Генераторы на транзисторах

Генератор с независимой регулировкой периода и длитель­ности импульса. Длительность импульсов и интервал между ними в генераторе (рис. 10.1) могут устанавливаться независимо друг от друга в широком диапазоне. Эти параметры генератора определя­ются разрядом двух конденсаторов, При разряде конденсатора С1 транзистор VT1 закрыт, a VT2 открыт. Когда же разряжается конденсатор С2, то транзистор VT1 открыт, a VT2 закрыт. При открытом транзисторе VT1 конденсатор С1 заряжается Поскольку транзистор VT1 насыщен, то конденсатор С1 заряжается большим базовым током.

Рис. 10.1

Длительность импульса определяется постоянной времени Ti=RiCi, а интервал между импульсами — постоянной времени т₂ = С₂R4. Для номиналов элементов, указанных на схеме скваж­ность равна 500. При С1=100 мкФ, R1= 150 кОм и С2=б,47 мкФ длительность импульса равна 50 мс, а интервал — 10 с. Эпюры напряжений в точках схемы проиллюстрированы на рисунке.

Рис. 10.2

Генератор инфранизких частот. При включении питания (рис. 10.2) транзистор VT2 находится в открытом состояния. На его эмиттере существует напряжение, равное напряжению источника питания. Положительный перепад напряжения проходит через кон­денсатор С на затвор полевого транзистора VT3. Полевой транзл-стор закрыт. Начинается процесс заряда конденсатора через рези­стор R3. Через некоторое время напряжение на конденсаторе станет таким, что полевой транзистор начнет открываться. Это вызовет открывание транзистора УТ1, который, в свою очередь, закроет транзистор VT2. Конденсатор С начнет разряжаться через резистор R4 и открытые n -р переходы транзистора VTJ и полевого тран­зистора.

Время заряда емкости определяется выражением t₃=0,7 CR_S, а время разряда t_р=0,7 CRz. Эпюры напряжений в точках схемы показаны на рис. 10.2.

Для получения максимально возможного значения t, необходи­мо сопротивление резистора R3 выбирать большим. Поскольку ток затвора полевого транзистора меньше 10~⁸ А, то R3 может прини­мать значения десятков мегаом. Элементы с номиналами, указан­ными на схеме, позволяют получить период следования импульсов 1,4 с. Температурный дрейф составляет 0,6%/град.

Мостовой генератор. Генератор (рис. 10.3, с) имеет два выхода, где формируются сигналы различной полярности. В коллекторе транзистора VT1 формируется импульс отрицательной полярности, а в коллекторе транзистора VT2 — положительной. После вклю­чения питания оба транзистора находятся в закрытом со­стоянии. Начинается процесс заряда конденсаторов. Конденсатор С1 заряжается через резистор R1, а конденсатор С2 — через рези­стор R4. На базе транзистора VT1 увеличивается положительный потенциал. В то же время положительный потенциал базы транзи­стора VT2 уменьшается. Через время T₁ = 0,7 C₁R₁ потенциалы на базах транзисторов сравняются. С этого момента оба транзистора начинают проводить. С открыванием транзистора VT1 конденсатор С2 начнет разряжаться через базовую цепь транзистора VT2 В это же время конденсатор С1 будет разряжаться через базовую цепь транзистора VT1. Оба транзистора окажутся в режиме насы­щения. Напряжение на коллекторе транзистора VT1 изменится с 15 до 7,5 В, а на коллекторе транзистора VT2 — от 0 до 7,5 В В этом состоянии транзисторы будут находиться до тех пор, пока базовые токи способны обеспечить коллекторный ток 5 мА. По достижении этого граничного условия оба транзистора перейдут в активную область. Изменение напряжения в коллекторах транзисторов приве­дет к дальнейшему уменьшению коллекторного тока и в конечном счете к полному закрыванию. Начнется новый цикл работы генера­тора. Время разряда конденсаторов определяется длительностью импульса 2 мкс. Период следования импульсов равен 70 мкс На рис. 10.3,6 приведены эпюры напряжений в точках схемы.

