Автоколебательный мультивибратор на транзисторах

Мультивибратор (от латинских слов mufti – много и vibrato – колеблю) – релаксационный генератор импульсов почти прямо­угольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи. Как было указано ранее, различают два вида мультивибраторов: автоколебательные (не обладают состоянием устойчивого равновесия) и ждущие (обладают одним состоянием устойчивого равновесия и поэтому часто называются одновибраторами ).

Принцип функционирования мультивибраторов рассмотрим на примере схемы с коллекторно-базовыми связями. Схема автоколе­бательного мультивибратора данного типа приведена на рис. 6.9, а. Мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель переменного тока, охваченный по переменному току положительной обратной связью. Коэффициент усиления по контуру много больше единицы, поэтому возникают колебания близкие к прямоугольным.

Существуют два состояния квазиустойчивого равновесия, в каж­дом из которых схема может находиться строго фиксированное время. Это время зависит от переходных процессов, протекающих в схеме. Поэтому в состоянии квазиустойчивого равновесия токи и напряжения элементов схемы и. общем случае не остаются по­стоянными. Работа устройства сводится к постоянной смене этих состояний, что сопровождается формированием на выходе напря­жения, близкого по форме к прямоугольному.

а) б)

Рис. 6.9 Автоколебательный мультивибратор на транзисторах:

а) - принципиальная схема; б) – временные диаграммы напряжений

Работу мультивибратора рассмотрим с использованием вре­менных диаграмм, приведенных на рис. 6.9,б. При этом транзистор будем считать безынерционным элементом. В момент транзистор VT1 открывается, напряжение конденсатора С1 минусом прикладывается к базе транзистора VT2 и закрывает его. Конденсатор С2, который в момент полностью разрядился, начинает заряжаться по цепи Заряд конденсатора С2 обеспечивает полное отпирание транзистора VT1. Учитывая малое падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1, напряжение коллектора транзистора VT2 практически повторяет напряжение конденсатора С2.

К моменту конденсатор С2 полностью разряжен. Конденсатор С1 перезаряжается по цепи Учитывая малое падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер открытого транзистора VT1, напряжение база-эмиттер транзистора VT2 практически повторяет напряжение конденсатора С1.

Транзистор VT2 остается закрытым пока напряжение на конденсаторе С1 не станет положительным (далее считаем нулевым). Отпирание транзистора VT2 в момент времени ведет к запиранию транзистора VT1 отрицательным напряжением конденсатора С2, и процесс переключения повторяется.

Заряд конденсаторов С1, С2 через коллекторные сопротивления происходит значительно быстрее, чем их перезаряд через базовые сопротивления, поэтому длительность формируемых импульсов напряжения определяется временем перезаряда конденсаторов. Определим длительность импульса , пренебрегая падением напряжения на переходе база-эмиттер и коллектор-эмиттер открытого транзистора.

, отсюда

, соответственно (6.13)

. (6.14)

Частота автоколебаний

. (6.15)

Резисторы R_K и R_Б рассчитываются так же как резисторы транзисторного ключа, а конденсаторы С1, С2 из условия получения необходимой длительности импульсов. Конденсаторы С1, С2 работают при одной полярности и могут быть электролитическими большой емкости, соответственно период колебаний может составлять десятки секунд.