Автоколебательный мультивибратор

Действие мультивибратора основано на следующих положениях. Прямоугольные импульсы формируются на коллекторах транзисто­ров: плоская вершина — когда транзистор заперт и его коллектор имеет относительно высокий (по абсолютному значению) потенци­ал; пауза между импульсами — когда транзистор насыщен и потен­циал его коллектора мал, а фронты — когда транзистор переходит из запертого состояния в насыщенное и наоборот. Как будет пока­зано далее, продолжительности запертого и насыщенного состояний транзисторов (т. е. длительности генерируемых импульсов и пауз между ними) определяются процессами поочередной разрядки кон­денсаторов в плечах мультивибратора.

Рис.223. Автоколебательный мультивибратор. Рис.224.

Мультивибратор, собранный по основной схеме (рис. 223), представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель на транзисторных ключах-инверторах. Схема является симметричной, если оба ее плеча идентичны, т. е. идентичны транзисторы VT1 и VT2 и

Rк1 = Rк2, Rб1 = Rб2, С1 = С2.

Формирование фронта импульса. При одновременно открытых транзисторах в схеме существует положительная обратная связь за счет того, что выход одного ключа соединен со входом другого. Это обстоятельство обеспечивает генерацию колебаний.

Если относительно эмиттера потенциал базы транзистора VТ1 станет, к примеру, более отрицательным, то VT1откроется сильнее и потенциал его коллектора (и базы VT2) повысится (станет менее отрицательным), а потенциал коллектора VT2 (и базы VT1 ) станет более отрицательным. Так, к первоначальному приращению потен­циала добавляется приращение того же знака, поступающее в ис­ходную точку по петле обратной связи.

Поскольку в каждом плече транзистор усиливает поступившее на его вход изменение потенциала, то изменение потенциалов будет нарастать, т, е. происходить лавинообразно

до тех пор, пока транзи­стор VT1 не запрется, и за счет этого не разомкнётся цепь положи­тельной обратной связи.

Лавинообразный процесс протекает доста­точно быстро, за счет чего на коллекторе VT2 формируется крутой передний фронт отрицательного импульса (рис.224, участок а б).

После этого VT1 окажется открытым, а VT2 — запертым.

Формирование плоской вершины импульса. В каждом полуперио­де один транзистор заперт, а другой отперт. В рассматриваемом слу­чае VT1открыт, a VT2 — заперт.

За весьма кратковременный ла­винообразный процесс напряжения Uc1 и Uc2не успевают измениться. После окончания «лавины» заря­женный конденсатор С1 через от­крывшийся транзистор VT1удержи­вает запертым транзистор V Т2, так как напряжение Uc1приложено к промежутку база-эмиттер VT2. Кон­денсатор С2 быстро заряжается через небольшие сопротивления эмит­тер-база VTI и резистор Rк2 в цепи коллектора закрывшегося транзи­стора VT2. Из-за падения напряже­ния на резисторе Rк2 от тока этой зарядки потенциал коллектора VT2. не сразу устанавливается равным -Eк (см. рис.2, участок bc).

В это время конденсатор С1 стремится перезарядиться (см. рис.224, кривая U2 в интервале t1—t2) по цепи: +Eк — отпертый транзистор VT1— C1 — Rб2— (-Ек) и на его левую (по схеме) обкладку переносятся положительные заряды, что может привести к изменению полярности обкладок С1 (на рис.224 показано пунктиром).).

Пока транзистор VT2 заперт, потен­циал его коллектора остается неизменным — формируется плоская вершима импульса (см. рис.224, участок cd). Однако как только напряжение Uc1окажется близким к нулю, транзистор VT2 начинает отпираться, оба транзистора оказываются отпертыми и в схеме вновь возникают условия для лавинообразного процесса.

Формирование заднего фронта (среза) импульса. При одновре­менно отпертых транзисторах потенциал базы транзистора VT2 ста­новится более отрицательным и он открывается сильнее. Потенци­ал коллектора VT2 (и базы VT1) повышается (становится менее от­рицательным), а потенциал коллектора VT1 (и базы VT2) становится более отрицательным и т. д. Это лавинообразное изме­нение потенциалов будет происходить до тех пор, пока транзистор VT1 не запрется, и за счет этого не разомкнётся цепь положитель­ной обратной связи. При таком лавинообразном процессе на кол­лекторе VT2 формируется задний фронт отрицательного импульса (см. рис.224, участок de). После чего VT2 окажется открытым, а VT1— запертым.

Пауза. Время, в течение которого напряжение на конденсаторе С1, снизившись от Uc1≈ Eк до Uc1 ≈ 0, а затем сохраняется примерно равным нулю (транзистор VT2 остается отпертым), составляет паузу между импульсами (см. рис.224, промежуток t2-t3.). Дальнейшее по­ведение схемы аналогично описанному; начинает разряжаться кон­денсатор С2, удерживая транзистор VT1 запертым; как только напря­жение Uc2окажется близким к нулю, транзистор VT1 отпирается — возникает новая «лавина», после чего процессы в мультивибраторе будут повторять те, с которых было начато рассмотрение его работы.

Так на коллекторах обоих транзисторов поочередно формиру­ются отрицательные прямоугольные импульсы (см. рис. 224, кривые Uk1 и Uk2).

Из изложенного следует, что длительность запертых состояний транзисторов, т. е. длительность импульса и паузы определяются постоянными времени перезарядки конденсаторов (τ1 = C1Rб2, τ2 = C2Rб1). В соответствии с этим цепи C1Rб2 и C2Rб1называют времязадающими