Автоколивальний мультивібратор на транзисторах

Автоколивальний мультивібратор містить два транзисторних ключа з перехресними колекторно-базовими зв’язками, які здійснюються через конденсатори С 1 і С 2 (рис. 8) [11]. Завдяки цьому, транзистори знаходяться в протилежних станах (один відкритий, а інший закритий).

Оскільки мультивібратор є автоколивальним, то розгляд його роботи можна почати з довільного моменту часу. Для визначеності візьмемо момент часу, коли транзистор VT 1 відкритий, а транзистор VT 2 закритий, конденсатор С 2 розряджений, а конденсатор С 1 заряджений до напруги Е (плюс на лівій, а мінус – на правій обкладинці конденсатора). При аналізі роботи мультивібратора буде показано, що протягом кожного періоду коливань такий квазістійкий стан обов’язково матиме місце.

В цьому стані в схемі відбуваються наступні процеси: а) заряд конденсатора С 2 від джерела живлення + Е через резистор R 4 і емітерний перехід відкритого транзистора VT 1 (постійна часу кола заряду має значення ), б) розряд конденсатора С 1 через резистор R 3 і відкритий транзистор VT 1 (постійна часу розряду ). Як правило, опір базових резисторів набагато більший, ніж колекторних. Тому процес заряду С 2 відбувається набагато швидше, ніж процес розряду С 1. Позитивно заряджена обкладка конденсатора С 1 через відкритий транзистор VT 1 підключена до загального проводу, а негативно заряджена обкладка – до бази VT 2. Завдяки цьому транзистор VT 2 утримується в закритому стані. Після того як С 1 розрядиться, напруга на базі VT 2 стане позитивною. Внаслідок цього транзистор VT 2 починає відкриватись, з’являється колекторний струм, що створює негативний приріст напруги на колекторі VT 2, який через конденсатор С 2 передається на базу VT 1. Завдяки цьому транзистор VT 1 виходить із режиму насичення. Колекторний струм цього транзистора зменшується, напруга на колекторі отримує позитивний приріст, який через конденсатор С 1 передається на базу VT 2, викликаючи його подальше відкривання. Процес переключення транзисторів відбувається лавиноподібно та закінчується переходом мультивібратора у другий квазістійкий стан.

У цьому стані транзистор VT 1 закритий, транзистор VT 2 відкритий, конденсатор С 1 заряджається від джерела живлення + Е через резистор R 1 і емітерний перехід транзистора VT 2, а конденсатор С 2 розряджається через R 2 і відкритий транзистор VT 2 на джерело живлення + Е. Після розряду С 2 відбувається лавиноподібне переключення транзисторів і схема переходить в той стан, з якого було розпочато розгляд. Процеси в схемі повторюються періодично. Таким чином, на виході мультивібратора формується послідовність прямокутних імпульсів.

Рис. 8. Автоколивальний мультивібратор на транзисторах

Тривалість імпульсу на колекторі VT 2 відповідає часу перебування транзистора в закритому стані і визначається часом розряду конденсатора С 1

.

Тривалість паузи відповідає часу перебування транзистора VT 1 в закритому стані і визначається часом розряду C 2

.

Одним із недоліків мультивібратора на транзисторах є велика тривалість фронту вихідних імпульсів, яка дорівнює часу заряду конденсатора С 2

.

Для формування імпульсів з малою тривалістю фронту та зрізу на виході мультивібратора включений тригер Шмідта DD 1.1, в якості якого можна використовувати інтегральні мікросхеми К155ТЛ1, К555ТЛ2, К155ТЛ3 [12].

Розглянемо методику розрахунку автоколивального мультивібратора. Вихідні дані для розрахунку: – частота вихідних імпульсів (несуча частота або частота маніпуляції ); рівень вихідного сигналу – ТТЛ.

1. Для забезпечення ТТЛ-рівня на виході генератора обираємо напругу джерела живлення та опір колекторних резисторів .

2. Визначаємо максимальний колекторний струм транзисторів

.

3. Обираємо тип транзисторів. Необхідно, щоб параметри обраного транзистора задовольняли наступним вимогам

,

,

,

де – допустима напруга між колектором та емітером транзистора, – допустимий колекторний струм, – гранична частота транзистора.

Параметри транзисторів наведені у довідниках по напівпровідниковим приладам [4, 5]. Рекомендується обирати малопотужні високочастотні транзистори. Параметри деяких транзисторів наведені також у Додатку А.

4. Визначаємо тривалість імпульсів та пауз між імпульсами

.

5. Обираємо ємність конденсаторів С 1 та С 2

,

де – ємність колекторного переходу транзистора (для високочастотних транзисторів ), – ємність монтажу ().

Визначаємо тривалість фронту вихідних імпульсів

.

Перевіряємо виконання умови

.

Якщо дана умова не виконується, обираємо меншу ємність конденсатора С 2.

6. Розраховуємо опір базових резисторів

,

.

Приймаємо, що номінальна потужність розсіювання для всіх резисторів мультивібратора дорівнює 0,125 Вт.

7. Перевіряємо виконання умов насичення транзисторів

,

,

де – мінімальне значення коефіцієнту передачі за струмом для обраного транзистора.

Якщо хоча б одна із умов не виконується, необхідно або обрати транзистор з більшим коефіцієнтом передачі за струмом, або обрати більшу ємність конденсаторів С 1, С 2 та розрахувати знову опір резисторів R 3, R 2.