Автоколебательные генераторы импульсов и мультивибраторы

Автоколебательные импульсные генераторы являются астабильными (нестабильными), т. е не имеют устойчивых состояний равновесия. Такие генераторы используют для формирования последовательностей прямоугольных импульсов, когда нет жестких требований по стабильности временных характеристик.

Автоколебательные импульсные генераторы имеют различные схемные решения и строятся на различных элементах. Общим у них является наличие положительных обратных связей и релаксационных /?С-цепей. В этих цепях происходит постепенное нарастание или убывание напряжения до определенного уровня, при котором происходит скачкообразный переход из одного состояния в другое.

Наиболее типичным представителем автоколебательных релаксационных генераторов является мультивибратор.

Автоколебательный мультивибратор на транзисторах.

Одним из вариантов такого генератора является мультивибратор на двух транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером (рис. 4.9). Положительная обратная связь генератора носит емкостной характер и организована перекрестным включением конденсаторов С1 и С2 между базами и коллекторами транзисторных ключевых каскадов. Для получения последовательностей импульсов с равными интервалами между ними и длительностью мультивибратор делают симметричным, т. е. параметры всех элементов в цепях одноготран;

Рис. 4.9. Мультивибратор на двух транзисторах с общим эмиттером: а — электрическая схема; б — эпюры напряжений зистора равны параметрам элементов другого. Транзисторы так же должны быть одного типа с наиболее близкими параметрами.

Рассмотрим работу мультивибратора детально. При включении источника питания состояние, когда оба транзистора открыты, является неустойчивым. Допустим, что коллекторный ток одного из них (VT1) несколько увеличился за счет флуктуационных колебаний. Падение напряжения на резисторе R_Ki тоже возрастет. Это приведет к росту тока заряда конденсатора С2 и увеличению падения напряжения на резисторе R^₂. В результате отрицательный потенциал на базе транзистора VT2 уменьшится и напряжение на коллекторе этого транзистора увеличится.

Увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT2 вызывает увеличение тока заряда конденсатора С7, увеличение падения напряжения на резисторе /?_б, и уменьшение напряжения на базе транзистора VT1. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему росту его коллекторного тока. Таким образом, возникает положительная обратная связь с лавинообразным нарастанием тока до полного насыщения в транзисторе VT1 и полное перекрытие тока в транзисторе VT2. После завершения переключения в момент времени t мультивибратор переходит во временно устойчивое состояние: транзистор VTJ открыт до полного насыщения, транзистор VT2 полностью закрыт.

В устойчивом состоянии происходит заряд конденсатора С7 через базу транзистора VT1 и резистор R_k2, а конденсатора С2 — через коллектор и резистор R₆₁. При этом напряжение на базе транзистора VT2 будет равно напряжению на соединенной с ним обкладке конденсатора С2.

По мере перезаряда конденсатора С2 ток в цепи, а также напряжение на резисторе R$₂ и базе транзистора VT2 будут уменьшаться по экспоненциальному закону. Когда напряжение на базе станет равным напряжению отпирания, в момент времени t₂ транзистор VT2 начинает отпираться, и происходит процесс обратного переворачивания, аналогичный прямому. Результатом этого процесса будет переход в новое состояние, когда транзистор VT2 будет открыт, a VT1 — закрыт.

В новом устойчивом состоянии конденсатор С1 начнет перезаряжаться через транзистор VT2, а конденсатор С2 — заряжаться. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на базе транзистора VT1 не станет равным напряжению его открытия. После этого мультивибратор переключится в другое состояние, и процесс начнет повторяться.

В результате перехода мультивибратора из’Одного состояния в другое образуется периодическая последовательность импульсов, длительность которых определяется параметрами 7? С-цепей, определяющих время заряда и разряда конденсаторов С7 и C2 Если параметры ДС-цепей у транзисторов не одинаковы, то длительности импульсов и интервалов между ними будут отличаться. При желании можно создать мультивибратор с длительностью импульса т = 1 мкс и интервалом следования Т- 1 мс, т. е. со скважностью 1000.