книги / Сборник задач и упражнений по импульсной технике

lao второе устойчивое состояние. 8*11. а) Транзистор 7\ выйдет из на­ сыщения» так как IQ — 0,93 мА < /бн = 1 мА и триггер переключит­ ся; б) степень насыщения 7\ увеличится, состояние триггера не изме­ нится; в) запирающее напряжение на базе Т2 возрастет, состояние триггера не изменится; г) запирающее напряжение на базе Т 2 умень­ шится с 2 В до 1 В; состояние триггера не изменится. 8.12, а) Степень

нится. б) Напряжение запирания транзистора Т 2 будет отсутствовать: Т 2 приоткроется, что может привести к выходу 7\ из насыщения в ак­ тивный режим. 8.13. Схема будет иметь одно устойчивое состояние, при котором Т 2 открыт, а Тг закрыт. 8.14. Схема будет иметь одно ус­

работает как двухкаскадный усилитель. 8.16. Схема будет иметь одно устойчивое состояние (7\ закрыт, Т 2 открыт) и работать как усилитель. 8,17. Транзистор Т 2 будет закрыт,"так как иК1 близко к нулю. При закорачивании проводником эмиттерного перехода напряжение иН1 не будет изменяться до ик1 да Е к, как это было бы при исправном тран­

что два транзистора окажутся в активном режиме: схема как триггер работать не будет. 8.19. Кремниевые транзисторы имеют пороговое напряжение Unop да 0,6 В, а германиевые — 0,2—0,3 В. Остаточное напряжение в режиме насыщения у германиевых транзисторов такое же, как у кремниевых и составляет да0,2 В, что не обеспечивает надеж­ ного запирания одного из транзисторов остаточным напряжением, по­ ступающим от второго открытого транзистора. Для обеспечения на­ дежного запирания применяют дополнительный источник £ см. Кроме того, температурная зависимость параметров германиевых транзисто­ ров существенно выше, чем кремниевых. 8.20. См. ответ к задаче 8.Д9, 8.21. Проверка работоспособности триггера сводится к проверке вы:. полнения условий запирания и насыщения каждого из транзисторов [см. формулы (8.1) и (8.3)]. Условие закрытого состояния выполняется,

малое сопротивление) нК2 уменьшаться~не будет, как это было бы при

коллектора нагруженного транзистора 7\>. Проверка условий откры­

токов 7\ и Г3 определим напряжение иК2 при закрытом Т 2 без учета

161

падения напряжения на открытом эмиттерном переходе. Напряжение на коллекторе Тв:

транзистор из насыщения в активный режим. В противном случае триг­ гер не переключится. 8.37. Энергия, потребляемая от генератора за ­ пуска, меньше, так как запускающий импульс действует меньшее вре­ мя, и время установления напряжений в схеме меньше, так как уско­ ряющие конденсаторы могут иметь меньшую емкость. 8.38. При боль­ шой длительности импульса запуска входная цепь будет его дифферен­ цировать, что приведет к двойному срабатыванию триггера. 8.39. Что­ бы не было дифференцирования входного запускающего импульса, 8.40. Для дифференцирования входного запускающего импульса. 8.41. Для ограничения положительных остроконечных импульсов, об­ разующихся в результате дифференцирования входного запускающе­ го импульса цепочкой Ср/?р. В случае отсутствия диодов работоспособ­ ность триггера нарушится, если цепочка Ср/?р дифференцирует запус­ кающий импульс, и не нарушится, если цепь — переходная. 8.42. Из

162

‘условия следует, что б исходном состоянии 7\ открыт. Первый’ за­ пускающий импульс отрицательной полярности приведет к переклю­ чению триггера зарядным током Ср1. Так как цепь разрядки СР1 нз-за отсутствия Р р1 разорвана, то разрядки Ср1 не произойдет. Поэтому второй импульс не вызовет переключение триггера. То же самое можно сказать о переключении триггера по второму входу: от одного

транзистора. Диоды Д 3 и Д4 служат для ускорения разрядки конден­ саторов С3 и С4, т. е. для увеличения быстродействия. 8.44. Запомина­ ют предыдущее состояние триггера, т. е. препятствуют прохождению

