Мультивибратор на транзисторах.
Автоколебательные мультивибраторы легко реализуются с помощью транзисторов и логических элементов.
Электрическая схема мультивибратора на транзисторах показана на рис. 2.23.
Рис. 2.23. Схема и эпюры напряжений мультивибратора на транзисторах
Мультивибратор работает следующим образом. При подаче напряжения питания один из транзисторов (допустим VТ1) открывается и на его коллекторе образуется положительный потенциал. Конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор RБ2, создавая на нем падение напряжения, которое запирает транзистор VТ2. В этом состоянии мультивибратор будет находиться до тех пор, пока будет интенсивно заряжаться конденсатор С2.
По мере заряда конденсатора С2 напряжение на RБ2 будет постепенно падать до нуля и транзистор VТ2 откроется. На его коллекторе появится положительный потенциал, после чего начнется заряд конденсатора С1 через резистор RБ1. Падение напряжения на RБ1 скачком перекроет транзистор VТ1, и мультивибратор перейдет в новое состояние, в котором и будет находиться пока заряжается конденсатор С1. Когда конденсатор С1 зарядится и напряжение на RБ1 упадет до нуля, снова откроется транзистор VТ1, а транзистор VТ2 закроется.
Таким образом, мультивибратор будет работать в автоколебательном режиме. При этом время пребывания в том или ином состоянии t1и t2будет определяться постоянными времени (RС) заряда конденсаторов С1 и С2.
2.3.5. Симметричный триггер на транзисторах (RS-триггер)
В качестве формирователей импульсов и импульсных генераторов часто используют триггеры.
Триггером называется импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями, способное под воздействием внешних импульсов переходить из одного состояния в другое.
Слово «триггер» происходит от англ. trigger — спусковой крючок оружия, т.е. внешний импульс действует на триггер как нажатие на спусковой крючок стрелкового оружия, вызывая лавинообразный процесс быстрого переключения из одного состояния в другое.
Схема симметричного триггера на двух транзисторах, его эпюры напряжений и УГО приведены на рис. 2.24.
Рис. 2.24. Схема симметричного RS-триггера в интегральном исполнении (а), его эпюры напряжений (б) и УГО (в)
Триггер состоит из двух ключевых каскадов на транзисторах VТ1 и VТ2, включенных по схеме с общим эмиттером. К коллекторам транзисторов подключены нагрузочные резисторы RК1и RК2, а также цепочки межкаскадных связей R1, C1 и R2, C2, которые также подключены к управляющим входам (базам) смежных транзисторов. Таким образом, выход одного ключевого каскада на транзисторе VT1 связан с входом другого транзистора VT2. Симметричное включение всех элементов обеспечивает одинаковость двух устойчивых состояний триггера: Р = 1 и Р = 0 на одном выходе (с VT1) и соответственно Q = 0 и Q = 1 на другом.
Триггер имеет два входа S и R (от англ. set — установить и reset — сброс) и два выхода — прямой Q и инверсный Р.
Если триггер в состоянии Q = 1, то при подаче импульса на вход R он перейдет в состояние Q = 0. Если далее подать импульс на вход S, то триггер вернется в состояние Q = 1.
Связь одного ключевого каскада с входом другого вызывает лавинообразный процесс быстрого переключения триггера из одного состояния в другое. Для ускорения лавинообразного процесса за счет увеличения межкаскадной связи параллельно резисторам связи R1 и R2 подключены конденсаторы C1 и C2, которые не влияют на статические состояния триггера, но хорошо передают изменение напряжений в переходном процессе.
Триггер может находиться в одном из устойчивых состояний неограниченно долго. Если один из транзисторов, например, VТ1 открыт, то потенциал базы транзистора VТ2 за счет потенциала источника напряжения смещения Uсмбудет положительным и приведет к его запиранию. Большой отрицательный потенциал на коллекторе закрытого транзистора VТ2 передается через резистор R2 на базу транзистора VТ1, удерживая его в режиме насыщения.
При подаче на вход R положительного импульса транзистор VТ1 начинает запираться. Отрицательный потенциал на его коллекторе возрастает и через конденсатор С1 и резистор R1 передается на базу транзистора VТ2. Последний начинает открываться. На его коллекторе появляется положительный потенциал (от эмиттера), который передается через конденсатор С2 и резистор R2 на базу транзистора VТ1, усиливая процесс его перекрытия. Таким образом, через RС-цепи устанавливается сильная положительная обратная связь, приводящая к лавинообразному «опрокидыванию» триггера и переходу его в новое устойчивое состояние. Обратный переход произойдет только при подаче положительного импульса на вход триггера S. Ввиду симметрии схемы обратный процесс проходит так же, как прямой, если при рассмотрении процесса поменять местами транзисторы VТ1 и VТ2.
Интегральные микросхемы триггеров на логических элементах рассмотрены в разделе 3.2.5.
Блокинг-генераторы
Блокинг-генератором называется однокаскадное регенеративное импульсное устройство с трансформаторной положительной обратной связью, формирующее прямоугольные импульсы малой длительности (от десятых долей до единиц микросекунд) большой амплитуды и мощности.
Блокинг-генератор (БГ) в отличие от мультивибратора содержит только один усилитель, что облегчает регулировку длительности и частоты повторения импульсов. Однако входящий в него трансформатор усложняет конструкцию и затрудняет его миниатюризацию. В то же время, применяя дополнительную нагрузочную обмотку трансформатора, можно осуществлять электрическую развязку нагрузки и источника питания, и усиливать напряжение выхода.
Регенеративные процессы в блокинг-генераторах, называемые блокинг-процессами (БП), возникают при выполнении условий баланса фаз и амплитуд, создавая скачки токов и напряжений. Возникающий при формировании фронта импульса блокинг-процесс называется прямым (ПБП), а возникающий при формировании среза импульса — обратным (ОБП). Формирование паузы между импульсами обусловлено процессами релаксации при разряде конденсатора (как в мультивибраторах), а формирование вершины импульса — процессами релаксации при заряде конденсатора (что является особенностью БГ).
Блокинг-генераторы могут работать в ждущем и автоколебательном режимах. В автоколебательном режиме они генерируют импульсы большой скважности (М = 1000 и более). Применение БГ особенно эффективно при работе на мощную нагрузку, которая даже улучшает форму импульсов. Поэтому БГ часто применяют в мощных импульсных устройствах, в частности в модуляторах высокочастотных импульсных генераторов. В этих случаях БГ представляет собой генератор импульсов тока.