|
|
Мультивибраторы в ждущем режимеСтр 1 из 4Следующая ⇒ Генераторы импульсов Мультивибраторы на биполярных транзисторах
Возможны 2 типа процессов, поэтому выделяют 2 варианта схем: 1 Ждущие мультивибраторы. 2 Мультивибраторы в автоколебательном режиме.
Генераторы импульсов на логических элементах в ждущем режиме
Схемы генераторов импульсов на логических элементах в ждущем режиме строятся аналогично схемам триггеров на логических элементах, но одна из непосредственных связей заменяется на емкостную, кроме того вводится цепь смещения посредством резистора R (рисунок 4.13).
Рисунок 4.13 — Схема генератора импульсов на логических элементах
При этом схема может формировать короткий или длинный импульсы, все зависит от величины сопротивления R. Если сопротивление R невелико, т.е. на вход 4 свободно проходит уровень земли – логический нуль, то следовательно схема &2 находится под запретом, управлять ею по входу 5 бесполезно. Единица с выхода 6 поступает на вход 3 схемы &1, поэтому можно управлять по входу 1, т.е. подавать на него нули или единицы. Примем в режиме ожидания на входах 1, 5 единицы, подадим затем на вход 1 длительный нуль, как показано на рисунке 4.14. На выходе 2 получаем обычное инвертирование входного сигнала. Но фронт выхода 2 практически свободно проходит через конденсатор C на вход 4 (график 4), следовательно, на обоих входах &2 – единицы, выделяют на выходе 6 &2 – нуль. Причем, этот нуль (импульс нуля) короче входящего импульса (график 1), так как сопротивление резистора R невелико, конденсатор C заряжается и разряжается быстро. Более точно, графики 4 и 6 на рисунке 4.14 – это экспоненты, т.к. заряд–разряд происходит по экспонентам, но здесь, с целью упрощения, импульсы изображены прямоугольными.
Рисунок 4.14 — Генерирование короткого импульса.
В том случае, когда сопротивление R велико, образует разрыв в цепи входного электрода 4 логического элемента &2 схемы рисунка 4.13, то это эквивалентно присутствию единицы на входе 4, следовательно, на двух входах &2 – единицы; на выходе &2 – нуль, поступающий на 3 вход &1, запрещающий передачу сигналов через вход 1. Т.е. в этом случае электрод 1 схемы &1 нельзя использовать в качестве входного, как это было в предыдущем случае. Остается только электрод 5 схемы &2, он может быть входным. Процессы генерирования представлены на рисунке 4.15. Короткий входной импульс (график 5 рисунка 4.15) своим низким уровнем выделяет на выходе 6 схемы &2 высокий уровень (единицу), которая поступает на вход 3 схемы &1, следовательно, две единицы &1 логически умножаясь, выделяют на выходе &1 нуль (низкий уровень, график 2). Этот низкий уровень, нуль, проходит через конденсатор C на вход 4 логической схемы &2, заряд конденсатора C происходит длительно (график 4), так как сопротивление резистора R велико, как было принято, а ток будет небольшим. До тех пор, пока будет заряжаться конденсатор C, т.е. на входе 4 – низкий уровень, на выходе 6 сохраняется высокий уровень (график 6), поэтому на обоих входах &1 единицы, логически умножаясь, они образуют нуль на выходе 2 (график 2). В итоге, схема генерирует длинный импульс при запускающем коротком. Расчет длительности генерируемого импульса может быть сделан по формуле: где
Рисунок 4.15 — Генерирование длинного импульса
Генераторы импульсов Мультивибраторы на биполярных транзисторах
Возможны 2 типа процессов, поэтому выделяют 2 варианта схем: 1 Ждущие мультивибраторы. 2 Мультивибраторы в автоколебательном режиме.
