Компьютерная техника, радиоэлектроника, электрика

Среда Январь 26, 2022
  • Register

Мультивибраторы состоят из двух транзисторов, соединенных таким образом, что один из них полностью открыт и насыщен, а другой закрыт. Следовательно, мультивибратор имеет два определенных устойчивых со­стояния: T1 открыт / T2 закрыт или, наоборот, T1 закрыт / T2 открыт. На рис. 32.1 показана основная принципиальная схема мультивибратора, где Z1 и Z2 обозначают два элемента связи, обеспечивающие положительную обратную связь.

Основная принципиальная схема мультивибратора

Рис. 32.1. Основная принципиальная схема мультивибратора.

В зависимости от используемых элементов обратной связи все муль­тивибраторы можно подразделить на три типа.

1. Бистабильный мультивибратор, который может оставаться сколь угодно долго в одном из двух устойчивых состояний. Чтобы пере­ключить его из одного состояния в другое, необходимо подать внеш­ний запускающий импульс. Мультивибратор остается в этом другом состоянии до тех пор, пока на него не воздействует второй внешний импульс, и так далее.

2. Моностабильный мультивибратор (одновибратор или ждущий мультивибратор), который имеет лишь одно устойчивое состояние равновесия. Под воздействием внешнего импульса он переключается в другое состояние и остается в этом состоянии квазиравновесия в те­чение отрезка времени, определяемого постоянной времени элементов обратной связи, после чего самостоятельно возвращается в исходное состояние.

3. Автоколебательный мультивибратор (или астабильный гене­ратор), который является генератором свободных колебаний. Он не имеет определенного устойчивого состояния и непрерывно переходит из одного состояния квазиравновесия в другое и обратно и т. д.

Бистабильный мультивибратор

Рассмотрим схему, приведенную на рис. 32.2. При включении источника питания из-за разброса допусков параметров компонентов один из тран­зисторов будет пропускать больший ток, чем другой. Причем, какой бы малой ни была разница токов, проходящих через транзисторы, ее доста­точно, чтобы привести триггер в одно из устойчивых состояний.

Предположим, что через транзистор T2 начинает протекать больший ток, чем через T1. В этом случае напряжение на коллекторе транзистора T2 будет падать, вызывая падение напряжения на базе транзистора T1. В результате ток через транзистор T1 уменьшится, а напряжение на его коллекторе увеличится. При этом повышается потенциал базы транзи­стора T2 относительно его эмиттера, и ток через T2 увеличится еще боль­ше. Так будет продолжаться до тех пор, пока не наступит насыщение транзистора T2, а транзистор T1 не перейдет в режим запирания (отсеч­ки). В этом состоянии напряжение на коллекторе запертого транзистора T1 будет равно +VCC (10 В), а на коллекторе насыщенного транзистора T2 — примерно 0 В.

Напряжение на базе транзистора T1 определяется цепочкой резисто­ров R3R5. Как видно из рис. 32.2(б), база транзистора T1 имеет отри­цательный потенциал, создаваемый источником отрицательного напря­жения  -VВВ, что удерживает транзистор T1 в закрытом состоянии. Напряжение на базе транзистора T2 (рис. 32.2(в)) определяется цепочкой резисторов R2R6 и имеет положительное значение, что создает пря­мое смещение транзистора T2. Если на бистабильный мультивибратор не будет воздействовать внешний импульс, то он сохранит это устойчи­вое состояние неопределенно долго. В равной мере устойчивое состояние мультивибратора может быть сохранено и при другом режиме его рабо­ты, если при включении питания больший ток начнет протекать через транзистор T1, а не через транзистор T2.

Чтобы избежать применения отдельного источника питания отрица­тельного напряжения, на схеме, представленной на рис. 32.3, использо­ван резистор R6 в качестве общего резистора в цепи эмиттера. В любом из устойчивых состояний мультивибратора напряжение Ve возникает при протекании тока открытого транзистора через сопротивление R6. Обрат­ное смещение закрытого транзистора обеспечивается тем, что его база имеет меньший потенциал, чем эмиттер. Конденсаторы C2 и C3 назы­ваются форсирующими или ускоряющими конденсаторами. Их назначе­ние — обеспечивать быстрое переключение мультивибратора из одного состояния в другое.

Бистабильный мультивибратор

Рис. 32.2. Бистабильный мультивибратор (а). Схема с использованием отдель­ных источников питания постоянного тока +VCC и VBB.

