Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

5

М у л ь т и в и б р а т о р ы

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для получения импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами широко применяются устройства, известные под назва­ нием релаксационных генераторов (релаксаторов). Релаксатор содержит, по крайней мере, один реактивный элемент, например конденсатор, емкость которого совместно с активными сопротив­ лениями определяет длительность генерируемых импульсов.

Скачкообразные изменения напряжений и токов в релаксато­ рах можно получить путем применения приборов с отрицательным сопротивлением: туннельных диодов, тиристоров, газоразрядных ламп и др. Однако наиболее широко применяются релаксационные генераторы, принцип работы которых основан на использовании электронных усилителей с положительной обратной связью.

Релаксационные генераторы, в которых для создания петли положительной обратной связи используется импульсный транс­ форматор, называются блокинг-генераторами. Они рассматри­ ваются в гл. 6. Релаксационные генераторы на туннельных диодах и тиристорах рассматриваются в гл. 9. В главе 5 рассматри­ ваются релаксационные генераторы, в которых петля положитель­ ной обратной связи создается при помощи резисторных усилитель­ ных каскадов. Такие релаксационные генераторы известны под названием мультивибраторов.

Любой релаксационный генератор может работать в одном из следующих режимов: 1) ждущем, 2) автоколебаний, 3) синхрони­ зации II деления частоты.

В ждущем (заторможенном, однотактном) режиме релакса­ ционный генератор работает как спусковое устройство с одним устойчивым состоянием равновесия. Внешний запускающий им­ пульс вызывает скачкообразный переход ждущего релаксатора в новое состояние, которое не является устойчивым. В этом со­ стоянии, называемом квазиравновесным, или временно устойчи­ вым, в схеме релаксатора происходят относительно медленные

изменения, которые в конечном итоге приводят к обратному скач­ ку, после чего восстанавливается исходное устойчивое состояние. Длительность состояния квазиравновесня, определяющая длитель­ ность генерируемого релаксатором прямоугольного импульса, за­ висит от параметров схемы релаксатора.

Таким образом, ждущий релаксатор генерирует только один импульс определенной длительности при воздействии на него внешнего запускающего импульса.

Основными требованиями к ждущим релаксаторам являются стабильность длительности формируемого импульса и устойчи­ вость его исходного состояния. Ждущие релаксаторы применяются прежде всего для получения определенного временного интервала, начало и конец которого фиксируются соответственно передним и задним фронтами генерируемого прямоугольного импульса. Ре­ лаксаторы в ждущем режиме применяются также для расширения импульсов, для деления частоты повторения импульсов и для других целей.

В автоколебательном режиме релаксационный генератор имеет

два состояния квазиравновесия и не имеет ни одного устойчивого состояния. Релаксатор в этом режиме без какого-либо внешнего воздействия последовательно переходит скачком из одного со­ стояния квазиравновесия в другое. При этом релаксатор генери­ рует импульсы, амплитуда, длительность и частота повторения которых (т. е. частота автоколебаний) определяется в основном только параметрами его элементов.

Релаксаторы в автоколебательном режиме можно использо­ вать в качестве задающих генераторов различных импульсных устройств. Основным требованием к таким генераторам является высокая стабильность частоты автоколебаний. Между тем в ре­

Втех случаях, когда требуется высокая стабильность частоты колебаний, используются релаксаторы, работающие в режиме син­ хронизации или деления частоты.

Врежиме синхронизации частота повторения импульсов, гене­

рируемых релаксатором, определяется частотой внешнего синхро­ низирующего напряжения (синусоидального или импульсного), подаваемого в схему генератора. В частности, в режиме деления частоты релаксатор генерирует импульсы, частота повторения ко­ торых кратна' частоте синхронизирующего напряжения. Режим синхронизации или деления частоты релаксаторов рассматри­ вается в гл. 7.

Рассмотрим основные, чаще всего применяющиеся схемы муль­ тивибраторов, работающих в ждущем и автоколебательном режи­ мах. Методика анализа и расчета этих схем остается справедлн-. вой и для всех других схем мультивибраторов.

2.92

5.2.ЖДУЩИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

СКОЛЛЛЕКТОРНО-БАЗОВЫМИ СВЯЗЯМИ

5.2.1.ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСЛОВИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

И с х о д н о е с о с т о я н и е . На рис. 5.1 приведена схема жду­ щего мультивибратора с коллекторно-базовыми связями; она от­ личается от схемы симметричного триггера прежде всего тем, что связь между транзисторами Т\ и Т2 осуществляется при помощи

стоянии транзистор Т2 от­ крыт и насыщен, а транзи­ стор Г] заперт. Реализация этого режима обеспечивает­ ся выбором параметров схе­ мы. На базу транзистора Т2 подано прямое смещение от источника Е\ для схемы на транзисторах типа п-р-п на­ пряжение смещения поло­

жительно, а типа р-п-р — отрицательно. Во многих случаях источ­ ником прямого смещения Т2 служит источник коллекторного пи­ тания, т. е. Е = Еі;.

Для насыщения Т2 необходимо, чтобы выполнялось неравен­

Условие запирания транзистора Т\ будет таким же, как в сим­

При записи условий (5.1) и (5.3) мы пренебрегли малыми на­ пряжениями на коллекторе и базе насыщенного транзистора, т. е. считали последний эквипотенциальной точкой. Если такое предпо­ ложение недопустимо (например, Ек и Е — низкие напряжения порядка 3 -г- 5 В, а используется кремниевый транзистор, у кото­ рого напряжения на базе «бп~0,8В и на коллекторе нкы ~

293

0Д5 В), то

ный переходный процесс, завершающийся запиранием транзистора Т2 и отпиранием и насыщением транзистора 7У Этот процесс но­ сит такой лее характер, что и в триггере; длительность фронтов перепадов напряжения на коллекторах и базах транзисторов опре­ деляется по тем же формулам, что и в триггере, и поэтому здесь не рассматривается; на временных диаграммах рис. 5.2 для про­ стоты конечная длительность фронтов не учитывается.

В результате опрокидывания схемы в состояние квазиравнове­

294

Если предположить, что емкость С2 столь велика, что за время опрокидывания напряжение ис2(f) не меняется и остается рав­ ным Дсг(О), то окажется, что напряжение «б2 также увеличится скачком от исходного уровня и62а до уровня

Напряжение ик2 на коллекторе запирающегося транзистора Т2

В состоянии квазиравновесия конденсатор С2 стремится пере­ зарядиться по цепи, показанной на рис. 5.3, от исходного значения

ным Ппор и отпирается транзистор Т2. Часто за порог отпирания

и ток ір разряда конденсатора С2; значение последнего ірМакс бу­ дет максимальным в начале режима квазиравновесия:

295