Рис. 10.3 Рис. 10.4

Рис. 10.5

Последовательная схема генератора. При включении питания схемы (рис. 10.4) транзистор VT1 будет открыт напряжением дели­теля R1 и R2. Следом откроется транзистор VT2. Напряжение на его коллекторе равно напряжению питания. Начинается процесс за­ряда конденсатора. Основной цепью заряда будет резистор R4. Напряжение на конденсаторе увеличивается до 6 В. После этого следует закрывание транзистора VT1, а затем и транзистора VT2. Плюсовое напряжение на конденсаторе будет уменьшаться через резистор R6. Наступит момент, когда напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением в базе транзистора VT1. С этого момен­та транзисторы VT1 и VT2 открываются. Начинается новый цикл работы генератора Длительность импульса определяется постоян­ной времени RiCi, а интервал между импульсами - постоянной вре­мени R₈Ci. При указанных на схеме номиналах импульсы выход­ного сигнала имеют период следования 2 кГц.

Высокочастотный генератор. Преобразователь постоянного на­пряжения в частоту (рис. 10.5, а) построен на одном транзисторе, который работает в лавинном режиме. В этом режиме транзистор имеет S-образную вольт-амперную характеристику. Входное напря­жение может меняться до 10 В с девиацией частоты выходного сиг­нала 40 — 50% от максимальной частоты 35 МГц. Крутизна преоб­разования 10 МГц/В.

В исходном состоянии, когда управляющее напряжение равно нулю, конденсатор разряжается через резистор R4. Как только напряжение на конденсаторе спадет до уровня включения транзисто­ра, конденсатор через открытый транзистор быстро заряжается. Затем процесс повторяется. Напряжение на конденсаторе имеет пи­лообразную форму. На выходе генератора формируются импульсы с амплитудой 5 В, длительностью десятки наносекунд и временем нарастания до 4 не. Пропорциональность изменения частоты выход­ного сигнала от управляющего напряжения достигается подбором сопротивления резистора R2. Для R2=Q,5 кОм нелинейность состав­ляет 0,8%, а для R2 = 2 кОм — 0,4%.

Применяемые в схеме транзисторы типа ГТ313А имеют малое напряжение пробоя эмиттерного перехода. Чтобы не произошло от­крывания эмиттерного перехода напряжением на конденсаторе, в цепь включен диод VD1. Для устранения пробоя эмиттерного пере­хода можно применить следящую ОС, осуществляемую при помощи транзистора VT2 (рис. 105,6). Кроме того, этот транзистор позво­ляет повысить нагрузочную способность схемы, если сигнал снимать с эмиттера, и обеспечивает более высокую стабильность частоты.

Рис. 10.6 Рис. 10.7

Формирователь сигнала с большой скважностью. После вклю­чения питания (рис. 10.6) конденсатор заряжается через резисторы R1 и R3. Транзистор VT2 закрыт напряжением с делителя R2 и R5. В закрытом состоянии находится также транзистор VT1. По мере заряда конденсатора напряжение в эмиттере увеличивается. Через некоторое время напряжение на конденсаторе превысит напряже­ние на базе. Транзистор VT2 откроется. Коллекторный ток этого транзистора откроет транзистор VT1. Конденсатор начнет разря­жаться через транзистор VT2, резистор R4 и переход база — эмит­тер транзистора VT1. Напряжение на конденсаторе падает практи­чески до нуля. Наступает момент, когда транзистор⁴ VT2 выходит из насыщения. Начинает закрываться транзистор VT1. Коллектор­ное напряжение его через делитель напряжения R2 и R5 еще больше закрывает транзистор VT2. Возникает лавинообразный процесс, и оба транзистора закрываются. Конденсатор вновь начинает заря-жаться.

Для указанных в схеме номиналов элементов период следования выходных импульсов равен приблизительно 2 с, а длительность им­пульса 2 мкс.

Низкочастотный генератор. Генератор (рис. 10.7) позволяет по­лучить на выходе сигналы с частотой повторения от нескольких миллисекунд до нескольких секунд. Это достигается непосредствен­ной связью между транзисторами разной проводимости. При вклю­чении питания транзистор VT2 открывается и его коллекторный ток открывает транзистор VT1. В цепи коллектора транзистора VT1 устанавливается напряжение, равное напряжению питания. Поло­жительный перепад напряжения пройдет в базу транзистора VT1 и еще больше откроет его. Конденсатор С будет заряжаться через базовую цепь транзистора VT1. Время заряда конденсатора опре­деляет длительность выходного импульса т_и = ЯбС. При R& равном нулю, следует учитывать входное сопротивление транзистора VT1, равное 100 — 200 Ом. После того как конденсатор зарядится, тран­зистор VT2 начинает выходить из насыщения. В этой связи умень­шится и ток коллектора транзистора VT1. Конденсатор начинает разряжаться. Цепь разряда состоит из резисторов R1 и R2. В базе транзистора VT2 формируется отрицательный импульс, который закроет его. Время разряда конденсатора определяет период следо­вания импульсов T = R1C. Для номиналов элементов, указанных на схеме, длительность импульса равна 5 мс, период следования им­пульсов 1 с.