  

Бистабильный мультивибратор с управляющими диодами

Чтобы изменить состояние бистабильного мультивибратора, на него по­дается внешний импульс, который переводит транзистор из закрытого состояния в открытое. Как показано на рис. 32.3, чтобы избежать при­менения двух отдельных входов, используются управляющие диоды D1 и D2. Назначение этих диодов состоит в том, чтобы направлять запус­кающий импульс к базе соответствующего транзистора. Предположим, что бистабильный мультивибратор находится в состоянии T1 закрыт / T1 открыт и насыщен.

Схема бистабильного мультивибратора с управляющими диодами

Рис. 32.3. Схема бистабильного мультивибратора с управляющими диодами D1 и D2.

Тогда точка Х - общий катод диодов D1 и D2 — имеет потенциал VCC (10 В), т. е. на диоде D1 напряжение смещения равно нулю. В это же время анод диода D2 находится под потенциалом эмиттера T2, приблизительно равного 1 В (транзистор T2 находится в со­стоянии насыщения), т. е. на диоде D2 напряжение обратного смещения равно -9 В.

Если теперь подать на вход в точку Х отрицательный импульс, диод D1 откроется и пропустит его через резистор R3 на базу транзистора T2. В результате T2 закроется, а T1 откроется и мультивибратор перейдет в другое состояние. Напряжение смещения на управляющих диодах те­перь противоположно предыдущему, т. е. D1 находится под потенциалом -9 В. Следующий импульс откроет диодD2, пройдет через резистор R4 на базу транзистора T1 и запрет его. Мультивибратор опрокинется в перво­начальное состояние. Так как бистабильный мультивибратор переходит из одного состояния в другое, то на коллекторе любого из транзисторов можно получить прямоугольные импульсы.

На рис. 32.4 показаны импульсы, действующие на входе и выходе мультивибратора, описанного выше. Прямоугольный входной импульс вначале дифференцируется цепью       C1R1. Мультивибратор реагирует только на отрицательные «пички». Положительные «пички» не оказыва­ют никакого влияния на схему, поскольку при их поступлении оба диода имеют обратное смещение. Выходной сигнал представляет собой после­довательность прямоугольных импульсов, следующих с частотой, равной половине частоты входного сигнала. Поэтому бистабильный мультиви­братор называется также делителем частоты на два и широко применя­ется в счетчиках и калькуляторах.

Импульсы на входе и выходе мультивибратора

Рис. 32.4. Импульсы на входе и выходе мультивибратора.

 

Моностабильный мультивибратор (одновибратор)

Цепь обратной связи моностабильного мультивибратора (рис. 32.5) содер­жит одну цепочку C – R, а именно C2R2. При первоначальном включе­нии схемы транзистор Т2 открывается, так как на его базу через резистор R2 подается положительное напряжение +VCC, а транзистор Т1 закрыва­ется. Источник отрицательного напряжения VBBгарантирует, что Т1 останется запертым. В этом состоянии схема может находиться сколь угодно долго при отсутствии внешнего воздействия.

Принципиальная схема моностабильного мультивибратора

Рис. 32.5. Принципиальная схема моностабильного мультивибратора.


Если теперь на вход схемы подать отрицательный импульс, его высо­кочастотный фронт пройдет через конденсатор C2 к базе транзистора Т2 и запрет его. Так же, как это происходит в бистабильном мультивибра­торе, транзистор Т1 перейдет в состояние насыщения, а транзистор Т2 — в состояние отсечки. Напряжение на коллекторе транзистора Т1 (точка А на рис- 32.5) при этом резко спадает от +10 В (VCC) до нулевого значе­ния. Этот перепад напряжения 10 В заряжает конденсатор C2 до -10 В. Другими словами, база транзистора  T2 (точка В на схеме рис. 32.5) нахо­дится теперь под напряжением -10 В, удерживая транзистор в запертом состоянии. Конденсатор C2 начинает разряжаться через резистор R2 от -10 В, пытаясь достигнуть напряжения +10 В. Отрицательный потенци­ал в точке В начинает плавно уменьшаться со скоростью, определяемой постоянной времени C2R2. Как только напряжение в точке В изменит свой знак с отрицательного на положительный (рис. 32.6(б)), транзистор Т2 начнет проводить ток, а транзистор Т1 перейдет в состояние отсечки. Моностабильный мультивибратор возвращается обратно к начальному со­стоянию, ожидая прихода следующего переключающего импульса.

