Мультивибратор с убывающим хронирующим напряжением

В качестве хронирующего напряжения можно брать напряжение на конденсатора или в точке А (рис. 1.71).

В данном режиме работы состояние ЛЭ следующее: DD₁ ¾ в состоянии логической единицы, т.е. U_ВЫХ1 = U¹; DD₂ ¾ в состоянии логического нуля, т.е. U_ВЫХ2 = U⁰. При отсутствии входных сигналов верхние свободные входы ЛЭ имеют нулевой потенциал.

Исходное состояние схемы: выбираем R₁ и Е такими, чтобы DD₁ находился в состоянии логической единицы; на входе DD₂ напряжение е₂ = 1 (см. временную диаграмму на рис. 1.73).

В данном режиме работы входной сигнал подается на вход второго ЛЭ е₂. Если подается сигнал е₂, соответствующий логическому нулю, то такой входной сигнал приводит к переключению логических элементов, т.е. к увеличению U_ВЫХ2, U_A, U_ВХ и уменьшению U_ВЫХ1 до логического нуля.

Временные диаграммы для данного режима работы мультивибратора представлены на рис. 1.73.

С момента времени t₀ конденсатор С начинает заряжаться по цепи "выход DD₂ – С – R₂ – R₁ – E – общая шина" и частично через входное сопротивление DD₁. Хронирующее напряжение U_A и напряжение на входе DD₁ начинают экспоненциально уменьшаться.

В момент времени t = t₁ напряжение на входе DD₁ достигает порогового значения, и оба ЛЭ попадают в активную область (участок 3' – 4' на рис. 1.72), замыкается цепочка ПОС с петлевым коэффициентом усиления, большим единицы, т.е. в схеме возникает регенеративный процесс, в результате которого ЛЭ возвращаются в исходное состояние. При этом диод VD открывается, т.е. напряжение на входе DD₁ U_ВХ = U_D = -е₀. После этого начинается процесс восстановления напряжения на конденсаторе, который состоит из двух этапов:

1) t_В' = t₂ – t₁; на этом этапе диод VD открыт;

2) t_В" = t₃ – t₂; на этом этапе диод VD закрыт.

Чтобы обеспечить исходное состояние схемы, нужно выбрать E и R₁, выбрать рабочую точку на участке 1 – 2 входной характеристики (рис. 1.72).

Уравнение входной характеристики на участке 1 – 2:

, (1.29)

где r_ВХ ¾ входное сопротивление ЛЭ; при входном напряжении, меньшем порогового значения (U_ВХ < U_ПОР), входное сопротивление:

, (1.30)

где е_Э0 ¾ падение напряжения на открытом эмиттерном переходе многоэмиттерного транзистора.

Из принципиальной схемы мультивибратора следует, что:

. (1.31)

Это уравнение справедливо для статического режима.

Прямые I, II на рис. 1.72. построены для Е = 0; прямая III построена в соответствии с (1.31) для какого-то значения Е. Точка пересечения входной характеристики с нагрузочной прямой (1.31) определяет начальное состояние ЛЭ.

При увеличении R₁ рабочая точка будет смещаться по входной характеристике от точки 1 к точке 2. Точка 2 определяет максимальное значение сопротивления R₁ для рассматриваемого режима работы. Чтобы найти входное напряжение, соответствующее рабочей точке, нужно совместно решить уравнения (1.30) и (1.31) при Е = 0. В результате решения получаем:

. (1.32)

Из уравнения (1.32) можно найти максимальное значение сопротивления R₁ в точке 2. Обозначив через U_ВХ2 напряжение, соответствующее точке 2, получим:

. (1.33)

Определим длительность генерируемого схемой импульса.

Длительность временно устойчивого состояния ¾ это интервал времени t₀ – t₁ = t, на котором происходит процесс заряда конденсатора. Точно определить величину t не удается из-за нелинейности входной характеристики. Учитывая малое значение входного тока, соответствующего логической единице, можно положить I_ВХ¹ = 0. На этом интервале диод VD закрыт, поэтому можно пренебречь его сопротивлением, т.е. r_iD = ¥. Тогда схема заряда конденсатора может быть представлена как на рис. 1.74.

Учитывая экспоненциальный характер переходного процесса в схеме, запишем в общем виде выражение для длительности t:

, (1.34)

где Т₁ = С×(r_ВЫХ2 + R₂ + R₁) есть постоянная времени контура. Если не учитывать падение напряжения на открытом диоде VD, то U_ВХ(¥) = 0. В формуле (1.34) U_ВХ(t₁) = U_ПОР = 1,4 ¸1,6 В; U_ВХ(0) = U_ВХ.СТ.1 + (U¹ – U⁰)×R₁/(r_ВЫХ + R₂ + R₁).

Время восстановления ¾ это интервал t₁ – t₃. На этом интервале DD₁ находится в состоянии логического нуля, поэтому можно принять r_ВЫХ2 = 0. Диод VD открыт. Учитывая малую величину интервала t_В', можно принять за время восстановления:

t_В @ t_В" @ C×(R₂ + R₁||r_ВХ1)×К_ВОССТ. (1.35)

На интервале t_В" диод VD закрыт, и коэффициент восстановления:

К_ВОССТ = –ln(1 – К_З), (1.36)

где К_З ¾ коэффициент затухания экспоненты.

Приняв К_З = 0,8, получим К_ВОССТ = 1,6.