Регулировка частоты, термостабилизация и улучшение формы выходного напряжения мультивибратора

Поскольку частота симметричного мультивибратора определяется величиной , то ее можно регулировать, изменяя постоянную времени разряда конденсатора С ( ). Так как сопротивление резистора рассчитывается из режима насыщения транзистора, то величину сопротивления изменять нельзя, таким образом, частоту можно регулировать путём изменения ёмкости конденсатора С. Если частоту нужно изменять дискретно, то рассчитывают ёмкость конденсатора С для каждой частоты f и коммутируют их через переключатель. Способ плавной регулировки частоты заключается в том, что резистор подключают не к источнику питания , а к изменяемому дополнительному источнику напряжения , напряжение которого можно изменять с помощью переменного резистора (см. рис.3.6).

Напряжение перезаряда конденсатора определяется в этом случае не величиной , а значением .

Рисунок 3.6 — Принципиальная схема мультивибратора с плавной регулировкой частоты

Процесс разряда конденсатора данного мультивибратора описывается тем же дифференциальным уравнением, что и ранее рассмотренного.

Начальное условие в этой схеме аналогично: при , .

Переходный процесс перезаряда конденсатора в классической схеме (1) определялся напряжением , а в данной схеме (2) определяется напряжением (см. рис. 3.7).

Из переходных процессов следует, что , откуда следует, что период колебаний и . Следовательно, чем меньше напряжение , тем больше период колебаний и меньше частота мультивибратора. Напряжение рекомендуют изменять в пределах до , при этом частота изменяется в 1,5 раза.

Рисунок 3.7 — Переходные процессы перезаряда конденсаторов

Термостабилизация частоты мультивибратора.

Частота мультивибратора не зависит от напряжения . Причиной нестабильности частоты мультивибратора является нестабильность элементов схемы от температуры. Для германиевых транзисторов температурная нестабильность определяется зависимостью . Для кремниевых транзисторов на 1-2 порядка меньше, следовательно и нестабильность частоты также меньше на 1-2 порядков поэтому нестабильность частоты таких мультивибраторов определяется, в основном, температурной нестабильностью основных элементов схемы , .

Схема разряда конденсатора С для Si – транзисторов имеет следующий вид (см. рис.3.8), если током можно пренебречь. Для германиевых транзисторов током пренебречь нельзя, и схема разряда приведена на рис.3.9.

При этом ток через конденсатор .

Поскольку в значительной степени зависит от температуры (экспоненциальный закон), то .

Так как , то период колебаний мультивибратора и частота также зависит от температуры . Следовательно, основная причина температурной нестабильности частоты мультивибратора на германиевых транзисторах – влияние промежутка Б-К закрытого транзистора.

Рисунок 3.8 — Цепь разряда конденсатора для кремниевых транзисторов	Рисунок 3.9 — Цепь разряда конденсатора для германиевых транзисторов

Для ликвидации этого недостатка целесообразно на время разряда конденсатора С отключать базо-коллекторный переход закрытого транзистора от резистора , для этого в схему ставят отключающие диоды, которые должны иметь значение на порядок, два меньше, чем у транзистора. Для этих целей применяют специальные ВЧ диоды (импульсные), и принципиальная схема принимает следующий вид (см. рис.3.10).

Рисунок 3.10 — Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора с термостабилизацией отсекающими диодами

Диоды и служат для отключения от цепи разряда транзисторов и , а резисторы и обеспечивают нулевой потенциал на базе транзисторов ( = ). Модель данной схемы представлена на рис. 3.11.

Рисунок 3.11 — Модель принципиальной схемы автоколебательного мультивибратора с отсекающими диодами

, поэтому при использовании высокочастотных диодов такая схема позволяет получить нестабильность частоты порядка десятых долей процентов.

Для Ge транзисторов без отсекающих диодов нестабильность частоты порядка 10%, для Si транзисторов без отсекающих диодов 1-3%.

Для улучшения переднего фронта выходных импульсов заряд и обеспечиваю через дополнительные резисторы и , с помощью диодов и (см. рис.3.12).

Заряд конденсатора С идёт по цепи: , при этом через резистор ток не протекает.

На цепь разряда конденсатора диод не влияет, поскольку он включён в проводящем направлении и обеспечивает разряд конденсатора по цепи: .

Универсальная схема мультивибратора должна иметь элементы:

– термостабилизации;

– улучшения переднего фронта и импульсов;

– плавной регулировки частоты.

Рисунок 3.12 — Схема транзисторного мультивибратора улучшенной
формой выходного напряжения

Такие мультивибраторы выпускаются в интегральном исполнении серий 119ГФ2, и 218ГФ2. Серия 119 – полупроводниковые (монолитные) ИС, серия 218 – гибридная. Мультивибраторы в интегральном исполнении имеют выводы для подключения дополнительных конденсаторов и резисторов, обеспечивающих регулировку частоты.