Мультивибратор в режиме синхронизации и деления частоты

При воздействии переменного напря­жения на автоколебательную систему возможен режим, при котором частота генерируемых колебаний изменяется и становится равной или кратной частоте воздействующего напряжения. Такое воздействие называютсинхрониза­цией.

Синхронизация необходима для стро­гой временной согласованности работы нескольких генераторов.

Синхронизирующий генератор, опре­деляющий частоту всех остальных гене­раторов, бывает как релаксационным, так и генератором синусоидальных ко­лебаний, часто с кварцевойстабилиза­цией. В последнем случае синхрониза­ция повышает стабильность частоты ко­лебаний синхронизируемых генераторов. Как будет показано дальше, синхро­низацию — при прочих равных услови­ях — лучше всего производить кратковременными остроконечными импульсами.

Принципиально синхронизация мультивибраторов на транзисторах и на электронных лампах аналогична. Рассмотрим процессы, проис­ходящие при синхронизации мультивибратора не транзисторах.

Обычно синхроимпульсы вводятся в цепь базы {рис. 234, а). До их поступления мультивибратор генерирует колебания с периодом Т. Пусть в момент времени t1 когда положительное напряжение на базе транзистора имеет еще большую величину (рис. 234, (5), по­ступает первый отрицательный синхроимпульс. При этом понизив­шееся напряжение U₀ оказывается еще выше уровня отпирания тран­зистора и состояние схемы сохраняется прежним: триод T1 остается запертым, триод T2 открытым, а конденсатор С₂ продолжает разря­жаться. Аналогично действует и второй синхроимпульс. Третий, чет­вертый, пятый и шестой импульсы поступают на базу транзистора Т₁ когда он открыт, и поэтому не вызывают опрокидывания схемы. Только в момент t2 под действием седьмого импульса напряжение на базе T1 становится ниже нуля и транзистор открывается. Появившийся ток i1_к обусловливает повышение потенциала коллектора T1. В резуль­тате на базу T2 передается положительный скачок напряжения, умень­шающий ток i2_k, и т. д.

Таким образом, седьмой синхроимпульс вызывает опрокидывание на время Δt раньше, чем оно наступило бы самостоятельно.

Так как продолжительность открытого состояния транзистора T1 по-прежнему определяется скоростью разряда С₂, то и следующее самостоятельное опрокидывание схемы произойдет в момент t₃ па время Δ t раньше (рис. 234, б). В результате к моменту поступления восьмого синхроимпульса напряжение на базе запертого транзистора Т1 достигнет сравнительно низкого уровня, поэтому схема вновь опрокинется преждевременно. Аналогичное состояние наступит в схеме к моменту прихода девятого, десятого и всех последующих импульсов, т. е. схема начнет работать в режиме синхронизации.

При этом продолжительность запертого состояния транзистора Т1 и период колебаний в целом с момента времени t2определяются ча­стотой поступающих синхроимпульсов.

Устойчивая синхронизация происходит, когда частота следования синхроимпульсов f_сннхр больше собственной частоты колебаний муль­тивибратора f. Обычно f_синхр = (1,2 - 1,4) f.

В момент включения источника синхроимпульсов (t_t) соотношение фаз синхронизирующего и синхронизируемого напряжений случай­ное. Поэтому в схеме происходит переходный процесс, который в рас­смотренном случае длится в течение времени t1-t2. Амплитуда синхро­импульсов существенно влияет на длительность этого процесса. При большой амплитуде синхроимпульсов напряжение на базе запертого транзистора уже в момент t1 оказалось бы ниже нуля и схема засинхронизировалась бы первым синхроимпульсом.

Стабильность частоты синхронизируемого генератора зависит от крутизны переднего фронта синхроимпульса. Чем больше крутизна, тем меньше при изменении температуры изменяется период колебаний.

Рис.234.

В случае, когда f_сннхр > f, мультивибратор работает в режиме деления частоты, т. е. частота колебаний на выходе мультивибра­тора в целое число раз меньше частоты следования синхроимпульсов. Пусть первый синхроимпульс воздействует на схему (рис. 234, б) в момент t1 (рис. 234, в). Второй синхроимпульс отпирает транзистор Т₁ раньше, чем он открылся бы самостоятельно. Начиная с этого момента, каждый третий синхроимпульс (5-, 8-, 11-й и т. д.) опроки­дывает схему, вследствие чего период вынужденных колебаний муль­тивибратора T_вых = 3T_синхр, а частота f_вых =1/3f_сннхр

Оотношение частоты синхронизирующего напряжения к частоте вынужденных колебаний мультивибратора называют коэффициен­том деления частоты:

Коэффициент п и период Т_вых существенно зависят от амплитуды синхроимпульсов. Если амплитуда синхроимпульсов была бы больше показанной на рис. 234, в, то транзистор Т1, открылся бы первым импульсом и далее отпирался бы каждым вторым импульсом. В этом случае п =2 и Т_вых = 2Т_синхр..

Для получения большого п необходимо уменьшать амплитуду синхроимпульсов. Однако при небольшой амплитуде синхроимпульсов на коэффициенте деления может сказаться нестабильность собственных колебаний мультивибратора; при изменении температуры изменится крутизна кривой разряда хронирующего конденсатора и амплитуда выбранного синхроимпульса окажется недостаточной для опрокиды­вания схемы, она опрокинется следующим синхроимпульсом, т. е. коэффициент деления окажется больше требуемого.

Практически коэффициент деления п выбирают не более 5—6. Для получения большего коэффициента деления применяют несколько релаксационных делителей, включенных последовательно. Их коэффициенты деления n1,n2,n3,... обеспечивают общий заданныйкоэффициент n = n1n2n3....