Рис. 10.8

Генератор сигнала с управляемым периодом. Генератор (рис. 108, а) собран на двух транзисторах разного типа проводи­мости. При включении питания оба транзистора находятся в закры­том состоянии. Конденсатор С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Напряжение в эмиттере VT1 будет уменьшаться во времени. Как только оно сравняется с управляющим напряжением, транзистор VT1 откроется. В открытое состояние переходит и транзистор VT2 Про­исходит разряд конденсатора через оба транзистора. Открытое со­стояние транзисторов определяет длительность импульса, равную 1 мкс. После разряда конденсатора начинается новый цикл работы генератора. Зависимость периода следования импульсов от управ­ляющего напряжения пбказана на рис. 108,6

Мостовая управляемая схема генератора. Генератор (рис. 10 9, а) построен на составных транзисторах. Частота импульсов выходного сигнала меняется с помощью напряжения на базе транзистора VT1. С увеличением управляющего напряжения амплитуда импуль­сов уменьшается U_Вых=10 В — U_ynp. Длительность импульса (2 мкс) остается без изменения. Период следования импульсов оп­ределяется цепочкой С2, R3 и напряжением в базе транзистора VT1. При включении питания конденсатор С2 заряжается через рези­стор R3. В первый момент напряжение на базе транзистора VT2 будет практически равно 10 В. По мере заряда конденсатора это напряжение уменьшается. Когда оно сравняется с напряжением на базе транзистора VT1, произойдет открывание обоих транзисторов.

Рис. 10.9

Рис. 10.10

Конденсатор начнет разряжаться через открытые транзисторы. Пос­ле разряда конденсатора наступит новый цикл работы. Генератор работает в широком диапазоне частот. С увеличением емкости кон­денсатора частота импульсов уменьшается, а длительность увели­чивается незначительно. Зависимость периода повторения от управ­ляющего напряжения показана на рис. 10.9,6.

Генератор с динамической ОС. Выходной сигнал генератора (рис. 10.10) формируется в тот момент, когда оба транзистора от­крываются. Положительный перепад напряжения в коллекторе тран­зистора VT2 передается на базу транзистора VTL Коллекторный Ток этого транзистора еще больше открывает транзистор VT2. В от­крытом состоянии транзисторы находятся до тех пор, пока конден­сатор разряжается через параллельно соединенные резисторы R4 и R5. При закрывании транзистора VT2 отрицательный перепад на­пряжения на коллекторе закрывает транзистор VTL Конденсатор заряжается через резистор R5. На выходе формируется сигнал, у которого длительность импульса в два раза короче интервала между импульсами. Длительность интервала определяется т«ЗС|R₅.

Мостовая схема с пороговым транзистором. Генератор (рис. 10.11, а) собран на мостовом времязадающем элементе, со­стоящем из цепочек R2, С2 и JR3, С1. В диагональ моста включен транзистор VTL При включении питания в т. 3 будет положитель­ный перепад напряжения, который откроет транзистор VT2. По мере заряда конденсатора С1 напряжение в т. 3 уменьшается. Постепен­но нарастает напряжение в т. L Когда напряжение в т. 1 будет больше напряжения в т. 3, транзистор VT2 включится в нормаль­ный режим Увеличение напряжения в т. 2 заставит транзистор VT2 открыться. До этого момента на эмиттере транзистора было большое положительное напряжение. С открыванием транзистора VT2 перей­дет в проводящее состояние и транзистор VTL Начинается новый цикл работы генератора. На рис. 10.11,6 приведены эпюры напря­жений в точках схемы и зависимость периода повторения от управ­ляющего напряжения.

