6. Устройства генерирования и формирования импульсных сигналов

5.6.1. 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 VТ1 закрыт, а транзистор VТ2 открыт. Напряжение не коллекторе VТ1 примерно равно напряжению источника - Е_к , конденсатор С будет заряжен до этого напряжения («-» слева, «+» справа) базовым током открытого транзистора VТ2. В устойчивом состоянии одновибратор может находиться сколь угодно долго.

Под воздействием входного (закрывающего транзистор VТ2) сигнала по цепи С_ВХ - VD1 одновибратор переходит во временно устойчивое положение, при котором транзистор VТ1 открывается, а транзистор VТ2 закрывается. Переходные процессы в одновибраторе аналогичны переходным процессам, происходящим при опрокидывании триггера. В ходе опрокидывания одновибратора напряжение на коллекторе открытого транзистора VТ1 близко к нулю, а напряжение на коллекторе VТ2 оказывается близким к 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 VТ1- R. Временно устойчивое состояние одновибратора сохраняется до тех пор, пока напряжение на перезаряжающемся конденсаторе С, являющееся одновременно напряжением на базе транзистора VТ2, не достигнет порогового уровня, при котором транзистор VТ2 открывается. Величина порогового напряжения близка к нулю. После открывания VТ2 происходит лавинообразный процесс возвращения одновибратора в устойчивое состояние.

После возвращения одновибратора в устойчивое состояние конденсатор С начинает заряжаться через базовую цепь транзистора VТ1 и 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 VТ2, 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.