Форма импульса, на выходе схемы показана на рис. 32.6(в). Длитель­ность импульса определяется периодом, в течение которого транзистор Т2 остается в запертом состоянии, что в свою очередь зависит от постоянной времени C2R2. Например, схема, приведенная па рис. 32.5, вырабатывает импульс длительностью приблизительно 350 мкс.

Форма импульсов, действующих в различных точках схемы одновибратора

Рис. 32.6. Форма импульсов, действующих в различных точках схемы однови­братора.

 

Она может быть изме­нена варьированием номиналов емкости конденсатора С2 или резистора R2 или обоих вместе. Следует заметить, что частота сигнала на выходе равна частоте входного сигнала, но их длительности различны. Одно­вибратор применяется для увеличения ширины импульса и получения временной задержки.

 

Автоколебательный мультивибратор

На рис. 32.7 показана схема автоколебательного (или несинхронизирован­ного) мультивибратора. Контур обратной связи характеризуется двумя постоянными времени С1R1 и С2R2. Когда включается источник пита­ния, через один из транзисторов проходит больший ток, чем через другой. Благодаря наличию цепи обратной связи это приводит к тому, что один из транзисторов приходит в состояние насыщения, а другой — в состоя­ние отсечки. Предположим, что транзистор T1 открыт и насыщен, а T2 закрыт. Затем конденсатор С1 заряжается до VCC и удерживает T2 в запертом состоянии. Конденсатор С1 начинает разряжаться через рези­стор R1, пытаясь перезарядиться до +VCC, как и в случае одновибратора. В момент, когда потенциал цепочки R1С1 (база транзистора T2) про­ходит через нуль, транзистор T2 открывается, закрывая транзистор T1. Конденсатор С1 теперь скачком перезаряжается в отрицательном напра­влении, сохраняя транзистор T1 закрытым. Как только конденсатор С2 разрядится через R2 откроется транзистор T1 и т. д. Выходной сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов снимается с кол­лектора любого из транзисторов. Отношение метка/пауза (коэффициент заполнения) определяется временными постоянными схемы. Выходной сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов снимается с коллектора любого из транзисторов.

На рис. 32.8 изображены выходные импульсы на коллекторе каждого из транзисторов. Чтобы получить равные по длительности импульсы, временные постоянные С1R1 и С2R2 делают равными.

Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора

Рис. 32.7. Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора.

Выходные импульсы на коллекторе каждого из транзисторов автоколебательного мультивибратора

Рис. 32.8. Выходные импульсы на коллекторе каждого из транзисторов авто­колебательного мультивибратора, схема которого приведена на рис. 32.7.

Заметим, что, как и в случае одновибратора, временная постоянная СR определяет время, в течение которого транзистор остается закрытым.

Таймер 555

Таймер 555 (рис. 32.9) представляет собой весьма универсальную недо­рогую интегральную микросхему, которая специально спроектирована для формирования стабильных временных интервалов, но также может быть использована в разнообразных моностабильных, автоколебательных мультивибраторах и триггерах.

Таймер 555

Рис. 32.9.

В режиме таймера схема вырабатывает очень точные временные ин­тервалы, которые могут варьироваться от нескольких микросекунд до не­скольких сотен секунд. Временной период задается единственной цепью СR и фактически не зависит от напряжения источника питания. Таймер включается подачей запускающего импульса на вывод 2 микросхемы и выключается командой RESET (сброс), подаваемой на вывод 4.

Базовая схема таймера показана на рис. 32.10. Временной интервал здесь задается цепочкой C1R1. Начало отсчета времени инициируется на­жатием кнопки S1. При этом вывод 2 ИС получает нулевой потенциал и микросхема переключается. Конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1, и на выводе 3 появляется положительное напряжение.

Базовая схема таймера

 

Рис. 32.10

 

Рис. 32.11

Рис. 32.11.

По истечении времени, равного l, lC1R1, напряжение на выходе падает до 0 В (рис. 32.11). Отсчет времени может быть прерван нажатием кнопки RESET (сброс). При этом вывод 4 получает нулевой потенциал. При нор­мальной работе ключ S2 разомкнут и вывод 4 имеет потенциал источника питания +VCC.

В этом видео рассказывается о несимметричном мультивибраторе на транзисторах:

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Разделы