Генераторы. Генератор пилообразных импульсов. Генератор гармонических колебаний с обратной связью. Метод фазовой плоскости, страница 7

В качестве серьёзного недостатка  RC генераторов следует отметить плохую стабильность частоты таких генераторов (порядка ).

7.6. Мультивибратор.

Мультивибратор представляет собой широкополосный усилитель с сильной положительной ОС по переменной составляющей. Два варианта схем изображены на рис. 7.23а и 7.24а. Пусть коэффициент усиления усилителей без положительной ОС . В цепи положительной ОС стоит просто дифференцирующая цепь. Вспомним важные свойства такой цепи. Она передаёт на выход практически без искажения все резкие изменения (скачки) входного напряжения. Таким образом, и усилитель, и цепь ОС - широкополосны. Условие возбуждения тоже выполняется в широкой полосе частот. В этом и состоит особенность мультивибратора.

Обратимся к первой схеме на транзисторах. Будем для краткости писать БТ₁ и БТ₂ вместо слов биполярный транзистор первый и второй. Пусть после включения схемы с разомкнутой положительной ОС установятся те напряжения, которые указаны на схеме. Получился двухкаскадный усилитель с коэффициентом усиления . На вход ничего не подаём. Состояние устойчиво.

Замыкаем цепь ОС. Устойчивое состояние исчезает. Напряжение на базе БТ₁ резко возрастает. Развивается лавинообразный процесс изменения напряжений и токов, который приведёт к насыщению БТ₁ ( В) и закрыванию БТ₂ ( В). Это новое состояние не является устойчивым, т.к. БТ₂ через некоторое время обязательно откроется. Почему он закрылся?  Потому, что напряжение на его базе резко уменьшилось, в результате уменьшения . Но конденсатор С₂, заряженный как указано на схеме, имеет тенденцию перезарядиться от источника питания через R_б2 и открытый БТ₁ (постоянная времени цепи ). При этом напряжение на базе БТ₂ будет нарастать и неизбежно наступит момент, когда БТ₂ начнёт открываться. Тогда напряжение на его коллекторе и на базе БТ₁ будет уменьшаться. БТ₁ выйдет из состояния насыщения (если он не вышел раньше) и начнёт реагировать на изменение напряжения. Опять сработает цепь ОС и разовьётся лавинообразный процесс, который приведёт к смене состояний транзисторов; БТ₁ закроется, БТ₂ войдёт в насыщение. Теперь напряжение, накопленное на конденсаторе С₁, будет некоторое время поддерживать БТ₁ в запертом состоянии. Однако неизбежно наступит момент, когда БТ₁ снова откроется. Процесс зациклился. Устойчивых состояний схема не имеет. Получился генератор импульсов, близких к прямоугольным. Транзисторы в этой схеме работают как управляемые ключи (открыт, закрыт).

Типичные картинки напряжений на коллекторе и базе транзисторов приведены на рис. 7.23б для случая, когда открытые транзисторы всё время находятся в насыщенном состоянии. В момент t₁ закрывается БТ₂, но ток через сопротивление  не прекращается сразу, а течёт, убывая, за счёт заряда конденсатора С₁ (процесс с постоянной времени ). Напряжение на коллекторе БТ₂ меняется непрерывно, без скачков. В то же время конденсатор С₂ разряжается через  значительно медленнее, т.к. . Время разряда этого конденсатора и определяет интервал Т₁. В момент времени t₂ открывается БТ₂, переходя  в насыщенное состояние на весь период Т₂ , или часть его, что зависит от . Длительность Т₂ открытого состояния БТ₂ определяется временем разряда конденсатора С₁ через сопротивление . Нетрудно вычислить время разряда конденсаторов и определить общий период . Если , то мультивибратор называют симметричным.

Существует очень много разновидностей схем мультивибраторов.

Рассмотрим теперь работу мультивибратора на ОУ. При разомкнутой цепи положительной ОС схема реализует устойчивый неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления . Напряжение на входах . Пусть усилитель сбалансирован и . Конденсатор С разряжен. Имеем устойчивое состояние равновесия.