Рис. 10.11

Рис. 10.12

Генератор с ограниченной ОС. В генераторе (рис. 10 12, а) оба транзистора находятся в открытом состоянии. Конденсатор включен в цепь ПОС В результате изменения напряжения на коллекторе VT2 транзистор VT1 открывается. Затем следует открывание транзисто­ра VT2, который входит в насыщение. Конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Через некоторое время базовый ток транзистора VT1 уменьшится настолько, что транзистор VT2 выйдет из насы­щения. Положительный перепад в коллекторе транзистора VT2 будет закрывать транзистор VT1. Это приведет к закрыванию обо­их транзисторов.,Они будут закрыты до тех пор, пока конденсатор не разрядится через резисторы R1 — R3. Влияние сопротивления ре­зистора R3 на длительность импульсного сигнала показано на рис. 10.12,6. Если вместо резистора R1 включить диод, то генера­тор будет формировать импульсы длительностью 2 мкс и периодом следования 800 мкс.

Генератор с эмиттерной связью. В момент включения питания (рис. 10.13) транзистор VT2 открыт. В его эмиттере появляется на­пряжение, равное напряжению питания. Положительный перепад на­пряжения действует на эмиттер транзистора VT1. Это напряжение закрывает транзистор VT1. Конденсатор С заряжается через рези­стор R2. В тот момент, когда напряжение в эмиттере будет близко к нулю, транзистор VT1 открывается. Открывание транзистора VT1 изменит напряжение на эмиттере транзистора VT2, что вызовет реге­неративный процесс, приводящий к закрыванию транзистора VT2. С этого момента конденсатор С разряжается через резистор КЗ и открытый транзистор VT1. Потенциал эмиттера тра-нзистора VT1 за все время разряда конденсатора остается почти постоянным и близким к нулю. Транзистор VT2 начнет открываться в тот момент, когда напряжение на конденсаторе будет близко к нулю. В пбсле-дующий момент ток через резистор R3 откроет транзистор VT2 и произойдет переключение транзисторов. Наступит новый цикл работы.

Рис. 10.13 Рис. 10.14

Длительность импульса выходного сигнала определяется выра­жением т_и=0,7С7?з, а время восстановления равно т_в=0,7СЯ₂- Для тех⁴номиналов элементов, которые указаны на схеме, длительность импульса выходного сигнала равна 75 мкс, а период следования 850 мкс. При увеличении сопротивления резистора R2 до 160 кОм период повторения увеличивается до 7,6 мс.

Генератор с двойным мостом. Генератор (рис. 10.14, а) постро­ен на транзисторах разных типов проводимости. Когда один тран­зистор открывается, то перепад напряжения в его коллекторе от­крывает, другой транзистор. Транзисторы либо оба проводят, либо оба закрыты.

При возникновении колебаний конденсаторы заряжаются через открытые транзисторы, а разряжаются через резисторы R2 и R3. Согласование постоянных времени Cl, R2 и С2, R3 стабилизирует период следования импульсных сигналов, длительность которых может быть меньше 1 мкс. Частота следования импульсов опреде­ляется выражением f=1,2/R₂C₂=1,2/R₃C₂. На рис. 10.14,6 приве­дены эпюры напряжений в точках схемы и зависимости периода повторения от R₃.

Управляемый генератор с зарядным конденсатором. При вклю­чении питания (рис. 10.15, а) управляющее напряжение открывает транзисторы VT1 и VT2. Вт.1 будет напряжение 10 В. До этого напряжения конденсатор С1 заряжается через транзистор VTL По мере заряда конденсатора уменьшается коллекторный ток транзи­стора VT1, который поддерживает напряжение 10 В в т. 1. Насту­пит момент, когда напряжение в этой точке уменьшится, что послу­жит причиной закрывания обоих транзисторов. Начнется процесс разряда конденсатора через резисторы R2, R3 и диод VD1. Когда напряжение на коллекторе будет равно управляющему, транзисторы VT1 и VT2 вновь откроются. Время заряда» конденсатора опреде­ляет длительность импульса 10 мкс. На рис. 10.15,6 приведены эпю­ры напряжений в схеме и зависимости длительности периода следования импульсов Т от управляющего напряжения и сопротив­ления резистора R2.

Рис. 10.15

Мостовая схема генератора с усилителем. В генераторе (рис. 10.16, а) времязадающая цепочка состоит из элементов Cl, R2, а пороговым элементом является транзистор VT1, сигнал которого управляет транзистором VT2, осуществляющим сброс заряда инте­грирующего конденсатора. При включении питания в эмиттере тран­зистора VT1 возникает положительное напряжение, которое по мере заряда конденсатора уменьшается. Как только оно сравняется с управляющим напряжением, открывается транзистор VT1. Происхо­дит процесс разряда конденсатора через транзисторы VT1 и VT2. Частота следования импульсов пропорциональна управляющему на­пряжению. На рис. 10.16,6 показана зависимость частоты повторе­ния и периода от управляющего напряжения.

