Мультивибраторы на транзисторах

На рисунке 3.1а приведена схема симметричного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями на транзисторах. Мультивибратор состоит из двух ключевых схем на транзисторах VT1 и VT2, охваченных положительной связью с помощью емкостей С1 и С2.

б в

а - базовая схема; б - схема с отключающими диодами;

в - упрощенные диаграммы работы.

Рисунок 3.1 - Мультивибратор на транзисторах

Упрощенно процесс работы мультивибратора можно представить следующим образом. При подаче питающего напряжения вследствие некоторой несимметрии схем один из транзисторов окажется открытым, а второй – закрытым. Допустим, что в исходном состоянии VT1 – открыт, а VT2 – закрыт. При этом одновременно происходят два процесса: заряд емкости С2 и разряд – С1. Заряд С2 осуществляется по цепи: +U_n(); переход Э-Б VT1; C2; R4; -U_п. Заряд осуществляется с постоянной t_з = R4 * C2. Разряд C1 происходит по цепи: +C1; R2; -U_п; +U_п; переход Э-К VT1; -C1. Постоянная цепи разряда, определяемая из выражения

t_раз = C1 * R2,

гораздо больше t_зар, так как R2 >> R4.

Напряжение на емкости C1 является запирающим для VT2 и, как только в процессе разряда оно приблизится к нулю, транзистор VT2 из режима отсечки начнет переходить в активный режим. Напряжение на коллекторе VT2 начнет падать. Этот перепад напряжения с помощью C2 поступает на базу VT1, закрывая его. Это в свою очередь вызывает повышение напряжения на коллекторе VT1. Перепад напряжения с коллектора VT1 через C1 подается на базу VT2 еще больше открывая его. За счет действия цепи ПОС процесс переключения транзисторов развивается лавинообразно и, в конечном итоге, VT1 переходит в закрытое состояние, а VT2- в открытое. Диаграммы работы мультивибратора приведены на рисунке 3.1в. В момент времени t₁ начинается заряд C1 и разряд C2. При этом C1 заряжается по цепи: +U_п (); переход Э-Б VT2; C1; R1; -U_п, а C2 разряжается по цепи: +C2; R3; -U_п; +U_п; переход Э-К VT2; -C2.

Разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на С2 не приблизится к нулю. Далее развивается процесс переключения транзисторов и схема возвращается в исходное состояние - момент времени t₃ (рис.3.1в). Если R2 = R3 = R_б, а C1 = C2 = C_б, то длительность импульса и паузы одинаковы и период колебаний мультивибратора определяется из соотношения

T» 1,4 C_б ^. R_б (4.7)

Если необходимо иметь различные длительности импульса и паузы, то элементы R2,R3,C1,C2 выбирают таким образом, чтобы R2*C1 ¹ R3*C2. Для работы импульсных устройств необходимо иметь импульсы прямоугольной формы. Выходное напряжение рассмотренной схемы имеет фронт экспоненциальной формы за счет протекания тока заряда емкости через коллекторное сопротивление (R1;R4) закрытого транзистора. Выходное напряжение равно напряжению на коллекторе транзистора и определяется соотношением

U_вых = U_к = U_п - I_R4 ^. R₄.

Для улучшения формы импульса используют отключающие диоды VD1 и VD2 (рисунок 3.1б). Когда транзистор VT1 закрыт, на его коллекторе напряжение равно –U_п и диод VD1 будет закрыт, так как к его аноду приложено отрицательное напряжение. Заряд емкости C1 будет происходить по цепи: +U_п; переход Э-Б VT2; C1; R2; -U_п. Через резистор R1 ток заряда не протекает и фронт импульса не искажается. Аналогично протекают процессы при заряде емкости C2. Диод VD2 исключает протекание зарядного тока через сопротивление R6. Зарядный ток протекает через R5.