3.2.5 Расчет основных показателей мультивибратора

Последовательность прямоугольных импульсов характеризуется периодом, длительностью и амплитудами импульсов. Очевидно, период повторения импульсов на выходе мультивибратора равен

(8)

где τ₁ и τ₂ – длительности первого и второго тактов работы схемы.

Длительность первого такта τ₁ = t₂ – t₁ определяется скоростью разряда и перезаряда конденсатора C₂. Так как , то изменение напряжения на конденсаторе при разряде может быть записано в виде

.

Для отпирания в момент t = t₂, необходимо, чтобы напряжение на конденсаторе C₂ достигло значения, при котором ≈ U_бэпор≈ 0.6В (см.(7) с учётом того, что U_кэ1 ≈ 0).

То есть должно выполниться соотношение: . Отсюда определяется длительность первого такта:

(9)

Аналогично определяется длительность второго такта τ₂=t₃ – t₂

(10)

Формулы (9) и (10) являются приближенными, так как получены в предположении мгновенного перехода транзисторов из режима насыщения в режим отсечки и наоборот. На самом деле в режиме насыщения, когда второй переход открыт, в базе транзистора около этого перехода появляется избыточная плотность электронов. При быстром уменьшении напряжения на базе до отрицательного значения (t = t₁ рис.5), когда первый переход закрывается, ток коллектора VT₂ начинает уменьшаться только после того, как закончится рассасывание избыточного заряда. То есть требуется конечное время для выхода транзистора из режима насыщения (время выключения ключа), что в схеме мультивибратора увеличивает длительность фронта импульсов на коллекторе (рис.5). Аналогично существует конечное время для перехода транзистора из режима отсечки в режим насыщения (время включения ключа). В схеме мультивибратора это время определяет длительность среза импульса на коллекторе транзистора. Поэтому измеренные длительности импульсов на коллекторах транзисторов могут быть больше рассчитанных по формулам (9) и (10).

Амплитуды импульсов мультивибратора определяются величиной перепада напряжения на коллекторе соответствующего транзистора при его переходе из запертого состояния в режим насыщения и обратно. Если учесть, что в режиме отсечки , а при насыщении порядка , амплитуды импульсов близки к напряжению источника питания.

Контрольные вопросы

1. Почему сопротивление транзистора велико в режиме отсечки и мало в режиме насыщения?

2. Как показать, что в схеме мультивибратора есть положительная обратная связь?

3. По какой цепи и до какого напряжения заряжаются конденсаторы C₁ и C₂ в схеме мультивибратора?

4. По какой цепи разряжаются конденсаторы в схеме мультивибратора?

5. Чем определяется длительность импульсов мультивибратора?

6. Как посчитать ток коллектора транзистора в режиме отсечки и в режиме насыщения

3.3 Методические указания

3.1. В рабочей схеме мультивибратора, собранной на монтажной плате, можно с помощью перемычек подключать к коллектору VT₂ один из конденсаторов C₁ или C₂. В теоретической части – это конденсатор C₂.. Согласно формуле (6) постоянная цепи его разряда определяет длительность первого такта τ₁. Аналогично можно подключить к коллектору VT₁ C₃ или C₄.,что позволяет изменить длительность второго такта τ₁. Таким образом, на монтажной плате можно реализовать две схемы симметричного мультивибратора, когда С1 = С3 или С2 = С4, и две схемы несимметричного мультивибратора, когда подключены С1 и С4 или С2 и С3.

3.2. При выполнении пункта 2.2 задания, наблюдая на осциллографе и , а также – и , следует убедиться, что длительность импульса на базе каждого транзистора при разряде конденсатора и его перезаряде до положительной величины U_БЭпор равна длительности положительного импульса на его коллекторе.

В результате выполнения этого пункта задания необходимо зарисовать четыре временные диаграммы (для напряжений на базах и коллекторах двух транзисторов) в одном временном масштабе (как на рис.6).

Кроме того, нужно измерить длительности импульсов на коллекторах обоих транзисторов и сравнить их с расчетными значениями.

3.3. Схема мультивибратора является удобной схемой для измерения сопротивления транзистора в режимах отсечки и насыщения. Поэтому при выполнении задания нужно:

а) измерить напряжения на коллекторе транзистора в режиме отсечки ( ) и в режиме насыщения ( ), и из формулы (1) найти коллекторный ток в этих режимах;

б) из закона Ома определить сопротивление транзистора в режимах отсечки и насыщения, то есть найти сопротивление разомкнутого и замкнутого транзисторного ключа;

в) аналогично найти ток базы транзистора в режиме насыщения , измерив напряжение на базе в этом режиме.

Сравнивая измеренные величины и , убедиться, что в режиме насыщения оба перехода транзистора открыты.