Внешнее отличие схемы простейшего ждущего мультивибратора от схемы триггера заключается в отсутствии связи по постоянному току коллектора транзистора VT1 и базы транзистора VT2. Кроме того, к базе транзистора VT2 не подводится напряжение смещения от внешнего источника, которое требовалось в триггере для удержания транзистора в режиме отсечки после опрокидывания. В приведенной на рисунке 24.3 схеме напряжение смещения создается на конденсаторе С1, причем оно оказывается не постоянным и поддерживает транзистор VT2 в состоянии отсечки в течение заданного отрезка времени. Рассмотрим подробно процессы, происходящие в схеме.
Допустим, что в постоянно устойчивом состоянии транзистор VT1 находится в режиме отсечки. Как и в триггере, это состояние обеспечивается элементами схемы. Транзистор VT2 должен быть насыщен. Этот режим устанавливается выбором резистора RБ2 в базовой цепи, задающего базовый ток IБ2>Iбнас, причем:
IБ2≈ Е0/RБ2.
В постоянно устойчивом состоянии схема находится до момента прихода запускающего импульса (момент времени t1). Рассмотрим, как это выглядит на графиках (рисунок 20.4). При этом iК1≈0, UК2≈0, UК1≈Е0, iК2≈Е0/RК2. Конденсатор С1 подключаем первой обкладкой к коллектору транзистора VT1, то есть он имеет потенциал близкий к Е0. Правая обкладка имеет практически нулевой потенциал, так как соединена с базой насыщенного транзистора VT2. В момент времени t1 запускающий импульс положительной полярности поступает на базу транзистора VT1, переводя его в активный режим. Ток коллектора iК1 скачкообразно растет. Последовательно включенные конденсатор С1и эмиттерный переход транзистора VT2 имеют существенно меньшее сопротивление для скачка тока коллектора, чем резистор RК1. Поэтому практически весь нарастающий ток протекает через эмиттерный переход VT2 навстречу его базовому току, вызывая быстрое рассасывание заряда на базе. В результате транзистор VT2 переходит в активный режим. Происходит лавинообразное опрокидывание схемы, завершающееся насыщением транзистора VT1, а транзистор VT2 оказывается в режиме отсечки. Мультивибратор переходит во временно устойчивое состояние.
напряжение на коллекторе транзистора VT2 устанавливается с некоторым запаздыванием. Это объясняется накоплением заряда ускоряющим конденсатором С2, соединенным с коллектором транзистора VT2. Заряд происходит от источника Е0 через RК2 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT1 с постоянной времени:
τ1=RК2·С2,
где учтено, что обычно R>RК2.
Запаздывание установления напряжения UК1 можно оценить длительностью фронта:
tФ2≈3τ1=3RК2·С2.
После того, как транзистор VT1 перешел в режим насыщения, а транзистор VT2 в режим отсечки, ток в цепи коллектора VT2 равен нулю, поэтому сразу после заряда С2 напряжение на коллекторе VT2 определяется:
Причем такую же величину имеет амплитуда импульса Um на коллекторе VT2.
После лавинообразного опрокидывания схемы транзистор VT1 оказывается в режиме насыщения, то есть потенциал левой обкладки скачком изменяется от напряжения UК1≈Е0 до нуля. Однако за время опрокидывания конденсатор практически не разряжается, то есть разность потенциалов между его обкладками остается прежней. Следовательно, потенциал правой обкладки, до опрокидывания равный нулю, станет близким к Е0. Этот отрицательный потенциал, приложенный к базе транзистора VT2, удерживает его в режиме отсечки в течение всего времени устойчивого состояния (транзистор VT2 на это время можно мысленно исключить из схемы). Сделав это, будет понятно, что правая (отрицательно заряженная) обкладка конденсатора С1 через резистор RБ2 подключена к положительному полюсу источника питания. Начинается перезаряд С1 по экспоненциальному закону от источника питания через RБ2 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT1. Напряжение на правой обкладке, соединенной с базой транзистора VT2, начинает расти с постоянной времени
τ2= RБ2С1
от значения UБ2≈-Е0. Экспонента заряда стремится к напряжению +Е0, однако в момент времени t2 этот процесс прекращается, так как напряжение UБ2 несколько превышает нулевое значение и транзистор VT2 открывается. Его рабочая точка оказывается в активной области, развивается лавинообразный процесс обратимого опрокидывания, в результате которого транзистор VT2 переходит в режим отсечки, а транзистор VT1 - в насыщение. То есть возвращается в постоянно устойчивое состояние. Длительность сформированного импульса:
Тu= RБ2С1ln2 ≈ 0,7 RБ2С1.
