Електронні генератори: мультивібратор. Призначення, принцип дії, застосування.
Мультивібратори
Мультивибратор являє собою релаксаційний генератор коливань майже прямокутної форми. Він є двокаскадного підсилювача на резисторах з позитивною зворотним зв'язком, в якому вихід кожного каскаду з'єднаний зі входом іншого. Сама назва "мультивібратор" походить від двох слів: "мульти" - Багато і "вібратор" - джерело коливань, оскільки коливання мультивібратора містять велику кількість гармонік. Мультивібратор може працювати в автоколивальних режимі, режимі синхронізації і режимі очікування. В автоколивальних режимі мультивібратор працює як генератор з самозбудженням, в режимі синхронізації на мультивібратор діє ззовні синхронізуюча напруга, частота якого визначає частоту імпульсів, ну а в режимі, що чекає мультивибратор працює як генератор із зовнішнім збудженням.
Мультивибратор в автоколивальних режимі
На малюнку 1 показана найпоширеніша схема мультивібратора на транзисторах з ємнісними колекторно-базовими зв'язками, на малюнку 2 - графіки, що пояснюють принцип його роботи. Мультивібратор складається із двох підсилювальних каскадів на резіках. Вихід кожного каскаду з'єднаний зі входом другого каскаду через кондери С1 і С2.
Рис. 1 - Мультивібратор на транзисторах з ємнісними колекторно-базовими зв'язками
Мультивибратор, у якого транзистори ідентичні, а параметри симетричних елементів однакові, називається симетричним. Обидві частини періоду його коливань рівні і шпаруватість дорівнює 2. Якщо хто забув, що таке шпаруватість, нагадую: шпаруватість - це відношення періоду повторення до тривалості імпульсу Q = T і /t і . Величина, зворотна шпаруватості називається коефіцієнтом заповнення. Так от, якщо є відмінності в параметрах, то мультивібратор буде несиметричним.
Мультивибратор в автоколивальних режимі має два стани квазірівноваги, коли один з транзисторів знаходиться в режимі насичення, інший - в режимі відсічення і навпаки. Ці стани не стійкі. Перехід схеми з одного стану в інше відбувається лавиноподібно через глибоку ПОС.
Рис. 2 - Графіки, що пояснюють роботу симетричного мультивібратора
Припустимо, при включенні харчування транзистор VT1 відкритий і насичений струмом, що проходить через резік R3. Напруга на його колекторі мінімально. Кондер С1 розряджається. Транзистор VT2 закритий і кондер С2 заряджається. Напруга на кондер С1 прагне до нуля, а потенціал на базі транзистора VT2 поступово стає позитивним і VT2 починає відкриватися. Напруга на його колекторі зменшується і кондер С2 починає розряджатися, транзистор VT1 закривається. Далі процес повторюється до нескінченності.
Параеметри схеми повинні бути наступними: R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2. Тривалість імпульсів визначається за формулою:
Період імпульсів визначається:
Ну а щоб визначити частоту, треба одиницю розділити на ось цю ось хренотень (див. трохи вище).
Вихідні імпульси знімаються з колектора одного з транзисторів, причому з якого саме - не важливо. Іншими словами, у схемі два виходи.
Поліпшення форми вихідних імпульсів мультивібратора, що знімаються з колектора транзистора, може бути досягнуто включенням розділових (вимикаючих) діодів в ланцюзі колекторів, як показано на малюнку 3. Через ці діоди паралельно колекторним навантаженням підключені додаткові резікі R д1 і R д2 .
Рис. 3 - Мультивібратор з поліпшеною формою вихідних імпульсів
У цій схемі після закривання одного з транзисторів і пониження потенціалла колектора підключений до його колектору діод також закривається, відключаючи кондер від колекторної ланцюга. Заряд кондера відбувається через додатковий резік R д , а не через резік в колекторної ланцюга, і потенціал колектора замикали транзистора майже стрибком стає рівним E до . Максимальна тривалість фронтів імпульсів в колекторних ланцюгах визначається в основному частотними властивостями транзисторів.
