Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Генераторы прямоугольных импульсов
|
|
В качестве генераторов прямоугольных импульсов в транзисторных схемах широко применяют мультивибраторы. В простейшем случае мультивибратор выполняют на двух транзисторах с заземленным эмиттером, между коллекторами и базами которых образованы емкостные связи. В результате действия сильной положительной обратной связи после включения питания мультивибратор возбуждается и непрерывно генерирует последовательность прямоугольных импульсов. Если Rк1 = Rк2= Rк, Rб1 = Rб2= Rб и C1=C2 = C, мультивибратор называют симметричным.
Рассматривать физические процессы, происходящие в мультивибраторе, начиная с какого-то определенного момента времени, нельзя, так как поведение схемы всегда зависит от ее предыдущего состояния. Поэтому для пояснения, принципа действия мультивибратора воспользуемся искусственным приемом:
Симметричный мультивибратор (а) и диаграмма его работы (б)
между базой одного из транзисторов, например T1 и нулевой шинкой включим ключ К. Если ключ К замкнут, то схема останется в состоянии, в котором транзистор T1 закрыт (на его базе потенциал нуль), а T2 открыт под действием тока отрицательного смещения Iб2, поступающего через сопротивление Rб2. Триод будет надежно открыт, если выдержано соотношение Rб £ RкВ.
Если схема в таком состоянии находилась достаточно длительное время, то можно считать, что переходные процессы в конденсаторах закончились. Напомним, что потенциал на базе и коллекторе открытого транзистора примерно равен нулю, а на коллекторе закрытого транзистора отрицателен (в данном случае равен – Ек). Тогда на обкладках конденсаторов C1 и C2 будут следующие потенциалы: на обкладке 1 и 2 конденсатора C1 потенциалы, равные нулю (нулю равны потенциалы коллектора T2 и базы T1, между которыми включен конденсатор C1); на обкладке 1 конденсатора C2 – потенциал – Ек (как и на коллекторе закрытого транзистора T1), а на обкладке 2 – потенциал нуль (потенциал базы открытого триода T2 примерно равен нулю).
Следовательно, на конденсаторе С1 напряжение равно нулю (на обеих обкладках потенциалы нуль), т. е. конденсатор разряжен, а на конденсаторе С2 – напряжение Ек (на одной обкладке – Ек, на другой нуль), т. е. конденсатор заряжен. Отметим, что высокий потенциал на конденсаторе C2 будет со стороны обкладки 2, подключенной к базе.
В момент времени t1 отключим ключ К. Транзистор T1 при этом откроется под действием тока отрицательного смещения Iб1, который поступает в его базу через сопротивление Rб1. Потенциал Uk1 на его коллекторе станет равным нулю. Потенциал обкладки 1 конденсатора C2, так же как и на коллекторе транзистора T1, будет равен нулю. В первый момент времени напряжение на конденсаторе C2, равное до включения + Еk, существенно измениться не могло. Поэтому потенциал на обкладке C2, так же как и на базе Uб2 транзистора T1, становится равным + Еk Транзистор T2 закрывается.
Начинается разряд конденсатора C2 по цепи эмиттер – коллектор транзистора T1, конденсатор C2, сопротивление Rб1 и далее через источник питания на эмиттер транзистора T1. Так как после закрытия транзистора T2 потенциал на его коллекторе понижается, то одновременно с разрядом С2
начинает заряжаться конденсатор С1. Заряд его (ток i3) происходит по цепи: эмиттер – база T1, конденсатор С1, сопротивление Rк2. В этом положении (T1 открыт, T2 закрыт) схема находится до тех пор, пока не окончится разряд конденсатора С2, в результате которого транзистор T2 удерживается закрытым. Напряжение на конденсаторе С2 а при разряде изменяется по экспоненциальному закону:
где Uc(t)– мгновенное напряжение на конденсаторе;
Um(t)– начальное напряжение на конденсаторе;
Um = Ек ;
tр = RбC — постоянная времени цепи разряда.,
Время, через которое конденсатор разрядится и напряжение на нем станет равным нулю, определяется выражением:
tp= RбC ln2»0, 7 RбC.
Заряд конденсатора происходит также по экспоненциальному закону с постоянной времени tз = RкC.
Так как сопротивление Rкобычно существенно меньше Rб (ток в базе примерно в В раз меньше тока коллектора), то заряд конденсатора происходит существенно быстрее, чем разряд. А это означает, что за время разряда конденсатора C2 конденсатор C1 успеет полностью зарядиться до напряжения + Ек (так как на его обкладке 1 потенциал – Ек, а на обкладке 2 потенциал базы открытого транзистора T2, равный нулю). После окончания разряда C2 транзистор T2 открывается под действием тока отрицательного смещения, поступающего через Rб. Начинается разряд конденсатора C1, в результате чего закрывается транзистор T1. Далее процесс происходит аналогично рассмотренному выше: после окончания разряда конденсатора C1 транзистор T1 вновь откроется и закроется T2 и т. д.
Период колебаний мультивибратора равен сумме времени закрытого состояния транзисторов T1 и T2 и определяется как
,
а частота колебаний
.
Как видим, период колебаний и частота мультивибратора зависят только от сопротивления Rб и емкости С и не зависит от напряжения питания (точные расчетные соотношения показывают, что зависимость от Ек существует, однако при приближенном анализе ею можно пренебречь). Поэтому регулировать частоту колебаний мультивибратора можно, изменяя величины Rб и С. Однако величина сопротивления Rб влияет также на нагрузочную способность мультивибратора и его стабильность, поэтому изменять ее можно в небольших пределах. Практически частоту мультивибратора регулируют, изменяя величину емкости конденсаторов. Как видно из диаграммы, форма импульсов напряжения Uk1 и Uk2 на выходе мультивибратора существенно отличается от прямоугольной, что определяется процессом заряда конденсаторов.
Схемы, поясняющие работу мультивибратора 
|
|