Время восстановления напряжения на коллекторе:
tв≈3RК1С1.
Минимальный период следования запускающих импульсов:
Радиотворчество.
Ждущие мультивибраторы.
Внешнее отличие схемы простейшего ждущего мультивибратора от схемы триггера заключается в отсутствии связи по постоянному току коллектора транзистора VT1 и базы транзистора VT2. Кроме того, к базе транзистора VT2 не подводится напряжение смещения от внешнего источника, которое требовалось в триггере для удержания транзистора в режиме отсечки после опрокидывания. В приведенной на рисунке 24.3 схеме напряжение смещения создается на конденсаторе С1, причем оно оказывается не постоянным и поддерживает транзистор VT2 в состоянии отсечки в течение заданного отрезка времени. Рассмотрим подробно процессы, происходящие в схеме.IБ2≈ Е0/RБ2.
В постоянно устойчивом состоянии схема находится до момента прихода запускающего импульса (момент времени t1).
Рассмотрим, как это выглядит на графиках (рисунок 20.4). При этом iК1≈0, UК2≈0, UК1≈Е0, iК2≈Е0/RК2. Конденсатор С1 подключаем первой обкладкой к коллектору транзистора VT1, то есть он имеет потенциал близкий к Е0. Правая обкладка имеет практически нулевой потенциал, так как соединена с базой насыщенного транзистора VT2. В момент времени t1 запускающий импульс положительной полярности поступает на базу транзистора VT1, переводя его в активный режим. Ток коллектора iК1 скачкообразно растет. Последовательно включенные конденсатор С1и эмиттерный переход транзистора VT2 имеют существенно меньшее сопротивление для скачка тока коллектора, чем резистор RК1. Поэтому практически весь нарастающий ток протекает через эмиттерный переход VT2 навстречу его базовому току, вызывая быстрое рассасывание заряда на базе. В результате транзистор VT2 переходит в активный режим. Происходит лавинообразное опрокидывание схемы, завершающееся насыщением транзистора VT1, а транзистор VT2 оказывается в режиме отсечки. Мультивибратор переходит во временно устойчивое состояние.
τ1=RК2·С2,
где учтено, что обычно R>RК2.
Запаздывание установления напряжения UК1 можно оценить длительностью фронта:
tФ2≈3τ1=3RК2·С2.
После того, как транзистор VT1 перешел в режим насыщения, а транзистор VT2 в режим отсечки, ток в цепи коллектора VT2 равен нулю, поэтому сразу после заряда С2 напряжение на коллекторе VT2 определяется:
Причем такую же величину имеет амплитуда импульса Um на коллекторе VT2.
После лавинообразного опрокидывания схемы транзистор VT1 оказывается в режиме насыщения, то есть потенциал левой обкладки скачком изменяется от напряжения UК1≈Е0 до нуля. Однако за время опрокидывания конденсатор практически не разряжается, то есть разность потенциалов между его обкладками остается прежней. Следовательно, потенциал правой обкладки, до опрокидывания равный нулю, станет близким к Е0. Этот отрицательный потенциал, приложенный к базе транзистора VT2, удерживает его в режиме отсечки в течение всего времени устойчивого состояния (транзистор VT2 на это время можно мысленно исключить из схемы). Сделав это, будет понятно, что правая (отрицательно заряженная) обкладка конденсатора С1 через резистор RБ2 подключена к положительному полюсу источника питания. Начинается перезаряд С1 по экспоненциальному закону от источника питания через RБ2 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT1. Напряжение на правой обкладке, соединенной с базой транзистора VT2, начинает расти с постоянной времени
τ2= RБ2С1
от значения UБ2≈-Е0. Экспонента заряда стремится к напряжению +Е0, однако в момент времени t2 этот процесс прекращается, так как напряжение UБ2 несколько превышает нулевое значение и транзистор VT2 открывается. Его рабочая точка оказывается в активной области, развивается лавинообразный процесс обратимого опрокидывания, в результате которого транзистор VT2 переходит в режим отсечки, а транзистор VT1 - в насыщение. То есть возвращается в постоянно устойчивое состояние. Длительность сформированного импульса:
Тu= RБ2С1ln2 ≈ 0,7 RБ2С1.
Время восстановления напряжения на коллекторе:
tв≈3RК1С1.
Минимальный период следования запускающих импульсов:
Тmin= Tu+tв.
Ждущие мультивибраторы используются для:
- формирования заданного временного интервала;
- расширения импульсов;
- деления частоты повторения.