Рис. 8.17 Рис. 8.18

импульса запуска на базу открывающегося транзистора. 8.45. Тран­

открыт, а Т2 закрыт. 8.51. Для обеспечения постоянства напряжения смещения при опрокидывании триггера. 8.52. В схеме рис. 8.5 ампли­ туда выходного напряжения уменьшается за счет падения напряже­ ния на резисторе Дэ. 8.53. В работе схемы рис. 8.6 отсутствует этап рассасывания. 8.54. В схеме рис. 8.6 транзисторы в открытом состоя­ нии не насыщены. 8.55. Для уменьшения времени установления и повышения нагрузочной.способности. 8.56. За счет уменьшения време­ ни установления на коллекторе закрывающегося транзистора. 8.57. Наличие источника £ф, имеющего малое внутреннее сопротивление, обеспечивает малое выходное сопротивление триггера # пых. Это приводит к уменьшению падения напряжения на /?вых, и» как следствие, it незначительному уменьшению выходного напряжения при достаточ­ но больших токах нагрузки. 8.63. Проверка условий заключается в определении напряжения «ба1 в закрытом и открытом состояниях тран­

чаться, если емкость конденсатора достаточно велика, так как резистор

163

#э по переменному току закорочен. Если емкость С незначительна, то ухудшатся условия переключения, что приведет к увеличению дли­ тельности фронтов выходного напряжения. 8.69. Два: в первом состоя­ нии транзистор Т 1 закрыт, a f 2 открыт, но находится в активной об­ ласти; во втором Т 2 закрыт, а Тг открыт и находится в активной обла­

ет выполнение условия закрытого состояния транзистора. Для обеспе­ чения закрытого состояния необходимо, чтобы напряжение ис„ откры­

Транзисторы Т ь, Т6 закрыты; Т 3 открыт и рабочая точка находится на крутом участке ВАХ; Т2, 7' 4 открыты и рабочие точки находятся на пологих участках ВАХ. 8.78. 12 В. 8.79. а) Не переключится, так как отпирание транзистора Т5 не приведет к изменению напряжения

ГЛАВА 9

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

§ 9.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

В главе рассматриваются схемы мультивибраторов, выпол-. ненных на полупроводниковых приборах и работающих в ав­ токолебательном и ждущем режимах. Мультивибраторы широ­ ко применяются как задающие генераторы прямоугольных импульсов, делители частоты следования импульсов, расшири­ тели импульсов и т. д.

Основная схема мультивибратора представлена на рис. 9.1, а и состоит из двух ключевых каскадов, собранных на транзисторах Тг и Т 2 и связанных между собой конденсатора­ ми С1 и С2. Если параметры ключевых каскадов (плеч) одина­ ковы (транзисторы — однотипны, С, = С2; Яг = R3 и т. д.),

164

тор имеет два выхода с коллекторов транзисторов Tt и Т2. Длительность импульса с коллектора Т2 составляет

Для обеспечения насыщен­ ного состояния открытого транзистора необходимо, что­ бы

#к min 5 s ".

MI дои

Амплитуда импульса выходного напряжения

Длительность среза выходного импульса (при открывании транзистора) приближенно оценивается

где fa — граничная частота транзистора, та — 1/2 я/а. Дли­ тельность фронта выходного импульса (при запирании транзи­

165

стора) определяется временем зарядки конденсаторов С2 и

Обычно несимметричность схемы достигается изменением емкостей времязадающих конденсаторов Сх и С2. В этом слу­ чае, считая плечи симметричными, предельное значение скваж­ ности

Максимальная частота колебаний симметричного мульти­ вибратора при заданном типе транзистора составляет: F max ^ ^0,15/а. Регулирование частоты (периода) колебаний возмож­

где UCm— амплитуда отрицательного перепада напряжения на базе запираемого транзистора; Е0— напряжение управ­ ляющего источника.

Регулировка периода за счет изменения амплитуды отрица­ тельного перепада на базе запираемого транзистора возможна путем потенциометрического съема напряжения с резистора RH(см. рис. 9.2) и применения источника Еф (рис. 9.5)

Кк

(9.9)

U(jm— Еф.

Это позволяет изменять период в широких пределах, но зави­ симости Т = f (RK) и Т = f (Еф) получаются нелинейные, что

1С6

фронтов коллекторного напряжения в связи с протеканием через коллекторные сопротивления зарядных токов конденса­ торов Сх и С2 (см. рис. 9.6). Для уменьшения длительности фронта /ф схемы усложняют (рис. 9.3, 9.4, 9.5). В схеме рис. 9.3 применяют корректирующие диоды Дх и Д 2, которые при закрывании транзистора отключают конденсатор от кол­

лектора, и С заряжается не через Rк, а через Як. В этом слу­ чае время установления коллекторного напряжения опреде­ ляется временем запирания транзистора и зарядом емкости на­ грузки через сопротивление Як. Недостатком схемы является уменьшение скважности и на­ грузочной способности, что свя­ зано с увеличением времени за­ рядки С и увеличением выход­ ного сопротивления

рис. 9.3.