Така схема дозволяє отримати імпульси майже прямокутної форми, але її недоліки полягають у більш низькою максимальною шпаруватості і неможливістю плавного регулювання періоду коливань.
На малюнку 4 наведена схема швидкодіючого мультивібратора, що забезпечує високу частоту автоколивань.
Рис. 4 - Швидкодіючий мультивібратор
У цій схемі резікі R2, R4 підключені паралельно кондер С1 і С2, а резікі R1, R3, R4, R6 утворюють подільники напруги, стабілізуючі потенціал бази відкритого транзистора (при струмі дільника, більшому струму бази). При перемиканні мультівібратор струм бази насиченого транзистора змінюється більш різко, ніж у раніше розглянутих схемах, що скорочує час розсмоктування зарядів в базі і прискорює вихід транзистора з насичення.
Режим мультивібратор
Мультивибратор, працюючий в автоколивальних режимі і не має стану стійкої рівноваги, можна перетворити в мультивібратор, що має одне стійке положення і одне нестійке положення. Такі схеми називаються ждущими мультивібратора або одновібріторамі, одноімпульснимі мультивібратора, релаксаційним реле або кіпп-реле. Переклад схеми зі стійкого стану в нестійке відбувається шляхом впливу зовнішнього імпульсу, що запускає. У нестійкому положенні схема знаходиться протягом деякого часу в залежності від її параметрів, а потім автоматично, стрибком повертається в початкове стійке стан.
Для отримання чекаючего режиму в мультивібраторі, схема якого була показана на рис. 1, треба викинути пару деталюшек і замінити їх, як показано на рис. 5.
Рис. 5 - Чекає мультивибратор
У вихідному стійкому стані транзистор VT1 закритий. Коли на вхід схеми приходить позитивний запускає імпульс достатньої амплітуди, через транзистор починає проходити колекторний струм. Зміна напруги на колекторі транзістра VT1 передається через кондер С2 на базу транзистора VT2. Завдяки ПОС (через резік R4) наростає лавиноподібний процес, що приводить до закривання транзистора VT2 і відкриванню транзистора VT1. У цьому стані нестійкої рівноваги схема знаходиться до тих пір, поки кондер С2 не розрядиться через резік R2 і проводить транзистор VT1. Після розряду кондера транзистор VT2 відкривається, а VT1 закривається і схема повертається в початковий стан.
блокінг-генератор
блокінг-генератор являє собою однокаскадний релаксаційний генератор короткочасних імпульсів з сильною індуктивної позитивним зворотним зв'язком, створюваної імпульсним трансформатором. Вироблювані блокінг-генератором імпульси мають велику крутизну фронту і зрізу і за формою близькі до прямокутним. Тривалість імпульсів може бути в межах від декількох десятків нс до декількох сотень мкс. Зазвичай блокінг-генератор працює в режимі великий шпаруватості, тобто тривалість імпульсів багато менше періоду їх повторення. Шпаруватість може бути від декількох сотень до десятків тисяч. Транзистор, на якому зібрано блокінг-генератор, відкривається тільки на час генерування імпульсу, а решту часу закритий. Тому при великій шпаруватості час, на протязі якого транзистор відкритий, багато менше часу, на протязі якого він закритий. Тепловий режим транзистора залежить від середньої потужності, що розсіюється на колекторі. Завдяки великій шпаруватості в блокінг-генераторі можна отримати дуже велику потужність під час імпульсів малої та середньої потужності.
При великій шпаруватості блокінг-генератор працює вельми економічно, так як транзистор споживає енергію від джерела живлення тільки протягом невеликого часу формування імпульсу. Так само, як і мультивібратор, блокінг-генератор може працювати в автоколебательном, ждущем режимі і режимі синхронізації.
Автоколебательний режим
блокінг-генератори можуть бути...
