Електронни генератори мултивибратор
Електронни генератори: мултивибратор. Предназначение, принцип на действие, приложение.
Мултивибратори
Мултивибраторът е релаксиращ осцилатор с почти правоъгълна форма. Това е двустепенен резисторен усилвател с положителна обратна връзка, в който изходът на всеки етап е свързан към входа на другия. Самото име "мултивибратор" идва от две думи: "мулти" - много и "вибратор" - източник на вибрации, тъй като вибрациите на мултивибратора съдържат голям брой хармоници. Мултивибраторът може да работи в режим на автоколебане, режим на синхронизация и режим на готовност. В режим на автоколебане мултивибраторът работи като самовъзбуждащ се генератор, в режим на синхронизация, синхронизиращото напрежение действа върху мултивибратора отвън, чиято честота определя честотата на импулса, а в режим на готовност мултивибраторът работи като генератор с външно възбуждане.
Мултивибратор в режим на автоколебане
Фигура 1 показва най-често срещаната схема на мултивибратор, базирана на транзистори с капацитивни връзки колектор-база, Фигура 2 показва графики, обясняващи принципа на нейната работа. Мултивибраторът се състои от две усилващи стъпала на фрезите. Изходът на всяка каскада е свързан към входа на друга каскада чрез кондензатори C1 и C2.
Ориз. 1 - Мултивибратор на транзистори с капацитивни връзки колектор-база
Мултивибратор, в който транзисторите са еднакви и параметрите на симетричните елементи са еднакви, се нарича симетричен. И двете части на периода на нейните трептения са равни и коефициентът на запълване е 2. Ако някой е забравил какво е коефициентът на запълване, напомням: коефициентът на запълване е отношението на периодаповторения до продължителността на импулса Q=Ti /ti . Реципрочната стойност на работния цикъл се нарича работен цикъл. Така че, ако има разлики в параметрите, тогава мултивибраторът ще бъде асиметричен.
Мултивибраторът в режим на самоколебане има две състояния на квазиравновесие, когато единият от транзисторите е в режим на насищане, другият е в режим на прекъсване и обратно. Тези състояния не са стабилни. Преходът на веригата от едно състояние в друго става лавинообразно поради дълбок PIC.
Ориз. 2 - Графики, обясняващи работата на симетричен мултивибратор
Да предположим, че когато захранването е включено, транзисторът VT1 е отворен и наситен с ток, преминаващ през резистора R3. Напрежението на колектора му е минимално. Кондер С1 е разреден. Транзисторът VT2 е затворен и Conder C2 се зарежда. Напрежението на кондензатора C1 клони към нула и потенциалът на базата на транзистора VT2 постепенно става положителен и VT2 започва да се отваря. Напрежението на неговия колектор намалява и кондензаторът C2 започва да се разрежда, транзисторът VT1 се затваря. След това процесът се повтаря до безкрайност.
Параметрите на веригата трябва да бъдат както следва: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Продължителността на импулса се определя по формулата:
Периодът на импулса се определя от:
Е, за да определите честотата, трябва да разделите единицата на тази глупост (вижте малко по-горе).
Изходните импулси се вземат от колектора на един от транзисторите и от кой няма значение. С други думи, във веригата има два изхода.
Подобряването на формата на изходните импулси на мултивибратора, взети от колектора на транзистора, може да се постигне чрез включване на изолиращите (прекъсващи) диоди в колекторната верига, както е показано на фигура 3. Допълнителни резистори Rd1 и Rd2 са свързани през тези диоди паралелно с натоварванията на колектора.
Ориз. 3 - Мултивибратор с подобрена форма на изходните импулси
В тази схема, след затваряне на един от транзисторите и понижаване на колекторния потенциал, диодът, свързан към неговия колектор, също се затваря, изключвайки кондера от колекторната верига. Зареждането на кондера става чрез допълнителен резистор Rd, а не през резистор в колекторната верига, а колекторният потенциал на заключващия транзистор почти рязко става равен на Ek. Максималната продължителност на импулсните фронтове в колекторните вериги се определя главно от честотните свойства на транзисторите.
Такава схема дава възможност за получаване на почти правоъгълни импулси, но нейните недостатъци са по-нисък максимален работен цикъл и невъзможност за плавно регулиране на периода на трептене.
Фигура 4 показва високоскоростна мултивибраторна верига, която осигурява висока честота на собствени трептения.
