Элементы теории мультивибраторов

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 28Следующая ⇒

Мультивибраторами называют генераторы импульсов прямоугольной формы, которые используют в качестве задающих устройств в различных системах импульсного и цифрового действия. Они представляют собой широкополосные усилители с широкополосной положительной обратной связью (ОС), имеющие в петле ОС элементы, накапливающие энергию. Мультивибраторы разделяются на автоколебательные (далее просто мультивибраторы) и ждущие (одновибраторы). Первые работают в автоколебательном режиме без подачи входного сигнала. Вторые генерируют импульсы только при подаче входного сигнала, т.е. работают в ждущем режиме. Основное отличие мультивибратора от триггера состоит в замене резисторов положительных обратных связей на конденсаторы. Мультивибратор имеет два устойчивых состояния, но они меняются не под действием входных сигналов, а под действием сигналов через положительные обратные связи. Мультивибратор не имеет внешних входов.

Мультивибраторы на биполярных транзисторах выполняют обычно по схеме, приведённой на рис. 6.3, а, с эквивалентной схемой перезарядки конденсатора (6.3, б), в которой времязадающие R – C цепи R₁C₁, R₂C₂ питаются от отдельного источника E_Б.

Рис. 6.3

Рис. 6.4

Рассмотрим работу устройства, начиная с момента времени t₁ (рис. 6.4), когда транзистор VT1 закрыт (режим отсечки), а VT₂ открыт (обычно режим насыщения). Полярность конденсаторов C₁ и C₂ показана на рисунке. Закрытое состояние VT₁ поддерживается напряжением конденсатора C₂, прикладываем в запирающем направлении к эмиттерному переходу VT₁ через открытый транзистор VT₂. Транзистор VT₂ открыт за счет двух составляющих базового тока, протекающих по цепям: +E_К – R_K1 – C₁ – Б₂ – Э₂ – общая точка (ОТ); +E_Б – R₁ – Б₂ – Э₂ – ОТ.

Спустя интервал времени t₁» (3¼ 4)R_K1C₁ с момента переключения VT₂ в открытое состояние первая (переменная) составляющая его базового тока становится практически равной нулю, и транзистор остаётся открытым за счёт второй (постоянной) составляющей базового тока. Напряжение на конденсаторе C₁ и коллекторе VT₁ при этом принимают значения (при U_Б< < E_K, U_Б – напряжение эмиттерного перехода транзистора в открытом состоянии):

U_С1=U_К1=Е_К – R_К1I_К01,

где I_К01 – обратный ток коллекторного перехода VT₁.

Когда транзистор VT₂ открыт конденсатор C₂ перезаряжается током, протекающим по цепи +E_Б – R₂ – С₂ – К₂ – Э₂ – ОТ, а также обратным током коллекторного перехода VT₁ с постоянной времени t₂» R₂× С₂> > t₁. При этом потенциал базы VT₁ повышается, в момент времени t₂ достигает значения U_Б1 » 0, 65В. Начиная с этого момента, VT₁ начинает отпираться, а VT₂ запираться напряжением конденсатора С₁. Запирание VT₂ ведёт к увеличению базового тока VT₁ по цепям: +E_К - R_K2 – C₂ – Б₁ – Э₁ – ОТ; +E_Б – R₂ – Б₁ – Э₁ – ОТ и ещё большему его отпиранию и запиранию VT₂. Процесс развивается лавинообразно и завершается полным отпиранием VT₁ и запиранием VT₂. Далее работа устройства повторяется.

Из приведённого описания работы устройства и эквивалентной схемы перезарядки времязадающего конденсатора (рис. 6.3, б) следует

, (6.1)

. (6.2)

Подставляя в уравнения (6.1) и (6.2) значения u_С1= u_С2» 0, можно определить длительности интервалов импульса t_И и паузы t_П, а также периода Т и скважности q выходного напряжения мультивибратора:

, , .

При условии R_Б> > R_K, Е_K> > R_БI_K0,

, ,

, .

Таким образом, параметры генерируемых импульсов регулируют, изменяя параметры времязадающих цепей и напряжения Е_Б.

