Мультивибраторы. Изучение мультивибратора

• Название: Изучение мультивибратора
• Дата: 02.03.2023
• Размер: 136.1 Kb.
• Имя файла: Мультивибраторы.docx
• Тип: Документы; #964621

РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ № 7

ИЗУЧЕНИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРА

7.1. Цель работы

7.1.1. Изучить схему и принцип действия мультивибратора с коллекторно-базовыми конденсаторами.

7.1.2. Изучить особенности работы транзистора в ключевом режи­ме.

7.1.3.Получить навыки расчета импульсных схем на примере схе­мы автоколебательного мультивибратора.

7.2. Содержание расчетного задания

7.2.1. Выполнить расчет ключевого режима работы транзисторов
указанных в индивидуальном задании к работе № 1.

7.2.2. Выполнить расчет схемы симметричного мультивибратора.
Варианты исходных параметров для расчета приведены в таблице 7.1
и указываются преподавателем.

7.3. Методические указания

7.3.1. Ключевой режим работы транзистора.

Основой сложных импульсных схем являются транзисторные ключи. Транзистор­ным ключом называют схему, основное назначение которой состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих вход­ных сигналов. Качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, когда транзистор открыт до насыщения, мини­мальным током в разомкнутом состоянии, когда транзистор полностью закрыт, и скоростью перехода из од­ного состояния в другое.

Насыщенные ключи работают в режиме отсечки и насыщения, скачком переходя из одного режима в другой (точки А и В на рис. 7.1).


Рис.7.1.Работа транзистора в ключевом режиме


Таблица 7.1
Параметры элементов схемы мультивибратора

Номер варианта	Значения параметров						Напряжения
	СБ1(мкФ)	СБ2(мкФ)	RБ1(кОм)	RБ2(кОм)	Rк(кОм)	Епит(В)		Еф(В)
37	0,05	0,05	82	51	7,5	30		10

Мощность, рассеиваемая транзистором в режиме отсечки, рассчитывается по формуле:

Р_отс = Е_к I_кбо = 30*1 = 30,Вт (7.1)

где I_кбо- обратный ток с коллектора на базу; Е_к = Е_пит - приведены для всех вариантов в таблице 7.1.

Мощность, рассеиваемая транзистором в режиме насыщения:

Р_нас = I_кн U_{кэн = 0,004*0,35 = 0,0014}, Вт (7.2)

где U_КЭН - падение напряжения на транзисторе в режиме насы­щения_; I_кн - ток коллектора в режиме насыщения.

Ток коллектора I_кн равен_:

=0,004 А (7.3)

Средняя мощность, рассеиваемая транзистором за время прямого и обратного переключений:

= 0,0074, Вт (7.4)

где Т - период колебаний, рассчитываемый через уравнение: Т= t_и1+t_и2; t_Ф - длительность фронта (длительность обоих фронтов считаем одинаковой).

Длительности t_и1 и t_и2 рассчитываются через исходные параметры мультивибратора, приведенные в таблице 7.1 по формуле:

t_и = 0,7 · C_б · R_б = 0,0028 с (7.5.)
Длительность фронта у импульсов мультивибратора можно рассчитать через параметры схемы С_б и R_к приведенные в по формуле:

t_ф = 2,3 С_б R_к = 0,0008 с (7.6)

Полная мощность, рассеиваемая в ключе:

= 18,49, Вт (7.7)

где t_отс, t_нас - время нахождения транзистора в состоянии отсечки или насыщения (соответствуют t_и1 и t_и2 приведенным на временных диаграммах рис. 7.3,б)

7.3.2. Симметричный мультивибратор

Мультивибратор является генератором релаксационных колеба­ний, форма которых близка к прямоугольной. Частота колебаний и их амплитуда определяются параметрами схемы мультивибратора, харак­теристиками транзисторов и напряжением источников питания. Муль­тивибраторы могут работать в режиме автоколебаний, внешнего за­пуска и синхронизации. Если усилительные элементы, сопротивления и емкости обоих плеч одинаковы, то мультивибратор называется сим­метричным. Симметричный мультивибратор генерирует на выводах коллекторов импульсы одина­ковой длительности, но противоположной полярности.

Мультивибратор в автоколебательном режиме представляет собой двухкаскадный усилитель на транзисторах с положительной обратной связью (рис 7.2).



Рис.7.2. Симметричный мультивибратор с коллекторно-базовыми связями
Для снижения зависимости частоты колебаний от изменения –Ek напряжение смещения на базы транзисторов подают в отпирающей полярности через Rб. Период колебаний Т зависит от параметров Rб и конденсаторов обратной связи С.


Допустим в данный момент времени VT1 открыт, а VT2 закрыт и через VT1 течет ток, определяемый током Rк1 и током заряда С1 через Rб1.Ток заряда С1 вызывает падение напряжения на Rб1 с полярностью запирающей VТ2. После заряда С1 напряжение запирающее VТ2 снижается и VТ2 отпирается, при этом Uк2 уменьшается, и этот перепад напряжения через С2 плюсом подается на базу VТ1 и закрывает его. Этот процесс идет лавинообразно и заканчивается сменой состояний транзисторов. Теперь начинается перезаряд С2 по цепи: Ек-Rб2-С2-VТ2-земля. Через время t_и=0,7R_б2С2 заканчивается заряд С2, при этом напряжение запирающее VТ1 снижается и он начинает отпираться, что приводит к следующему переключению транзисторов.

Рис.7.3. а-симметричный мультивибратор с диодной фиксацией., б-временные диаграммы его работы.

Частота колебаний мультивибратора :

= 214,82, Гц (7.8)

где Т - период колебаний; t_u - длительность импульса, т.е. длительность запертого и открытого состояния соответствующего транзистора.

Длительность запертого состояния транзистора определяется скоростью перезаряда конденсатора, соединяющего в данный момент коллектор открытого транзистора с базой запертого.

Часто требуется иметь разные длительности импульсов (t_u1) и паузы (t_u2).Тогда скважность импульсов:

=2,60 (7.9)

Главным препятствием на пути увеличения скважности является большая длительность фронтов (t_Ф) импульсов.

Максимальная скважность:

Q_max = (/3) + 1= 27,66 (7.10)

Учитывая, что минимальная скважность Q _min= 2 и отношение С2/С1=1, получаем условие

R1 > 3,3 R_к . (7.11)

Одним из способов укорочения отрицательного фронта является диодная фиксация коллекторных потенциалов на уровне Е_ф меньшем напряжения Е_к. Схема с диодной фиксацией показана на рис. 7.3,а, а соответствующие временные диаграммы на рис. 7.3,б., из которых легко выразить время t_ф1 на уровне 0,9.

= 0,00021 с (7.12)

где ε_ф = Е_ф/ Е_к - относительный уровень фиксации.
При этом

Q_max = 0,8(/ε_Ф)+1 = 194,93 (7.13)

R1 > 1,3ε_Ф R_K (7.14)

Таким образом, схема с диодной фиксацией обеспечивает преимущество в отношении длительности отрицательного фронта и максимальной скважности.