовуються пристрої, які називаються релаксаційним генераторами. Всякий генератор будується на основі підсилювача і ланцюгів позитивного зворотного зв'язку, за якими частина вихідного сигналу підсилювача подається на його вхід (див. Лабораторну роботу № 10). Релаксаційні генератори, у яких петля позитивного зворотного зв'язку створюється за допомогою резисторних каскадів, називаються мультивібратора. Мультивибратор, в залежності від його конструкції, може працювати в режимі очікування або в режимі автоколивань.
Режим мультівібратор працює як спусковий пристрій з одним стійким станом. Зовнішній запускає імпульс викликає стрибкоподібне перехід чекає мультивібратора в новий стан, який не є стійким. У цьому стані, званому квазірівноважної, в схемі мультивібратора відбуваються зміни, що призводять до зворотного стрибка, в результаті якого схема переходить в початковий стійкий стан. Тривалість стану квазірівноваги, що визначає тривалість прямокутного вихідного імпульсу чекає мультивібратора, залежить тільки від параметрів його схеми. Таким чином, чекає мультивибратор застосовується для формування одного прямокутного імпульсу заданої тривалості при впливі на нього зовнішнього імпульсу, що запускає.
Автоколебательний мультивибратор має два стани квазірівноваги, і може стрибком переходити з одного стану в інший без будь-якого зовнішнього впливу. При цьому він генерує прямокутні імпульси, амплітуда, тривалість і частота повторення яких визначаються параметрами його схеми.
2. Транзисторний симетричний мультивібратор
Принципова схема мультивібратора на n-p-n транзисторах приведена на рис. 1.
Мал. 1. Принципова схема мультивібратора
на n-p-n транзисторах.
Поштовхом до розвитку лавиноподібних процесів в мультивібраторі, що призводять до переходу з одного стану квазірівноваги в інше, є флуктуації струмів, що протікають в елементах схеми після включення живлення. Для простоти розгляду будемо вважати, що висота потенційних бар'єрів транзисторів дорівнює нулю. У схемі (рис.1) після подачі напруги живлення Е в транзисторах потечуть струми, а також почнуть заряджатися конденсатори і по ланцюгах «позитивний полюс джерела живлення - колекторні резистори - конденсатори - переходи база-емітер транзисторів - загальний провід». Внаслідок флуктуацій колекторні струми транзисторів НЕ будуть абсолютно незмінними. Припустимо, що струм першого транзистора отримав приріст. Збільшення колекторного струму транзистора викликає зменшення напруги на його колекторі, так як. Негативний стрибок напруги на колекторі першого транзистора через конденсатор виявляється прикладеним до переходу «база - емітер» другого транзистора, що викличе зменшення колекторного струму другого транзистора і відповідно збільшення напруги на його колекторі. Збільшення колекторного напруги другого транзистора, в свою чергу, викличе збільшення напруги на базі першого транзистора і нове збільшення його колекторного струму, і т. Д. В результаті через дуже малий проміжок часу перший транзистор повністю відкриється, а другий повністю закриється. У цей момент (на рис. 2) відбувається формування фронтів вихідних імпульсів. Після цього конденсатор продовжить заряджатися через відкритий перший транзистор і резистор до напруги харчування. Конденсатор, раніше заряджений з полярністю, вказаною на рис. 1, через малий опір відкритого першого транзистора виявляється підключеним до переходу «база - емітер» другого транзистора і утримує його в закритому стані, так як напруга на його базі становітсяотріцательним.
Однак такий стан не є стійким. Конденсатор починає заряджатися через відкритий перший транзистор і базовий резистор. У міру перезарядки конденсатора, напруга на базі другого транзистора збільшується. Коли воно стає рівним нулю, другий транзистор відкривається, і його коллекторное напруга зменшується. Негативний перепад напруги на колекторі другого транзистора замикає перший транзистор (момент часу). Цей стан теж нестійкий. Як тільки другий транзистор відкриється, а перший закриється, конденсатор почне перезаряджатися через резистор і відкритий другий транзистор. Коли напруга на ньому стане рівним нулю, відкриється перший транзистор, і цикл коливань в схемі мультивібратора повториться (момент часу). Графіки напруг на базах і колекторах транзисторів мультивібратора наведені на рис. 2.
Мал. 2. Графіки напруг в транзисторному
В процесі роботи мультивібратора напруги на конденсаторах змінюється від до.
У загальному випадку напруга на конденсаторі ємністю під час його зарядки від джерела з напругою через резистор змінюється за законом
Якщо конденсатор, заряджений до напруги, розряджається через резистор, то напруга на ньому
Якщо заряджений до напруги конденсатор через резистор підключається до джерела, що має протилежну полярність, відбувається процес перезарядки (напруга на конденсаторі спочатку зменшується до, а потім прагне до), який описується рівнянням