Для устранения этого недостатка в схему вводят эмиттерные повторители Т 3 и Т4 (рис. 9.4), которые обеспечивают за­ ряд конденсаторов через свои малые выходные сопротивления. Время зарядки конденсаторов в этом случае составляет

(9.11)

Схема мультивибратора с фиксацией коллекторных по­ тенциалов (рис. 9.5) дает возможность значительно уменьшить

167

положительные фронты (6.5) и увеличить предельную скваж­ ность импульсов:

а)

формуле (9.1). Для нормальной работы схемы необходимо обес­ печить неравенство

Тзап > + ^в. (9.13)

где tB —3CiRKi — время восстановления схемы.

В противном случае хронирующий конденсатор Сх не ус­ певает зарядиться до Е к, что приведет к уменьшению длитель­ ности выходного импульса.

Схемотехнические особенности монолитных и гибридных интегральных мультивибраторов (ИВМ) состоят в комплекс­ ном применении мер, имеющих целью: создание выходных им­ пульсов, близких по форме к идеально прямоугольным; обес­ печение мягкого самовозбуждения автоколебательных муль­ тивибраторов; предотвращение пробоя р -л-перехода в тран­ зисторах.

108

Средства решения первых двух задач в ИМВ совпадают с аналогичными средствами в дискретной технике: улучшение формы выходных импульсов достигается применением коррек­ тирующих диодов (см. рис. 9.3), а обеспечение мягкого само­ возбуждения — применением внутриинверторных обратных связей.

В схеме ИМВ (рис. 9.7) корректирующими диодами явля­ ются Дх и Д 3; нелинейная обратная связь обеспечивается дио­ дами Д 2 и Д4. В отличие от автономного режима ключа, где об­ ратная связь обеспечивает активный режим транзисторов, в

ИМВ обратная связь обеспечивает активный режим только в момент включения питания. В автоколебательном режиме тран­ зисторы работают или в отсечке или в насыщении. Насыщен­ ный режим обеспечивается соответствующим выбором сопро­ тивлений резисторов коллекторной и базовых цепей.

169

В ИМВ используются дрейфовые транзисторы, напряжение пробоя эмиттерного перехода которых мало (д# 4 В). Для пре­ дотвращения пробоя применяют шунтирование перехода крем­ ниевыми диодами Дг и Д2 (рис. 9.8), у которых прямое паде­ ние напряжения 0 пр « 0 , 8 В. Это напряжение создается на диодах разрядными токами хронирующих конденсаторов Сг и С 2 и поддерживает транзисторы в закрытом состоянии. Ре­ зисторы R6 препятствуют быстрому разряду Сг и С2 через ма­ лые сопротивления открытых Дг и Д2. В некоторых ИМВ та­ кая защита отсутствует, так как питающие напряжения неве­ лики (£ „ « 3 В). Регулировка длительности импульса осу­ ществляется ранее описанными способами путем подключе­ ния внешних элементов, которые могут быть как дискретными, так и входить в состав серий интегральных схем.

У п р а ж н е н и я и з а д а ч и

§ 9.2. АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ МУЛЬТИВИБРАТОРОВ

те л ь н ы м ?

9.3.Сколько устойчивых состояний имеет мультивибратор

вавтоколебательном режиме?

9.4.Какое состояние в мультивибраторе называется квазиустойчивым?

9.5.Чем определяется период колебаний автоколебатель­ ного мультивибратора?

9.6.Какой мультивибратор называется а) симметричным, б) несимметричным?

9.7.Почему в автоколебательном мультивибраторе при включении питания £ к один транзистор начинает закрываться,

адругой открываться?

9 .8 . Чем определяется время закрытого состояния тран­ зистора?

9.9.Чем определяется время открытого состояния транзис­

тора?

9.10.Какими элементами схемы (см. рис. 9.1, а) определя­ ется длительность импульса на коллекторе: а) транзистора Т а; б) транзистора 7\?

9.11.Какими элементами схемы определяется длитель­ ность паузы выходных импульсов, снимаемых с коллектора Т 2?

170