Лабораторная работа №18 Мультивибратор Студент должен знать

2. Принцип работы мультивибратора

Мультивибратор представляет собой генератор импульсов с самовозбуждением на основе двухкаскадного усилителя с ёмкостной положительной обратной связью.
Рис. 4.

Принципиальная схема мультивибратора на n-p-n транзисторах

Он состоит из двух одинаковых полупроводниковых триодов и (рис.4), включённых параллельно через нагрузочные сопротивления и к источнику питания. Коллектор триода через конденсатор соединяется с базой триода , а коллектор триода через конденсатор с базой триода . К базам триодов и подсоединены сопротивления и .
Для рассмотрения принципа работы мультивибратора необходимо знать, для транзистора типа:

1. 
   Транзистор открыт, если напряжение на коллекторе и базе по отношению к эмиттеру положительно, причём ;
   
2. 
   В мультивибраторе в открытом транзисторе сопротивления переходов эмиттер-база, база-коллектор настолько малы, что ими пренебрегают и считают, что эмиттер, база и коллектор соединены в одной точке. Такое состояние транзистора называют насыщенным.
   
3. 
   В любом открытом транзисторе через переход эмиттер-база протекает ток , обусловленный зарядкой одного конденсатора, а через переход коллектор-эмиттер ток , обусловленный разрядкой другого конденсатора (рис. 6);
   
4. 
   Транзистор закрыт, т.е. через него почти не идёт ток, если ;
   
5. 
   В закрытом транзисторе через переход база-коллектор течёт обратный ток не основных носителей , который значительно меньше (в ~10³ 10⁴ раз) тока основных носителей транзистора в открытом состоянии, его величина 10^-6А;
   
6. 
   Мультивибратор, у которого , , , называют симметричным;
   

Рабочий цикл мультивибратора состоит из двух полупериодов и . В течение полупериода , один транзистор, например , открыт, а второй закрыт. Во втором полупериоде наоборот: закрыт, а открыт.
Пусть в момент времени (рис.5) транзистор открыт, а транзистор закрыт. При этом потенциал коллектора открытого транзистора немного больше нуля, т.к. сопротивление открытого транзистора значительно меньше и почти всё падение напряжения происходит на .
при

Потенциал базы закрытого транзистора отрицателен (рис. 5в), а потенциал коллектора примерно равен (рис. 5г) т.к. ток, текущий через закрытый транзистор, очень мал:

Через открытый транзистор текут ток , обусловленный разрядкой конденсатора по цепи и ток , обусловленный зарядкой конденсатора по цепи (рис. 6).

Рис. 5.

Временные диаграммы работы мультивибратора

Открытое состояние транзистора определяется постоянной времени , т.е. временем перезарядки конденсатора . Перезарядка конденсатора идёт до тех пор, пока потенциал правой пластины ёмкости , а, следовательно, и базы не станет больше (рис. 5в), тогда в момент времени транзистор открывается, потенциал его коллектора ( ) резко изменяется от примерно до нуля (рис. 5г). Быстрое изменение потенциала дифференцируется ёмкостью и отрицательный импульс передаётся на базу транзистора , который закрывает его.

Потенциал коллектора триода резко возрастает (рис. 5б) от до . Положительный скачок потенциала через ёмкость передаётся на базу триода и ещё более открывает его. Таким образом, мультивибратор перешёл из одного состояния ( , открыт, закрыт) в другое ( закрыт, а открыт).
Через открытый транзистор течёт ток , обусловленный разрядкой конденсатора , по цепи и ток , обусловленный зарядкой конденсатора по цепи (рис. 7). Открытое состояние транзистора определяется постоянной времени , т.е. временем перезарядки конденсатора и в момент времени , когда потенциал левой обкладки конденсатора станет равным (потенциал также равен ), транзистор открывается, а транзистор закрывается. Происходит быстрый скачок потенциалов от 0 до (рис. 5г) и от до нуля (рис. 5б) и процесс повторяется вновь, как описано выше. Ёмкости и оказывают шунтирующее действие, что приводит к отклонению импульсов на выходе триггера (т.е. на коллекторе триода или триода ) от прямоугольной формы.

Рис. 6.

Эквивалентная схема мультивибратора с открытым транзисторомV₁

Рис. 7.

Эквивалентная схема мультивибратора с открытым транзистором V

В практических схемах можно брать , и . Полученные таким образом мультивибраторы называют несимметричными. Длительность импульсов, определяемая временем и будет различной, например, при , (рис. 8).

Рис.8.

Импульс на выходе несимметричного мультивибратора