8. Мультивибраторы

Мультивибраторы предназначены для получения импульсов прямоугольной формы с заданными амплитудой, длительностью и частотой повторения. Мультивибраторы, которые возбуждаются самостоятельно, относятся к автоколебательным, если же они работают под воздействием внешних сигналов, то называются ждущими. Такие устройства используются в тех случаях, когда не предъявляются жесткие требования к частоте повторения и длительности выходных импульсов.

8.1. Мультивибраторы с коллекторно - базовыми связями

С

Рис. 8.1

Рис. 8.2

хема простейшего автоколебательного мультивибратора на транзисторах c коллекторно-базовыми связями приведена на рис. 8.1, а временные диаграммы его работы на рис. 8.2.

Поскольку мультивибратор работает в автоколебательном режиме, то рассмотрение процессов, происходящих в схеме, можно начать с любого момента времени.

Предположим, что в момент времени транзистор VT1 насыщен, а VT2 закрыт, при этом конденсатор разряжен, а заряжен и разряжается по цепи , коллектор - эмиттер открытого транзистора VT1. До тех пор, пока не разрядится конденсатор транзистор VT2 будет находиться в закрытом состоянии, так как на правой обкладке конденсатора будет сохраняться отрицательный заряд. В течение времени разряда этого конденсатора на коллекторе транзистора VT2 поддерживается высокий потенциал, т.е. формируется положительный перепад импульса. После разряда транзистор VT2 начинает открываться, конденсатор заряжается по цепи -переход база-эмиттер. При этом потенциал базы VT1 становится более отрицательным, что приводит к его запиранию и формированию на коллекторе положительного перепада. В это время на коллекторе транзистора VT2 формируется отрицательный перепад импульса. Таким образом, длительность формирования импульсов связана с постоянной времени разряда конденсаторов , а длительность их фронтов – с постоянной времени заряда .

В дальнейшем рассмотренные в схеме переходные процессы повторяются. Длительность положительного и отрицательного перепадов импульсов определяется следующим образом:

_, (8.1)

_. (8.2)

В случае симметрии схемы период повторения

(8.3)

Длительность переднего фронта (переход транзистора из режима насыщения в режим отсечки) рассчитывается следующим образом:

. (8.4)

Время формирования заднего фронта (переход транзистора из режима отсечки в режим насыщения) находится из выражения:

, (8.5)

где , – предельная частота усиления по току транзистора в схеме с общей базой. Величины резисторов в схеме выбираются из условий:

; (8.6)

степень насыщения транзисторов , а сопротивление в цепи базы:

; (8.7)

амплитуда выходного импульса:

. (8.8)

Для получения хорошей формы импульса необходимо выполнять условие .

Недостатком мультивибраторов с коллекторно-базовыми связями является большая длительность положительных фронтов импульсов. Лучшую форму импульсов позволяет получить схема с блокировочными диодами, приведенная на рис. 8.3.

В данной схеме через блокировочные диоды VD1 и VD2 параллельно коллекторным резисторам включены зарядные резисторы . Поэтому разряд конденсаторов происходит через эквивалентные сопротивления коллекторной нагрузки.

. (8.9)

Во время заряда конденсатора диод закрыт и перезаряд емкости происходит через резистор , а напряжение на коллекторе нарастает с постоянной времени , где , – емкость коллекторной нагрузки. В этом случае длительность фронта импульса становится значительно меньше. Такая схема позволяет улучшить предельную скважность импульсов.

Е

Рис. 8.3

Рис. 8.4

с. 8.4

ще одной схемой, позволяющей уменьшить положительные фронты, является схема мультивибратора с фиксацией коллекторных потенциалов (рис. 8.4).

При запирании транзистора напряжение на коллекторе, достигая величины, примерно равной , больше не увеличивается вследствие открывания диодов. Длительность положительных фронтов уменьшается и находится из выраженгия

(8.10)

Амплитуда выходного импульса , длительность полупериодов

. (8.11)

Для обеспечения хорошей температурной стабильности параметров мультивибратора необходимо использовать кремниевые транзисторы.