Мультивибраторы в ждущем режиме Мультивибраторы на транзисторах в производственных условиях в настоящее время не делают, но они имеют учебный смысл для выяснения сущности процессов. Образуются из схемы триггера (рисунок 3.1) путем замены одной из резистивных связей на емкостную. Дополнительно вводится смещающая цепь: нижняя часть убирается, вводится резистор R (рисунок 4.1).
Рисунок 4.1 — Схема мультивибратора на биполярных транзисторах
Образуется цепь: В более привычном виде схема мультивибратора изображена на рисунке 4.2. Здесь то же самое, но транзистор второго каскада развернут вправо назван VT1, так же добавлена цепь запуска.
Рисунок 4.2 — Схема мультивибратора в традиционном изображении
Запускающий импульс закрывающей (положительной) полярности закрывает транзистор VT2. Протекают этапы рассасывания, подготовки, регенерации (VT2 – закрывается, VT1 – открывается одновременно), четвертый этап у триггеров назывался этапом установления, при котором емкости перезаряжались: здесь, у мультивибратора – этап квазиустановления, потому, что перезаряд конденсаторов до определенного уровня, после которого происходит обратный скачок, схема возвращается вновь к состоянию ожидания после завершения переходных процессов. Итак, после открывания VT1 образуется цепь перезаряда конденсатора C: Если бы в момент 2 не происходило обратного опрокидывания VT1 и VT2, то перезаряд продолжался бы до уровня –E0. Но в момент 2 напряжение конденсатора C становится нулевым, оно уже не удерживает закрытым переход база – эмиттер транзистора VT2, следовательно VT2 открывается по цепи
Рисунок 4.3 — Переходные процессы в схеме мультивибратора
Длительность импульса может быть оценена по типовой формуле:
где
Самый простой способ регулировки длительности импульса – это изменение величин R и C. Если вместо R ставят потенциометр, то последовательно вместе с ним включают ограничивающий резистор для предотвращения чрезмерного тока в цепи базы VT2, следовательно возрастает глубина насыщения, вместе с ней – время рассасывания – этим вносится погрешность в длительность генерируемого импульса Tи. Можно изменять C, но это конструктивно нецелесообразно. Другой способ изменения длительности импульса – установка потенциометра вместо Rк1 как показано на рисунке 4.2 штриховой линией (точка 1 не имеет прямой связи с ВЫХ1), причем конденсатор C по–прежнему заряжается в режиме ожидания почти до E0, но на интервале генерирования импульса из напряжения заряда конденсатора C вычитается падение напряжения на той части потенциометра, которая подключена к коллекторному электроду VT1 и к движку. Следовательно, к переходу БЭ VT2 приложено не все напряжение конденсатора C, а разность, из него вычитается падение напряжения на той части потенциометра, которая находится между выводом потенциометра, подключенным к коллекторному электроду VT1 и движком. Т.е. чем выше по схеме рисунка 4.2 находится движок, тем короче импульс. Этот способ регулировки считается более приемлемым в сравнении с потенциометром R, т.к. глубина насыщения VT2 остается неизменной, погрешность от рассасывания не входит в Tи. Недостаток процессов заключается в непрямоугольности прогенерированного импульса. На схеме, изображённой на рисунке 4.4, всё то же самое, что и в предыдущей, но дополнительно вводится диодный ключ VD.
Рисунок 4.4 — Один из способов придания прямоугольности – включение диода VD (диодного ключа)
Когда открывается транзистор VT1 (точка 1, см. рисунок 4.5), конденсатор
Рисунок 4.5 — Физика процессов, происходящих в схеме на рис. 4.4
Известны более сложные схемы мультивибраторов – фантастроны, санатроны.
4.1.2 Мультивибраторы на биполярных транзисторах в автоколебательном режиме.
