Основные типы импульсных устройств

Мультивибраторы

Автоколебательный мультивибратор

Простейшая схема автоколебательного мультивибратора, предназначенного для генерации прямоугольных импульсов напряжения, приведена на рис. 10.8. Рассмотрим процесс автоколебаний (рис. 10.8, б):

1. Пусть в исходном состоянии полностью открыт, т.е. , а закрыт, т.е. . Тогда конденсатор заряжается по цепи: . В результате роста напряжения на увеличивается потенциал , и начинает открываться.

2. Переходный процесс опрокидывания схемы заключается в следующем:

. Таким образом, действует ПОС, которая приводит к быстрому полному открыванию и закрыванию , т.е. , а .

а б

Рис. 10.8. Схема мультивибратора (а) и временные диаграммы его работы (б)

3. Тогда конденсатор заряжается по цепи: .

В результате роста напряжения на увеличивается потенциал , и начинает открываться.

4. Переходный процесс обратного опрокидывания схемы аналогичен: . В результате действия ПОС схема возвращается в исходное состояние.

Для запуска автоколебаний необходимо обеспечить либо несимметричность схемы, чтобы при включении питания оба транзистора не оказались одновременно в насыщении, либо активный режим для обоих транзисторов, и тогда автоколебание установится. Для этого в схему обычно вводят дополнительные RС-цепочки задержки установки смещения в цепях по сравнению с цепями коллекторов, например, как цепь в схеме на рис. 10.9.

Рис. 10.9. Обеспечение запуска колебаний путем RC-задержки

в цепи смещения транзисторов мультивибратора

Более эффективны мультивибраторы на ОУ. В рассматриваемой ниже схеме (рис.10.10) резисторы R₁R₂ образуют цепь ПОС, а R₀C – цепь ООС, которая также является времязадающей цепью.

Напряжение определяется напряжением стабилизации двуханодного стабилитрона, т.е. в зависимости от состояния схемы.

За счет ПОС напряжение на выходе цепи обратной связи или .

а б

Рис. 10.10. Схема мультивибратора на ОУ (а)
и временные диаграммы его работы (б)

Конденсатор С заряжается по цепи до напряжения . При начинается быстрый (за счет ПОС) процесс опрокидывания схемы. В результате конденсатор С начинает разряжаться до напряжения . При схема за счет ПОС возвращается в исходное состояние. Период колебаний может быть определен по формуле .

Ждущий мультивибратор

Ждущий мультивибратор (одновибратор) – схема, формирующая на выходе импульс заданной длительности при подаче на вход импульса запуска.

Рис. 10.11. Схема ждущего мультивибратора (а) и временные диаграммы его работы (б)

Рис. 10.12. Схема ждущего мультивибратора на основе компаратора (а)
и временные диаграммы его работы (б)

Фактически это разновидность триггера, в котором выход одного из вентилей имеет емкостную связь со входом другого вентиля, в результате чего схема всегда возвращается в одно состояние. Одновибраторы срабатывают по положительному или отрицательному перепаду.

Автогенераторы типа LC

Простейший автогенератор с индуктивной связью (рис. 4.13, а) представляет собой однокаскадный усилитель на транзисторе VT, включенном по схеме с общим эмиттером, с нагрузкой в виде параллельного колебательного контура LкCк и цепи обратной

связи, созданной обмоткой L_Б, индуктивно связанной с индуктивным элементом Lк контура. Усилитель выполнен по схеме с фиксированным напряжением смещения делителем RБ1 и RБ2 и термостабилизирующей

R_ЭC_Э цепью.

На вход усилителя через конденсатор CБ, ёмкостное сопротивление которого на частоте генерации незначительно, поступает сигнал обратной связи, представленный ЭДС базовой обмотки LБ. Коллекторный ток, появившийся в момент включения источника питания Un, заряжает конденсатор Cк, который затем разряжаясь на индуктивный элемент Lк, создает в контуре колебания с резонансной частотой

Эти колебания напряжения посредством индуктивной связи передаются на базу транзистора VT, вызывая колебания напряжения uвх на входе усилителя и пульсации тока коллектора, которые, подпитывая LкCк контур, восполняют активные потери энергии в нем. Чтобы колебания были незатухающими, нужно выполнить два условия самовозбуждения.

Анализ электрического состояния усилителя показывает, что баланс фаз удовлетворяется, если амплитуда напряжения на контуре Um.p равна и противоположна по фазе амплитуде выходного напряжения Um.вых. Это возможно, если обмотка Lк включена таким образом, что фаза индуктируемой в ней ЭДС находится в противофазе с напряжением контура u_P, а напряжение uвых в однокаскадном усилителе, как известно, противофазно напряжению uвх. Очевидно, что фазы uвх и uвых сдвинуты на 180° + 180° = 360°.

Второе условие самовозбуждения — баланс амплитуд — сводится к тому, чтобы коэффициент усиления был больше или равен 1/b, т. е. Ku > 1/β.

Процесс возникновения, нарастания и установления колебательного режима удобно пояснить с помощью графика (рис. 4.13, б), где нанесены:

Ku =uвых/uвх — амплитудная характеристика собственно усилителя и

1/β=uвых /uвх.ос — прямая, характеризующая обратную связь.

Условию Ku > 1/ β на графике соответствует расположение кривой Кu над прямой 1/ β на участке 0а.

Пусть наличие колебания uвх1 вызвало на выходе (в соответствии с кривой Ku) колебание uвых1, которое через ПОС создает на входе возросшее колебание uвых2, что вызовет дальнейшее увеличение выходного напряжения до тех пор, пока не будет достигнута точка a (см. рис. 4.13, б), в которой Ku = 1/ β или Kuβ = 1. В точке а переходный процесс заканчивается и устанавливается стационарный режим гармонических колебаний.

Регистры