электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Схема мультивибратора

На рис. 173, а приведена схема релаксационного генератора, работающая в автоколебательном режиме, известная под названием мультивибратор (генератор множества колебаний). Он вырабатывает электрические колебания, по форме близкие к прямоугольной, имеющие очень широкий спектр частот.

Схема мультивибратора представляет собой обычную схему однолампового реостатного усилителя. Для обеспечения автоколебательного режима цепь положительной обратной связи создастся с помощью дополнительного реостатного каскада. Таким образом, мультивибратор представляет собой двухкаскадное устройство, в котором выход одного каскада связан со входом другого каскада.

 

При подключении к схеме источника питания схема находится в неустойчивом состоянии. Случайные флуктуации (тепловое движение электронов в сопротивлениях, влияние постоянных электрических и магнитных полей и т. д.) выводят схему из состояния неустойчивого равновесия.

Пусть, например, анодный ток лампы Л1 увеличился на величину Δiа1, тогда увеличится и падение напряжения на сопротивлении Rа1 на величину Δiа1·Rа1, а напряжение на аноде лампы Л1 уменьшится на ту же величину.

Рис. 173. Схемы релаксационных генераторов: а — автоколебательного мультивибратора; б — ждущего мультивибратора; в — генератора пилообразного напряжения.

Отрицательный перепад напряжения на аноде лампы Л1 через емкость Cс1 передается на сетку лампы Л2, анодный ток ее уменьшится на величину Δiа2, а напряжение uа2 возрастет на величину Δiа2Eа2. Положительный перепад анодного напряжения Δuа2 через емкость Cс2 передается обратно на управляющую сетку лампы Л1. Анодный ток ее еще больше возрастает, а ток лампы Л2 уменьшится. Процесс нарастает лавинообразно, в результате чего лампа Л1 запирается, а лампа Л2 оказывается полностью открытой.

Так как напряжение на аноде лампы Л1 уменьшилось, то начинается разряд конденсатора Cс1 по цепи Л1—Rс1. Разрядный ток iр на сопротивлении Rс1 поддерживает отрицательный потенциал управляющей сетки лампы Л2, удерживая ее в запертом состоянии. Точно так же, вследствие того, что потенциал анода лампы Л2 возрос (лампа заперта) происходит заряд конденсатора Сс2 по цепи +Eа—Rа2—Сс2 — сопротивление участка сетки — катод отпертой лампы (порядка 1—1,5 ком) — шасси. Ток разряда конденсатора Сс1 постепенно уменьшается, а одновременно с ним уменьшается и отрицательный потенциал на управляющей сетке лампы Л2, удерживающий ее в запертом состоянии. Как только отрицательный потенциал на управляющей сетке Л2 уменьшится настолько, что лампа Л2 отопрется, в схеме начнется процесс, протекающий в той же последовательности, но теперь запрется лампа Л1, а лампа Л2 окажется полностью отпертой.

Временные диаграммы, изображенные рядом со схемой мультивибратора, иллюстрируют изложенное выше (напряжение запирания или отпирания лампы обозначено Uзап, потенциал анода запертой лампы равен напряжению источника питания Еа). Как видно из графиков, форма напряжений на анодах ламп близка к прямоугольной. Однако напряжение на аноде запирающейся лампы не сразу достигает максимального значения, равного Еа (участок 1-1). Это объясняется тем, что в момент запирания лампы, например Л1, по сопротивлению Rа1 в течение малого времени течет ток заряда конденсатора Сс1. Этот же ток протекает по участку сетка—катод лампы Л2 и создает на ее сетке небольшой положительный потенциал (2—2), что обусловливает кратковременное возрастание анодного тока открытой лампы и, следовательно, уменьшение напряжения на аноде (участок 3—3).

Для уменьшения искажения переднего фронта импульса в цепь сеток дополнительно включают цепочки RC (см. пунктир на схеме рис. 173, а). Сопротивления R уменьшают токи заряда конденсаторов, а следовательно, и падения напряжения на нагрузке соответствующих ламп. Поэтому верхняя часть переднего фронта импульса получается более крутой (см. пунктир на графике рис. 173, а). Однако включение этих сопротивлений увеличивает время заряда участков сетка—катод ламп, что уменьшает скорость изменения потенциала сеток при опрокидывании схемы. Поэтому параллельно сопротивлениям R включают конденсаторы С, мгновенно передающие изменения напряжения на аноде одной лампы на сетку другой. Обычно сопротивление R имеет величину порядка нескольких десятков килоом, иногда до 200 ком, а емкость конденсатора С находится в пределах 50—200 пф.

