Генераторы импульсных сигналов

Наиболее распространены генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения.

Генераторы импульсных сигналов (импульсные генераторы) могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешних воздействий. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал лишь по приходе внешнего (запускающего) сигнала. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Генераторы линейно изменяющегося напряжения

ГЛИН (пилообразного напряжения) должны вырабатывать напряжение следующей формы:

Получение линейно изменяющегося напряжения обеспечивается процессами заряда-разряда конденсатора.

Простейший ГЛИН может быть построен на неоновой лампе.

При подключении схемы к источнику ЭДС конденсатор начинает заряжаться. В момент времени t₁ напряжение на конденсаторе оказывается равным напряжению зажигания неоновой лампы, ее сопротивление резко падает и конденсатор разряжается до напряжения потухания. Далее процесс повторяется, на выходе схемы появляется пилообразное напряжение.

Недостаток данной схемы – нестабильность параметров элементов, времени заряда-разряда. В реальных ГЛИН используется более сложная схема.

Мультивибратор

Мультивибратор – это генератор несинусоидальных колебаний, близких по форме к прямоугольным.

Симметричный мультивибратор, работающий в автоколеба­тельном режиме и не требующий подачи посторонних управляющих сигналов, как и триггер, представляет собой двухкаскадный усилитель.

Рис. Схема симметричного мультивибратора.

Оба каскада имеют одинаковые элементы и соединяются по кольце­вой схеме: напряжение с выхода (с коллектора) одного каскада подает­ся на вход (на базу) другого. Связь осуществляется через конденса­торы С₁ и С₂. Такая связь называется гибкой и действует только в переходном режиме, то есть при изменении выходных напряжений U_k1 и U _k2.

Кроме того, на базы транзисторов подается отрицательное напряжение U₀ от источника питания через ограничительные резисторыR_б1, R_б2. Их сопротивления выбираются так, чтобы обеспечивалось насыщение транзисторов при открытии. На насыщенном транзисторе напряжение , на закрытом , а ток . После подачи питания транзисторы периодически от­крываются и закрываются, причем при открытии транзистораVT1 закрывается транзисторVT2и наоборот. Напряжения на выходах периодически изменяются от 0 до –U₀ и от –U₀ до 0, т.е. формируются отрицательные периодические импульсы напряжения.

Пусть после очередного переключения схемы от­крылся транзисторVT1 и закрылся транзистор VT2. Конденсатор С₂ до переключения разрядился и теперь заряжается через открытый транзистор VT1 по цепи: + U₀, корпус, переход эмиттер-база транзистораVT1, конденсатор С₂, резистор R_K2 , –U₀. Заряд конденсатора С₂ осуществляется базовым током транзистора VT1; по окончании заряда ток базы транзистора VT1 протекает через резистор R_б1. За­рядившись, конденсатор С₂ до очередного переключения схемы никакого влияния не оказывает.

Конденсатор С₁ до переключения зарядился и, во-первых, начинает разряжаться (но не мгновенно) по цепи: «+» конденсатора С₁, резистор R_б2, источник пита­ния, корпус, открытый транзистор VT1, «–» конденсатора С1. Во-вторых, своим напряжением удерживаеттранзистор VT2 в закрытом состоянии, так как при этом >0, то есть на базе транзистора VT2 положительное напряжение. По мере разряда конденсатора С₁ это напряжение уменьшается и меняется его полярность. Как толь­ко напряжение U_б2 станет отрицательным, начинает открываться транзистор VT2. На его коллекторе возникает положительный пере­пад напряжения , который через конденсатор С₂ передает­ся на базу транзистора VT1 и вызывает его закрытие. На коллекторе транзистора VT1 воз­никает отрицательный перепад напряжения , который через конденсатор С₁ передается на базу транзистора VT2 , вызывая еще большее его открытие и т.д. Процесс носит лавинообразный характер. В ре­зультате транзистор VT1 полностью закрывается, в транзистор VT2 открывается до насыщения.

В этом состоянии вновь заряжается конденсатор С₁. Конденса­тор С₂, будучи уже заряженным, удерживает закрытым транзистор VT1 и разряжается. По окончании разряда конденсатора С₂ в аналогичном порядке про­исходит обратное переключение схемы. В дальнейшем процесс периоди­чески повторяется без вмешательства извне.

Длительность формируемых отрицательных импульсов равна времени закрытого состояния транзистора, которое, в свою очередь, равно времени разряда конденсатора. Это время определяется емкостью конденсатора и величиной разрядного тока, зависящего от сопротивления резисторов R_б.

В симметричной схеме длительность импульсов равна: . Такую же длительность имеют и паузы между импульсами. Следовательно, период повторения импульсов равен: ,

а частота следования импульсов .