Автоколебательные мультивибраторы

Мультивибратор – релаксационный генератор, регенеративный процесс в котором осуществляется путем применения двух усилителей с положительной взаимной междукаскадной обратной связью. На рисунке 22, а изображена схема транзисторного мультивибратора, построенного на основе двухкаскадного резисторного усилителя.

В автоколебательном режиме транзисторы поочередно переходят из открытого состояния в закрытое и обратно. При включении источника коллекторного питания один из транзисторов окажется открытым,
другой – закрытым. Если открыт, например, транзистор VT ₁, конденсатор С ₁, зарядившийся во время установления процессов в схеме, начинает разряжаться через (R ₁) и VT ₁. Разрядный ток создает на резисторе R ₁ падение напряжения (рисунок 22, б), убывающее по мере уменьшения этого тока по экспоненциальному закону. Это напряжение приложено к базе транзистора VT ₂ и поддерживает его в закрытом состоянии. В это же время конденсатор С ₂ заряжается от источника Е _К через участок «эмиттер – база» открытого транзистора VT ₁ и . По мере заряжания С ₂ ток, протекающий по уменьшается и потенциал коллектора VT ₂, изменяющийся по экспоненциальному закону, становится более отрицательным. Через τ_ф = 3 · С ₂, когда С ₂ зарядится, потенциал коллектора станет примерно равным Е _К. Так как R ₁ >> , процесс разряда C ₁ проходит значительно медленнее, чем процесс заряда С ₂. Постоянная времени разряда C ₁ определяет длительность отрицательного импульса, снимаемого с коллектора VT ₂, т. е. τ ≈ 0,7 R ₁ · C ₁. Когда потенциал базы VT ₂ приблизится к нулю, транзистор VT ₂ приоткрывается и начинает проводить ток. С этого момента в результате действия положительной обратной связи происходит лавинообразный процесс, в результате которого VT ₂ открывается, a VT ₁ закрывается. В дальнейшем все процессы повторяются, но уже относительно открытого транзистора VT ₂.

Рисунок 22 – Транзисторный мультивибратор:

а – электрическая схема; б – временные диаграммы

В реальных электрических цепях вследствие влияния паразитных емкостей и индуктивностей нарастание и исчезновение напряжения происходит за конечный промежуток времени, а вершина импульса имеет спад. Поэтому реальные импульсы (см. рисунок 22) характеризуется следующими параметрами:

U_m – амплитуда импульса;

∆ U – спад вершины импульса;

τ_ф – длительность фронта импульса;

τ_с – длительность спада импульса;

τ_и – длительность импульса.

Значения τ_ф τ_с принято определять на интервале времени, в течение которого сигнал изменяется в пределах (0,1 – 0,9) U_m. Длительность импульса t _и определяют на уровне 0,1· U_m. Для периодической последовательности импульсов период следования T = t _и + t _п, скважность Q = , коэффициент заполнения J = и частота повторения импульсов F = .

В симметричном мультивибраторе:

– период колебания T ≈ 1,4 · R ₁ · C;

– амплитуда импульсов U_m ≈ ;

– длительность импульсов τ_и ≈ 0,7 R ₁ · C;

– длительность переднего фронта τ_ф ≈ 2 R _К · C.

Существенным недостатком рассмотренного мультивибратора является малая крутизна передних фронтов выходных импульсов, которые вырождаются в экспоненты из-за протекания зарядных токов конденсаторов по коллекторным нагрузкам. Этот недостаток устраняется введением дополнительных путей протекания токов с последующим их разделением диодами.