Время запертого состояния лампы Л1 можно определить из выражения, определяющего изменение напряжения на сетке запертой лампы:

где Cс2Rс2 = τ2 — постоянная времени разряда конденсатора Сс2. Следовательно, напряжение на управляющей сетке запертой лампы изменяется по экспоненциальному закону. Лампа Л2 отопрется через время t = t1, когда напряжение на се сетке достигнет величины напряжения отпирания. Это уравнение можно записать в следующем виде:

откуда

После логарифмирования находим

где отношение  Um/Uзап представляет собой коэффициент усиления плеча мультивибратора. Тогда последнее выражение можно записать так:

t1= 2,3Cс2Rс2lgK.

Аналогично определяется длительность открытого состояния лампы Л2 или закрытого состояния лампы Л1:

t2 = 2,3Cс1Rс1lgK

Период колебания мультивибратора

Т =t1 + t2 = 2,3 (Сс2Rс2 + Cс1Rс1) lg К.

Последнее выражение позволяет сделать следующие выводы:

  1. Период колебаний мультивибратора определяется постоянной времени разряда конденсаторов.
  2. Если t1 = t2, то схема симметрична (симметричный мультивибратор) и период колебаний мультивибратора
    T = 4,6CсRсlgK                       (299)
    где
    Сс = Сс1 = Сс2;   Rс=Rс1 = Rс2.
  3. В симметричном мультивибраторе лампы работают поочередно и в течение одинаковых промежутков времени, поэтому на анодах ламп рассеиваются одинаковые мощности

При выборе элементов схемы мультивибратора необходимо учитывать следующее:

  • на длительность импульсов оказывают влияние динамическая входная емкость лампы Свх = + Сак (1 + К) и емкость монтажа схемы.
    Для заметного уменьшения этого влияния практически достаточно, чтобы
    Сс≥(5÷10)Свх;
  • сопротивление нагрузки должно обеспечить при опрокидывании схемы напряжение заданной амплитуды. Конденсатор Сс во время запертого состояния лампы должен успеть полностью зарядиться. Если это условие не выполняется, то передний фронт импульса будет искаженным. Поэтому время заряда конденсаторов Сс, через сопротивление Rа запертой лампы должно составлять незначительную часть длительности положительного импульса на аноде лампы:
    RаCс≤(0.1 ÷0,125) t1

Сопротивление Rс должно быть не менее, чем в 5— 10 раз больше Rа.

В практических схемах мультивибраторов емкость конденсатора Сс составляет сотни пикофарад, сопротивление Rс — сотни килоом, а сопротивление Rа — несколько килоом.

Значительный интерес представляет также схема мультивибратора, работающая в ждущем режиме. Схема ждущего мультивибратора показана на рис. 173, б. Здесь связь между лампами Л1 и Л2 осуществляется через сопротивление Rк, входящее в цепи катодов обеих ламп.

В исходном (устойчивом) состоянии лампа Л1 заперта напряжением на. управляющей сетке: | Ес |== Iа2Rк — Uп≥Ес.зап. На конденсаторе Сс действует напряжение UCса — U, а на управляющей сетке лампы Л2 —небольшой отрицательный потенциал за счет сопротивления Rс (практически потенциал управляющей сетки можно считать равным нулю). Напряжение на аноде лампы Л2, определяемое режимом ее работы, — минимально.

При поступлении на вход схемы запускающего импульса положительной полярности с амплитудой большей, чем |Ес| — |Ес.зап|, начинается лавинообразный процесс, который заключается в том, что лампа Л1 открывается, на ее аноде образуется отрицательный перепад напряжения, поступающий через Сс на управляющую сетку лампы Л2. Лампа Л2 запирается, анодный ток ее уменьшается, падение напряжения на сопротивлении Rк становится меньше, и анодный ток лампы Л1 еще больше возрастает, а разряжающийся при этом конденсатор Сс на сопротивлении Rс создаст такое падение напряжения, что лампа Л2 оказывается запертой; напряжение на ее аноде при этом возрастает до величины +Еа. В таком состоянии схема будет находиться до тех пор, пока разрядный ток Сс не уменьшится настолько, что лампа Л2 отопрется, ее анодный ток на сопротивлении Rк создаст напряжение, запирающее лампу Л1, и схема вернется в свое исходное состояние: лампа Л1 окажется запертой, а через лампу Л2 будет проходить наибольший анодный ток. Изложенное наглядно иллюстрируют графики, приведенные на рис.  173, б.

Длительность импульса на выходе схемы определяется временем разряда конденсатора Сс:

τразрсRс

Процесс восстановления схемы, который начинается с момента отпирания лампы Л2 до полного запирания лампы Л1 продолжается конечное время, которое можно определить по приближенной формуле

tвосст ≈ (3 ÷ 4) Сс [RаRск1 + SRск Rк],                         (300)

т. е. время восстановления определяется временем заряда конденсатора Сс до установившегося значения.

Длительность импульса на выходе ждущего мультивибратора можно регулировать изменением либо постоянной времени цепи RсCс, либо напряжения смещения на управляющей сетке лампы Л1 при помощи движка потенциометра R2.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр