процеси, які відповідають моменту часу t = 0. Тепер конденсатор СБ2 швидко заряджається по ланцюгу +ЕK — емітер — база транзистора VT1 — CБ2 — RК2 — ЕK до напруги Ек. Конденсатор СБ1 заряджений у попередній період, перезаряджається через резистор RБ2 і відкритий транзистор VT1 струмом джерела живлення Ек і напруга на ньому прагне зменшитися до — Ек (див. графік для UБ2). У момент часу t1 напруга = UБ2 міняє знак, що викликає відкривання транзистора VT2 і поява IK2. Збільшення струму IK2 приводить до процесу, аналогічному описаному раніше при збільшенні струму IK1. У результаті транзистор VT2 входить у режим насичення, а транзистор VT1 — у режим відсічки (друге тимчасово стійкий стан рівноваги). У проміжку часу t1 — t2 відбувається заряд конденсатора СБ1 і перезаряд конденсатора СБ2.
Таким чином, переходячи періодично з одного тимчасово стійкого стану рівноваги в інший, мультивібратор, формує вихідну напругу, що знімається з колектора будь-якого транзистора, майже прямокутної форми.
Схема автоколивального мультивібратора наведена на рисунку 2, а. Він складається із інвертуючого тригера Шмітта, охопленого негативним зворотним зв'язком за допомогою інтегруючого RC-ланцюга.
Рисунок 2 – Схема мультивібратора (а) і часова діаграма його роботи (б)
Коли напруга uc досягає порога спрацьовування тригера Шмітта, схема перемикається і її вихідна напруга стрибком приймає протилежне значення. При цьому конденсатор починає перезаряджатися в протилежному напрямку, поки його напруга не досягне іншого порога спрацьовування. Схема перемикається в первісний стан (рис. 2, б).
Аналіз схеми мультивібратора дозволяє записати диференціальне рівняння:
(38)
При початкових умовах uc(0) = -Uп рішення цього рівняння має вигляд:
Значення напруги, рівне порогу спрацьовування тригера Шмітта (умова uc(t)=Uп), буде досягнуто через час
t1 = RCln[1 + 2R1/R2].
Період коливань мультивібратора, таким чином, дорівнює
T = 2t1 = 2RCln[1 + 2R1/R2]. (39)
Як видно з останньої формули, період коливань мультивібратора не залежить від напруги Uм, що, у свою чергу визначається напругою живлення Uпит. Тому частота коливань мультивібратора на ОП мало залежить від напруги живлення.
Ще однією розповсюдженою схемою генераторів на логічних елементах є схема мультивібратора. У цій схемі для реалізації позитивного зворотного зв'язка використається два інвертори. Кожний з підсилювачів здійснює поворот фази генеруючого сигналу на 180°. У результаті реалізується баланс фаз. Схема мультивібратора наведена на рисунку 3.
Рисунок 3 – Схема мультивібратора, виконана на двох логічних інверторах.
Коефіцієнт підсилення кожного з підсилювачів визначається співвідношенням резисторів R2/R1 і R4/R3. У цій схемі можливе незалежне регулювання частоти й шпаруватості генеруючих коливань. Тривалість імпульсів і тривалість паузи між імпульсами регулюється незалежно за допомогою RC ланцюжків R1 C2 і R3 C1. Період проходження імпульсів Т визначається як сума двох часів заряду конденсаторів:
Т = tзар1 + tзар2,
де tзар1 =R2C2 ln(U1/Uпор); tзар2 =R4C1 ln(U1/Uпор).
Якщо шпаруватість генеруючих коливань не важлива, то можна спростити схему мультивібратора, використавши другий інвертор по прямому призначенню. Тому що при реалізації схеми генератора нас цікавить максимальний петлевий коефіцієнт підсилення, то послідовний резистор ми теж можемо виключити. Для забезпечення автоматичного запуску генератора в схемі залишається резистор, включений з виходу на вхід першого інвертора. У цьому випадку схема мультивібратора прийме вид, показаний на рисунку 3.
Рисунок 3 - Спрощена схема мультивібратора.
У цій схемі можливо задавати тільки частоту генеруючих імпульсів. Вона буде визначатися добутком R1 C1. Шпаруватість генеруючих імпульсів буде залежати тільки від співвідношення струмів нуля й одиниці обраного логічного елемента.
Період Т імпульсів, генерованих мультивібратором, визначається в першому наближенні постійної часу t = RC (Т = а t, де а звичайно має значення 1...2). Частоту проходження імпульсів можна оцінити (з точністю до 10 %) з вираження f = 1/2RC.
Досить часто потрібно одержати генератор, вихідна частота якого могла б змінюватися в досить широких межах. У цьому випадку в якості частотозадаючого елемента в генераторі може бути використаний елемент зі змінюваними параметрами, наприклад варикап або польовий транзистор. Схема такого генератора, керованого напругою, наведена на рисунку 4.
Рисунок 4 – Схема генератора, керованого напругою.
З огляду на, що опір польового транзистора може змінюватися в межах від 10 Ом до 10 МОм, генеруюча частота теж може змінюватися в десятки й сотні разів. Однак варто врахувати, що такий генератор може бути використаний тільки в цифрових схемах, тому що його спектральні характеристики залишають бажати кращого. Звичайно така схема використовується в ланцюгах множення частоти усередині цифрових мікросхем підвищеної продуктивності. Прикладом спеціалізованих мікросхем - генераторів можуть служити мікросхеми 531ГГ1 і 564ГГ1.
У схемі на мультивібраторі можна використати й кварцову стабілізацію частоти. Для цього потрібно кварцовий резонатор включити в ланцюг зворотного зв'язку. Схема мультивібратора із кварцовою стабілізацією частоти наведена на рисунку 5.
Рисунок 5 – Схема мультивібратора із кварцовою стабілізацією частоти.
При застосуванні такої схеми кварцового генератора варто враховувати, що кварцовий резонатор у ній працює на частоті послідовного резонансу, що відрізняється від частоти паралельного резонансу, використовуваного в осциляторній схемі генератора.