Вышеназванные мультивибраторы образуются из схемы триггера путём замены обеих резистивных связей на емкостные (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 — Схемы мультивибраторов на биполярных транзисторах
В схеме, изображенной на рисунке 4.6, а), генерируются не совсем прямоугольные импульсы, так как отсутствуют диодные ключи. Во второй схеме (рисунок 4.6, б) генерируются прямоугольные импульсы. Если резисторы и конденсаторы С1, R1 и C2, R2 одинаковы, то генерируется меандр. Если их величины отличаются, то вершины и основания импульсов будут различной длины. Процессы начала генерации объясняются следующим образом. Один из транзисторов всегда отличается от другого. При включении напряжения питания, например, VT1 открывается и сохраняет открытое состояние, но не бесконечно долгое время, как в триггере, а пока заряжается емкость С2 по цепи: Заряд нарастает по экспоненте; зарядный ток становится минимальным, следовательно, VT1 скачком закрывается. Напряжение на коллекторном электроде возрастает, образуется цепь заряда С1, а именно Расчетные соотношения аналогичны триггеру. В ждущем режиме производят следующие действия (рисунок 4.2): 1 Выбираются транзисторы; основанием для их выбора являются цена, наличие, параметры и координаты, которые необходимо снять со схемы. 2 Производится построение семейства выходных характеристик, откладывается напряжение питания 3 Резистор 4 Параметры времязадающей цепи рассчитываются соотношением 5 Диоды выбираются по току и напряжению.
  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
, – уровни нулей, единиц и напряжения питания в схеме.
. Эта цепь вводит транзистор VT1 в режим насыщения, т.е. VT1 открыт. Следовательно VT2 должен быть закрыт напряжением смещения Есм , т.к. на коллекторном электроде VT1 низкое напряжение, оно не может преодолеть Eсм. Поэтому на коллекторном электроде VT2 высокое напряжение, оно заряжает конденсатор C почти до напряжения –E0. Конденсатор Cб практически не заряжен, т.к. слева к нему приложено небольшое напряжение UкэVT1, справа – малое напряжение Eсм. Схема находится в режиме ожидания запускающего импульса. Резистор R в приближенном расчете в 10 раз больше в сравнении с коллекторным Rк1. Более точно токи Iбгр и Iб1 можно определить по семейству выходных характеристик 
. Резисторы 
, 
рассчитываются по наклону нагрузочных прямых, как это производилось для триггера. Конденсатор 
определяет длительность прогенерированного импульса 
.
. Если бы этот процесс перезаряда происходил бесконечно долго, то в итоге слева у конденсатора С был бы + (потенциал земли), справа минус источника питания. Перезаряд происходит по экспоненте в соответствии с вторым графиком рисунка 4.3 вплоть до момента 2.
, VT1 закрывается источником смещения Eсм, а также тем напряжением, которое успел принять конденсатор Cб1 на интервале длительности генерируемого импульса, конденсатор C вновь начинает заряжаться по цепи 
. Таким образом, на интервале генерирования импульса перезаряд происходил с постоянной времени 
, а после момента 2 – с постоянной времени восстановления 
. На втором и третьем графике после момента 2 одна и та же экспонента, в итоге прогенерированый импульс получается не прямоугольным.
,
, 
, 
(из графиков рисунка 4.3). После подстановки получаем приблизительную оценку длительности импульса:
разряжается по цепи 
цепь источника 
. Это напряжение разряда конденсатора одновременно прикладывается к переходу Б–Э транзистора VT2, удерживает его закрытым (запертым). В момент времени 2 закрывается транзистор VT1, а открывается VT2, что соответствует окончанию прогенерированного импульса. Образуется цепь 
. В сущности, 
прикладывается справа к VD, а слева – 
через сопротивление 
. Следовательно, ключ VD закрыт, поэтому напряжение на вых 1 скачком нарастает до величины 
в схеме рисунка 4.6, а). Транзистор VT2 закрыт.
, и т. д., что соответствует автоколебательному режиму.
, проводится нагрузочная прямая.
(базы 1) рассчитывается из соотношения 1:10, т.е. 
. Резистор 
принимается не менее чем в 10 раз больше чем 
. Должно быть известно значение величины 
. Выбрав величину емкости, рассчитываем сопротивление 
(или наоборот).