Мультивибраторы

Мультивибратором называется генератор прямоугольного напряжения, которое может быть разложено в ряд, содержащий высшие гармоники. Этим и объясняется название этого устройства.

Схема имеет два неустойчивых состояния, когда один из транзисторов открыт, а другой закрыт (рис. 48). Переход из одного состояния равновесия в другое происходит скачком, почти мгновенно, так как время переходного процесса в транзисторном мультивибраторе измеряется долями микросекунды.

Рис. 48. Схема мультивибратора

В начальный момент времени t = 0 (рис. 49) транзистор VT1 открылся, транзистор VT2 закрылся, конденсатор С₂ начинает заряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R_k2 .

Открытие транзистора VT1 связано с прекращением разряда конденсатора С₂, и появлением на базу VT1 отрицательного напряжения, подаваемого через резистор R₆₁ и с прохождением в цепи базы VT1 зарядного тока конденсатора С₂, уменьшающегося по экспоненте с постоянной времени R_K2C₂.Наличием зарядного тока конденсатора С₂ объясняется скругление передних фронтов выходного напряжения U_вых.Величина сопротивления резистора R_б1 выбирается так, чтобы обеспечить работу транзистора VT1 в режиме насыщения.

До тех пор, пока транзистор VT1 открыт и насыщен, через него проходит разрядный ток конденсатора C₁ который разря жается через резистор R_б2 с постоянной времени R₆₂C₁.По мере разряда конденсатора С₁, напряжение на базе транзистора VT2 становится все менее положительным, и через промежуток времени t₁, транзистор VT2 скачком открывается, а конденсатор С₂ начинает разряжаться через транзистор VT2 и резистор R_б1 с постоянной времени R₆₁ C₂.При этом он закрывает транзистор VT1. Конденсатор С₁, в это время будет заряжаться через R_k1 и открытый транзистор VT2.

Рис. 49. График изменения токов и выходного напряжения

несимметричного мультивибратора

Мультивибратор называют симметричным, если длительность открытого состояния обоих транзисторов одинакова, т.е. t₁ = t₂. У симметричного мультивибратора R_k1 = R_k2 , R₆₁ = R₆₂ и C₁ = C₂. Времязадающими являются цепи R₆₁, C₂ и R₆₂, C₁. Период колебаний Т = t₁ + t₂.

Важной характеристикой работы мультивибратора является скважность импульсов. Скважностью прямоугольных импульсов называют отношение периода колебаний Т к длительности импульса t₁.

Мультивибраторы могут быть реализованы на микросхемах. В схеме симметричного мультивибратора (рис. 50) операционный усилитель (ОУ) осуществляет сравнение напряжения U_C на конденсаторе С и напряжения U с делителя, образованного резисторами R₁ и R₂. Напряжение U_вых на выходе ОУ пропорционально разности напряжений между его входами ∆U = U - U_C. Из-за того, что часть выходного напряжения через делитель поступает на вход ОУ, в схеме образуется положительная обратная связь. Если в некоторый момент времени разность ∆U станет положительной (например, вследствие флуктуации), то положительная обратная связь приведёт к лавинообразному нарастанию напряжения. Его увеличение прекратится, когда U_выx достигнет своего максимально возможного значения U₀, близкого к положительному напряжению питания +Е. При этом напряжение U будет равно U₀R₁/(R₁ + R₂). Такое состояние системы сохранится до тех пор, пока напряжение U_C на конденсаторе, заряжающемся через резистор R, не превысит значения U = U₀R₁/(R₁ + R₂). Как только разность ∆U станет отрицательной, напряжение U_вых скачком уменьшится до своего минимального значения -U₀, близкого к отрицательному напряжению питания -E. Напряжение U станет равным -U₀R₁/(R₁ + R₂) и конденсатор начнёт разряжаться. Когда напряжение U_С сравняется c U= -U₀R₁/(R₁ + R₂), выходное напряжение снова скачком увеличится до значения U₀ и т. д. Время зарядки и разрядки конденсатора одинаково и пропорционально RC.

Рис. 50. Симметричный мультивибратор на операционном усилителе:a- схема;б- временныедиаграммы напряжений;1− напряжениеU_C;2- напряжениеU.

Несимметричный мультивибратор (рис. 51) работает аналогичным образом, но с включением в схему диодов D и D' конденсатор заряжается и разряжается через разные резисторы (R и R'), поэтому время зарядки и разрядки различно.

Рис. 51. Несимметричный мультивибратор наоперационном усилителе