Краткие сведения из теории. Мультивибратор – это генератор практически прямоугольных импульсов

Мультивибратор – это генератор практически прямоугольных импульсов, возникающих за счет заряда и разряда конденсаторов, представляет собой двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью (рис. 1). В мультивибраторе выходное напряжение одного каскада благодаря резистивно-емкостной связи подается на вход другого.

Рисунок 1 – Схема мультивибратора.

При помощи такого способа связи каскадов создается перекрестная положительная обратная связь, наличие которой является первым условием самовозбуждения генератора, т. е. осуществляется баланс фаз. Для того чтобы мультивибратор возбудился и начал работать в режиме незатухающих колебаний, необходимо также выполнение второго

условия – баланса амплитуд, когда k₁·k₂>1 (k₁ и k₂ ‑ коэффициенты усиления каскадов). В режиме незатухающих колебаний транзисторы VT₁ и VT₂ поочередно закрываются и открываются, выполняя роль электронных ключей. При этом работают они в противофазе – VT₂ открыт, VT₁ закрыт и т. д. Если R_к1 = R_к2, R_б1 = R_б2, C₁ = C₂, то имеем симметричный мультивибратор.

Процессы, происходящие в цепях симметричного мультивибратора при установившихся колебаниях, рассмотрим на рис. 2, на котором изображены два полупериода мультивибратора и графики напряжений, характеризующие состояние транзисторов. Пусть в некоторый момент времени t₁ транзистор VT₁ открылся, а до этого был открыт VT₂ и конденсатор C₂ заряжен до +E_к. Цепь заряда конденсатора C₂: (+E_к) – (переход эмиттер-база VT₂) – C₂ – R_к1 – (-E_к). Поскольку падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения незначительно (около 0,3 В), то при полностью открытом VT₁ коллекторное напряжение U_к1, равное U_вых1, можно принять равным нулю (U_к1≈0). Так как VT₁ открылся, на левой обкладке конденсатора C₂ зафиксируется положительный потенциал, который вызовет разряд C₂ по цепи: (+E_к) –VT₂ – C₂ – R_б1 – (-E_к). К резистору R_б2 будет приложена сумма двух напряжений – напряжение источника питания и напряжение на конденсаторе C₂. В результате отмеченного на базе VT₂ образуется скачок напряжения U_б2 от 0 до (+E_к). В течение времени t₁ ‑ t₂ разряда конденсатора C₂ на базу VT₂ подается положительный потенциал, вследствие чего VT₂ закрыт, и ток в цепи его базы равен нулю. Одновременно с разрядом конденсатора C₂ происходит заряд C₁ по цепи: (+E_к) –VT₁ – C₁ – R_к2 – (-E_к). При закрытом VT₂ на его выходе образуется импульс отрицательной полярности U_к2, равный U_вых2.

Рисунок 2 – Временные диаграммы напряжений мультивибратора

В результате разряда C₂ потенциал базы транзистора в момент времени t₂ станет равным нулю. Этого достаточно, чтобы начал открываться VT₂. Тогда положительный потенциал на коллекторе VT₂ вызывает разряд C₁ и скачок напряжения U_б1 от нуля до (+E_к), в результате чего VT1 закрывается. Все процессы для второго полупериода аналогичны процессам первого.

Работа мультивибратора характеризуется следующими параметрами: амплитудой импульса U_m, длительностью импульса τ_и, частотой следования импульсов f, скважностью Q,

периодом T. Указанные параметры равны: ; ; ; ; ; .

Изменения периода T, длительности импульса τ_и, частоты следования f осуществляется за счет изменений величин емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов в цепях баз транзисторов VT₁и VT₂. Для симметричного мультивибратора τ_и1= τ_и2,

, .