Ориз. 4 - Бърз мултивибратор
В тази схема резците R2, R4 са свързани паралелно на кондензаторите C1 и C2, а резците R1, R3, R4, R6 образуват разделители на напрежение, които стабилизират базовия потенциал на отворен транзистор (при ток на разделителя, по-голям от базовия ток). При превключване на мултивибратора базовият ток на наситен транзистор се променя по-рязко, отколкото в разгледаните по-рано схеми, което намалява времето за разсейване на зарядите в основата и ускорява излизането на транзистора от насищане.
Чакащ мултивибратор
Мултивибратор, който работи в режим на автоколебане и няма състояние на стабилно равновесие, може да се превърне в мултивибратор с едно стабилно положение и едно нестабилно положение. Такива вериги се наричат резервни мултивибратори или единични вибратори, единични импулсни мултивибратори, релаксиращи релета или кипп релета. Превод на схема отстационарното състояние в нестабилно състояние възниква чрез действието на външен задействащ импулс. Веригата е в нестабилна позиция за известно време, в зависимост от нейните параметри, след което автоматично, рязко се връща в първоначалното си стабилно състояние.
За да получите режим на готовност в мултивибратор, чиято верига е показана на фиг. 1, трябва да изхвърлите няколко части и да ги смените, както е показано на фиг. 5.
Ориз. 5 - Изчакващ мултивибратор
В първоначалното стабилно състояние транзисторът VT1 е затворен. Когато на входа на веригата пристигне положителен задействащ импулс с достатъчна амплитуда, през транзистора започва да тече колекторен ток. Промяната в напрежението на колектора на транзистора VT1 се предава през кондензатора C2 към основата на транзистора VT2. Благодарение на POS (чрез резистора R4) нараства лавинообразен процес, водещ до затваряне на транзистора VT2 и отваряне на транзистора VT1. Веригата е в това състояние на нестабилно равновесие, докато кондензаторът C2 не се разреди през резистора R2 и проводимия транзистор VT1. След разреждането на кондера транзисторът VT2 се отваря и VT1 се затваря и веригата се връща в първоначалното си състояние.
Блокиращи генератори
Блокиращият осцилатор е едностъпален краткотраен генератор на импулсна релаксация със силна индуктивна положителна обратна връзка, генерирана от импулсен трансформатор. Импулсите, генерирани от блокиращия генератор, имат голям наклон на фронта и границата и са близки до правоъгълни по форма. Продължителността на импулса може да бъде в диапазона от няколко десетки ns до няколко стотици микросекунди. Обикновено блокиращият генератор работи в режим на висок работен цикъл, т.е. продължителността на импулсите е много по-малка от техния период на повторение. Работният цикъл може да бъде от няколкостотици до десетки хиляди. Транзисторът, на който е сглобен блокиращият генератор, се отваря само за времето на генериране на импулс, а през останалото време е затворен. Следователно при голям работен цикъл времето, през което транзисторът е отворен, е много по-малко от времето, през което е затворен. Топлинният режим на транзистора зависи от средната мощност, разсейвана в колектора. Поради големия работен цикъл в блокиращия осцилатор може да се получи много висока мощност по време на импулси с ниска и средна мощност.
С голям работен цикъл блокиращият осцилатор работи много икономично, тъй като транзисторът консумира енергия от източника на захранване само за кратко време на формиране на импулс. Точно като мултивибратор, блокиращият осцилатор може да работи в режим на самоосцилиране, режим на готовност и синхронизация.
Автоколебателен режим
Блокиращите осцилатори могат да бъдат сглобени на транзистори, свързани по схемата OE или по схемата OB. Веригата OE се използва по-често, тъй като ви позволява да получите по-добра форма на генерираните импулси (по-кратко време на нарастване), въпреки че веригата OB е по-стабилна по отношение на промените в параметрите на транзистора.
Схемата на блокиращия генератор е показана на фиг. 1.
Ориз. 1 - Блокиращ генератор
Работата на блокиращия генератор може да бъде разделена на два етапа. В първия етап, който заема по-голямата част от периода на трептене, транзисторът е затворен, а във втория транзисторът е отворен и се образува импулс. Затвореното състояние на транзистора в първия етап се поддържа от напрежението на кондензатора C1, заредено от базовия ток по време на генерирането на предишния импулс. В първия етап кондерът бавно се разрежда през високото съпротивление на резеца R1, създавайки близък до нула потенциал в основата на транзистора VT1 и той остава затворен.
Когато напрежението в основата достигне прага на отваряне на транзистора, той се отваря и токът започва да тече през колекторната намотка I на трансформатора T. В този случай в основната намотка II се индуцира напрежение, чиято полярност трябва да бъде такава, че да създава положителен потенциал в основата. Ако намотки I и II са свързани неправилно, тогава блокиращият осцилатор няма да генерира. Това означава, че краищата на една от намотките, независимо коя, трябва да бъдат разменени.