Генератор с двойной ОС. Генератор (рис. 10.17) позволяет по­лучить импульсный сигнал большой скважности. Для тех номиналов элементов, которые указаны на схеме, длительность импульса равна 50 мкс, а скважность можно менять от 2 до 2500. Такая большая регулировка скважности возможна благодаря подключению базовых резисторов R1 и R6 к коллектору транзистора VT3.

Рис. 10.16 Рис. 10.17

В момент включения схемы тран­зисторы VT1 и VT2 закрыты. Кон­денсатор С1 начинает заряжаться. Напряжение на базе транзистора VT1 увеличивается. Этот транзистор открывается. Своим коллекторным током он открывает транзистор VT2. Положительный перепад напряжения в коллекторе транзистора VT2 еще больше открывает транзистор VTI. Развивается лавинооб­разный процесс. В результате в открытом состоянии находятся все транзисторы. Коллекторное напряжение 9 В транзистора VT3 за­крывает диод и отключает базовые резисторы Rl, R6. Спустя не­которое время конденсатор полностью зарядится и транзистор VT1 закроется. Следом за ним закроются VT2 и VT3. Начнется процесс разряда конденсатора через резисторы R1. и R6. Период следования импульсов определяется постоянной времени т= = Ci[Ri-r-Re]- В коллекторе транзистора VT3 формируются им­пульсы отрицательной полярности, а в коллекторе VT2 — положи­тельной.

Генератор на составном транзисторе. Генератор (рис. 10.18, о) построен на интегрирующей цепочке Rl, C1 и двух транзисторах. Напряжение на конденсаторе нарастает по экспоненциальному за­кону. Когда напряжение на конденсаторе достигает значения уп­равляющего, открывается составной каскад, выполняющий функции тиристора. Конденсатор разряжается через открытые транзисторы и резисторы R2 и R4. Время его разряда определяет длительности импульса, равную 15 икс. После окончания разряда конденсатора транзисторы закрываются. Начинается новый цикл работы генера­тора. Зависимость периода следования импульсов от управляющего напряжения показана на рис. 10.18, 6.

Генератор с интегратором тока. В основу генератора (рис. 10.19, а) положен принцип заряда конденсатора С постоянным током, протекающим через транзистор VT1, Конденсатор заряжает­ся по линейному закону. Когда напряжение на нем станет равным управляющему, открываются транзисторы VT2 и VT3. Происходит процесс разряда конденсатора за время действия импульса 15 мкс.

Амплитуда импульса равна амплитуде управляющего напряжения Период следования импульсов меняется по линейному закону в за­висимости от управляющего напряжения (рис 10 19,6)

Рис. 10.18

Рис. 10.19

Генератор с выключающим транзистором. В первоначальном состоянии все транзисторы (рис. 10.20) закрыты. Конденсатор С1 заряжается через резистор R2. Когда напряжение на конденсаторе становится равным напряжению, получаемому с делителя R5 R6 (приблизительно 7 В), транзисторы VT1 и VT2 открываются Раз­ряд конденсатора происходит через транзисторы VT1 и VT2 и базо­вую цепь VT3. Транзистор VT3 открывается. Время разряда кон­денсатора равно T_p = C₁R₄. Затем транзисторы VT1 и V77 закрыва­ются и начинается новый цикл заряда конденсатора, который длится

т₃ =0,3C₁R₂.

Генератор с квадратичным законом изменения напряжения на конденсаторе. В генераторе (рис. 10.21, а) времязадающим устрой­ством являются транзисторы VT1 и VT2 и конденсатор С1 Тран­зистор VT1 работает в качестве генератора тока. Зарядный ток определяется напряжением на базе этого транзистора Это напря­жение меняется в зависимости от потенциала на конденсаторе За счет этого в т. 2 напряжение изменяется по параболическому зако­ну. Быстрый рост напряжения на конденсаторе уменьшает время открывания составного каскада VT3. VT4. для разряда конденсатоpa. Это свойство увеличивает стабильность периода следования импульсов. На рис 1021,6 представлена зависимость периода Т от управляющего напряжения

Рис. 10.20

Рис. 10.21