Устройства генерирования и формирования

Импульсных сигналов

Одновибраторы

Одновибратором называется устройство, имеющее одно устойчивое состояние равновесия. Под воздействием внешнего запускающего воздействия одновибратор переходит из устойчивого состояния во временно устойчивое, а затем за счет внутренних процессов, происходящих в схеме, возвращается в первоначальное (устойчивое) состояние.

Наиболее распространенной является схема одновибратора, представленная на рис.5.18. Она во многом похожа на схему триггера и отличается наличием емкостной связи (конденсатор С) между коллектором первого и базой второго транзисторов.

Параметры элементов схемы подбираются таким образом, что в устойчивом состоянии транзистор VТ 1 закрыт, а транзистор VТ 2открыт. Напряжение не коллекторе VТ 1 примерно равно напряжению источника - Е _к, конденсатор С будет заряжен до этого напряжения («-» слева, «+» справа) базовым током открытого транзистора VТ 2. В устойчивом состоянии одновибратор может находиться сколь угодно долго.

Под воздействием входного (закрывающего транзистор VТ 2) сигнала по цепи С _ВХ - VD 1 одновибратор переходит во временно устойчивое положение, при котором транзистор VТ 1 открывается, а транзистор VТ 2закрывается. Переходные процессы в одновибраторе аналогичны переходным процессам, происходящим при опрокидывании триггера. В ходе опрокидывания одновибратора напряжение на коллекторе открытого транзистора VТ 1 близко к нулю, а напряжение на коллекторе VТ 2оказывается близкимк напряжению источника - Е _к.

 

 

Упрощенно можно считать, что сразу после завершения лавинообразных переходных процессов, связанных с переходом одновибратора во временно устойчивое состояние, конденсатор С начинает перезаряжаться по цепи: открытый транзистор VТ 1- R. Временно устойчивое состояние одновибратора сохраняется до тех пор, пока напряжение на перезаряжающемся конденсаторе С, являющееся одновременно напряжением на базе транзистора VТ 2, не достигнет порогового уровня, при котором транзистор VТ 2открывается. Величина порогового напряжения близка к нулю. После открывания VТ 2 происходит лавинообразный процесс возвращения одновибратора в устойчивое состояние.

После возвращения одновибратора в устойчивое состояние конденсатор С начинает заряжаться через базовую цепь транзистора VТ 1и коллекторное сопротивление R _К1 до напряжения источника питания. Время заряда конденсатора определяет время восстановления одновибратора. Если за этот интервал времени поступит очередной запускающий импульс, то одновибратор либо не сработает, либо выдаст укороченный выходной импульс.

Важным параметром одновибратора является время выдержки, в течение которого он находится во временно устойчивом состоянии. Можно показать, что время выдержки определяется постоянной времени RC цепи и примерно равно 0,7 RC. Следует заметить, если в качестве выхода рассматривать коллектор транзистора VТ 2, то время выдержки является длительностью сформированного импульса.

Параметры транзистора сильно зависят от температурных условий и внешних воздействий (например, сильно подвержен температурному влиянию обратный ток коллектора, и уровень, при котором запирается транзистор). Поэтому нестабильность времени выдержки одновибратора остается достаточно высокой.

Одновибраторы, в том числе в микросхемном исполнении, находят широкое применение в качестве формирователей импульсов определенной длительности, деления частоты повторения импульсов и др.

Мультивибраторы

Мультивибратором называется релаксационный автогенератор прямоугольных импульсов, представляющий собой двухкаскадный RC усилитель со 100% гальванической ПОС. Мультивибраторы могут выполняться как симметричные устройства.

Типовая схема симметричного мультивибратора приведена на рис.5.19. Параметры схемы подбираются так, что R _К1= R _К2 = R _К, R ₁= R ₂ = R, причем R >> R _К.

 

В реальном мультивибраторе не может быть абсолютной симметрии, поэтому в какой то момент времени обязательно один транзистор окажется открытым, а другой – закрытым. Это временно устойчивое состояние. За счет внутренних процессов, через некоторое время (без какого либо внешнего воздействия) произойдет переброс схемы в другое временно устойчивое состояние. Далее процесс периодически повторяется.

Пусть, в момент времени (t = 0) транзистор VТ 1открылся, а транзистор VТ 2закрылся. Для этого момента времени, как будет показано ниже, на конденсаторе С 2 будет напряжение Е _К с полярностью, как показано на рис.5.19 (конденсатор зарядился базовым током транзистора VТ 2 за предшествующее временно устойчивое состояние, в котором транзистор VТ 1 был закрыт), а конденсатор С 1 будет полностью разряжен, так как напряжение на коллекторе открытого транзистора стремиться к нулю.

В схеме в момент времени t > 0 начнется процесс заряда конденсатора С 1 базовым током открытого транзистора VТ 1и перезаряд конденсатора С 2 от источника - Е _К. Эти процессы будут проходить с разными скоростями, так как С 1 будет заряжаться через относительно малое сопротивление R _К2 и открытый транзистор VТ 1, а конденсатор С 2 будет перезаряжаться через большое сопротивление R ₂ и открытый транзистор VТ 1. Поскольку R >> R _К, то конденсатор С 1 быстро зарядится до напряжения источника, в то время как перезаряд конденсатора С 2 будет происходить медленно, при этом напряжение на С 2 будет приближаться к нулю.

Напряжение на С 2 является базовым напряжением транзистора VТ2, и пока оно остается положительным транзистор VТ2 будет закрыт.

В момент времени t = t₁ напряжение на С2 станет равным нулю, транзистор VТ 2 откроется и в схеме мультивибратора произойдет лавинообразный процесс, в результате которого транзистор VТ2 откроется, а транзистор VТ 1закроется. С этого момента начинается перезаряд конденсатора С 1 и заряд конденсатора С 2. Процессы повторятся аналогично первому интервалу времени, но цепи заряда и перезаряда конденсаторов будут замкнуты через открытый транзистор VТ2.

Далее процессы в мультивибраторе будут чередоваться, при этом с коллекторных цепей транзисторов могут быть отведены во внешние цепи незатухающие периодические импульсные сигналы.

Времена Т ₁и Т ₂, определяющие длительности импульсов и длительности пауз, определяются из соотношений ; .

Стабильность параметров мультивибратора такая же низкая, как и одновибратора.