Мультивібратори

Для одержання коливань, що характеризуються ділянками зі стрибкоподібними змінами напруг і струмів (так званих “розривних коливань”), застосовуються релаксаційні генератори або релаксатори. Релаксатори, як і тригери, ставляться до класу спускових пристроїв і базаються на застосуванні підсилювачів з колом позитивного зворотного зв'язку або приладів з негативним опором. На відміну від тригерів, що мають два стійких стани, генератори релаксаційного типу мають максимум один стійкий стан.

Мультивібратор - генератор прямокутних імпульсів релаксаційного типу з резистивно - ємнісними позитивними зворотними зв'язками, що використає замкнутий у коло позитивного зворотного зв'язку двох касдний підсилювач.

Мультивібратор може працювати в одному із трьох режимів: автоколивальному, що характеризується відсутністю стійких станів; існують два, що чергуються в часі стани квазірівноваги;

чекаючому, при якому існує один стійкий стан і один стан квазірівноваги. Перехід від стійкого стану в стан квазірівноваги відбувається під впливом зовнішніх імпульсів, що запускають, а момент повернення в стійкий стан визначається параметрами часозадаючого ланцюга (часом релаксації). Таким чином, на один імпульс зовнішнього впливу чекаючий мультивібратор виробляє один імпульс заданої тривалості;

синхронізації. У цьому режимі на мультивібратор впливає зовнішня синхронізуюча напруга. При цьому режимі існують два чередующихся стани квазірівновагу, але період коливань дорівнює або кратний періоду синхронізуючого впливу.

Мультивібратори застосовуються в якості задаючих генераторів, розширювачів імпульсів, дільників частоти.

Якщо в тригерних пристроях початковий розвиток регенеративного процесу, що забезпечує формування крутих перепадів, напруги, викликається зовнішніми імпульсами керування, то в мультивібраторах цей процес розвивається автоматично завдяки наявності часозадаючих (хронірующих) елементів, якими звичайно є RC-ланцюги. Зрозуміло, що в тому чи іншому випадку генераторний пристрій являє собою підсилювальний ланцюг того або іншого типу, охоплений позитивним зворотним зв'язком. Таким чином, мультивібратор являє собою релаксаційний автогенератор напруги прямокутної форми. Термін «автогенератор» означає, що він генерує незатухаючі коливання без якого-небудь запуску ззовні й не має стійких станів рівноваги. Релаксаційний характер коливань вихідної напруги вказує на те, що умови самозбудження виконуються в широкому діапазоні частот.

Загальна характеристика мультивібраторів

При проектуванні мультивібраторів як елементна база використають біполярні, польові й одноперехідні транзистори, а також аналогові й цифрові інтегральні мікросхеми. Останніми найчастіше є операційні підсилювачі й логічні елементи. Напівпровідникові прилади в мультивібраторах працюють у ключовому режимі.

При роботі мультивібратора в режимі автоколивань виробляються періодично повторювані імпульси прямокутної форми. Частота генеруючих імпульсів визначається параметрами часозадаючого ланцюга, властивостями схеми й режимом її живлення. На частоту автоколивань впливає підключене навантаження. Звичайно мультивібратор застосовується як генератор імпульсів великої тривалості, які потім використаються для формування імпульсів необхідної тривалості й амплітуди.

Таким чином, мультивібратори, що працюють в автоколивальному режимі, застосовуються найчастіше як задаючих генератори. Тому до них пред'являються вимоги високої стабільності частоти, що, однак, може бути досягнуто тільки застосуванням спеціальних заходів щодо стабілізації частоти періодичної послідовності імпульсів. Звичайно відносна нестабільність частоти при впливі різних дестабілізуючих факторів становить кілька відсотків.

Мультивібратори можуть також працювати в чекаючому режимі, і режимі синхронізації.

У чекаючому режимі мультивібратор має один стан стійкої рівноваги. При впливі імпульсу, що запускає, мультивібратор виробляє один прямокутний імпульс, після чого вертається в стан стійкої рівноваги. Вимоги, які ставляться до чекаючих мультивібраторів, аналогічні вимогам до тригерів.

У режимі синхронізації на мультивібратор впливає зовнішня періодична напруга часто синусоїдальної форми. При цьому частота періодичної послідовності прямокутних імпульсів, які генеруються мультивібратором, дорівнює або цілому числу раз менше частоти синхронізуючої напруги. При знятті синхронізуючої напруги мультивібратор продовжує працювати в автоколивальному режимі.

Мультивібратори на біполярних транзисторах

Мультивібратори на біполярних транзисторах найбільше часто виконують за симетричною схемою з колекторно-базовими зв'язками (рис. 1,а). Як і для тригера, симетричність означає ідентичність симетрично розташованих елементів, тобто RK1=RK2, RБ1=RБ2, СБ1=СБ2, параметри транзисторів однакові. Як видно з рисунка, мультивібратор складається із двох підсилювальних каскадів з ОЕ, вихідна напруга кожного з яких подається на вхід іншого. У схемі мультивібратора використані транзистори р-п-р-типа.

При приєднанні схеми до джерела живлення Ек обидва транзистора пропускають колекторні точки (їхні робітники точки перебувають в активній області), оскільки на бази через резистори RБ1 і RБ2 подається негативний зсув. Однак такий стан схеми нестійкий. Через наявність у схемі позитивного зворотного зв'язка виконується умова вКу>1 і двухкаскадний підсилювач самозбуджується. Починається процес регенерації - швидке збільшення струму одного транзистора й зменшення струму іншого транзистора.

Нехай у результаті будь-якої випадкової зміни напруг на базах або колекторах трохи збільшиться струм IK1 транзистора VT1. При цьому збільшиться спадання напруги на резисторі RK1 і колектор транзистора VT1 одержить збільшення позитивного потенціалу. Оскільки напруга на конденсаторі СБ1 не може миттєво змінитися, це збільшення прикладається до бази транзистора VT2, підзакриваючи його. Колекторний струм IK2 при

Рисунок 1 – Симетричний мультивібратор на біполярних транзисторах:

a - схема; б - часові діаграми

цьому зменшується, напруга на колекторі транзистора VT2 стає більше негативним і, передаючись через конденсатор СБ2 на базу транзистора VT1, ще більше відкриває його, збільшуючи струм IK1. Цей процес протікає лавиноподібно й закінчується тим, що транзистор VT1 входить у режим насичення, а транзистор VT2 — у режим відсічки. Схема переходить в одне зі своїх тимчасово стійких станів рівноваги (квазістійкий стан). При цьому відкритий стан транзистора VT1 забезпечується зсувом від джерела живлення Ек через резистор RБ1, а замкнений стан транзистора VT2 — позитивною напругою на конденсаторі СБ1 ( = UБ2 > 0), що через відкритий транзистор VT1 включений у проміжок база — емітер транзистора VT2.

На часових діаграмах рисунок 1, б описані