Одновибраторы

Одновибраторы на биполярных транзисторах. Одновибратор служит для формирования импульсов заданной длительности из импульсов любой ширины. Схема одновибратора представлена на рис. 6.5, а. Схему одновибратора можно представить в виде двух частей: одна часть – это половинка триггера, другая часть – это половинка мультивибратора. Устройство содержит транзисторы VT₁ и VT₂, времязадающую цепь R_Б, C₂, резистор положительной ОС R_Э, цепь смещения R₁, R₂ и коллекторные сопротивления R_К1, R_К2 (причём R_К1> R_К2).

Рис. 6.5

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии VT₂ насыщен базовым током, протекающим по цепи +E_К – R_Б – Б2 – Э2– R_Э – ОТ. При этом u_КЭ2» 0 и . Параметры делителя выбраны так, что в исходном состоянии U_Э1> u_R₂ и транзистор VT₁ заперт. Конденсатор C₂ заряжен в указанной полярности до наибольшего напряжения (при I_К01= I_К02= 0):

При поступлении входного импульса положительной полярности в момент времени t₁ (рис. 6.5, б) напряжение на резисторе R₂ возрастает так, что u_R₂> U_Э1 и транзистор VT₁ отпирается, при этом VT₂ запирается обратным напряжением конденсатора C₂, прикладываемым к его эмиттерному переходу через открытый транзистор VT₁. Выходное напряжение одновибратора возрастает до величины u_ВЫХ» E_К. Так как R_K1> R_K2, падение напряжения на резисторе R_Э резко уменьшается и выполняется условие

u_R₂> U_Э2= R_ЭE_К/ (R_Э+R_К1).

За счёт этого по окончании входного импульса VT₁ остаётся в открытом, а VT₂ – в закрытом состоянии. Конденсатор C перезаряжается по цепи +E_К – R_Б – C₂ – VT₁ – R_Э – ОТ с постоянной времени t₁» R_БC₂ (при R_Б> > R_К1 и R_Б> > R_Э), при этом его напряжение стремится к минимальному значению

В момент времени t₂ напряжение u_C₂ достигает нуля, что ведёт к лавинообразному отпиранию VT₂ и запиранию VT₁. Устройство возвращается в исходное состояние; процесс формирования выходного импульса закончен. Конденсатор C₂ быстро перезаряжается до исходного напряжения по цепи +E_К – R_К1 – Б₂ – Э₂ – R_Э – ОТ с постоянной времени t₂» (R_К1+R_Э)C2< < t₁, после чего устройство готово к формированию очередного импульса.

Из принципа действия устройства следует, что, при I_К01=I_К02=0 напряжение конденсатора при разряде изменяется по закону

откуда длительность формируемого импульса (при u_С=0) равна

t_И = t₁ln2 » 0, 7t₁.

Время восстановления одновибратора (длительность зарядки конденсатора до исходного напряжения):

t_В= (3¼ 4)t₂= (3¼ 4)(R_К1+R_Э)C2.

Минимальная скважность генерируемых импульсов:

Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип действия автоколебательного мультивибратора на биполярных транзисторах.

2. Объясните устройство и принцип действия ждущего мультивибратора на биполярных транзисторах.

ГЛАВА 7. ТИРИСТОРЫ

Принцип работы тиристора

Тиристор является четырехслойным прибором. Создается исключительно на основе кремния. Его структура показана на рис. 7.1. Вольт-амперные характеристики тиристоров представлены на рис. 7.2.

Рис. 7.1

Рис. 7.2

Цепь управляющий электрод-катод (УЭ – К) является диодным переходом. В эту цепь допустимо подавать напряжение и управляющий ток только в направлении проводимости этого перехода. При отсутствии тока управления тиристор не проводит при любом знаке напряжения U_АК, в том случае если это напряжение не превышает допустимых значений. Допустимые значения оговариваются классом прибора. Обратная ветвь ВАХ такая же, как у диода. Подавая ток управления, прямую ветвь можно изменять. Если подается номинальный ток управления, то прямая ветвь ВАХ превращается в диодную. Тиристор является полууправляемым прибором, т.к. снятие тока управления у проводящего тиристора не приводит к восстановлению прямой ветви. Тиристор является ключевым прибором и управляется импульсами тока управления. Переход с характеристики I_упр=0 на характеристику I_{упр.ном} происходит очень быстро.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