Упрощенная реального прямоугольного импульса показана нз

рис. 10.1, е. Спрямленные otpeaKH ab, be, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и - [[арастание н спад обратного выброса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 10.1, характеризуется крутизной фронта импульса 5ф = Uml%, а убывание напряжения или тока на вершине от-носитель[1ЫМ снижением ЬОт = AUlUm-

Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность вмпульсов. Помимо указанного выше параметра т», определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5t/m. длительность импульса характеризует время и. определяемое либо на уровне 0,l(/m, либо по основанию импульса (рис. 10.1, г). Длительность применяемых в современной электронной технике нм-юульспых сигналов имеет весьма широкий диапазон: от единиц наносекунд до единиц вдаже десятков секунд. Импульсы микросекундной части этого диапазона (от 10~ до 10~ с) наиболее употребительны и используются в ЭВМ, импульсной связи, радиолокации, телевидении и других областях технической электроники [30!.

К основным параметрам импульсов следует отнести также период повторения им-йульсов 7" - интервал времени между началом двух соседних одиополярных импульсов (рис. 10.1, а-г). Величину, обратную периоду повторения, называют частотой повторения (следования) импульсов f.

Часть периода Гаанимает пауза (п (рис. 10.1, а) - отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов, т. е. п-

Отношение длительности импульса к пер(ду повторения называют коэффициентом заполнения Y= ц/Т". Величину, обратную коэффициенту заполнения, называют скважностью импульсов: 9 = 1/у= ТЦ». Качктво работы импульсных устройств во многом зависит от времени восстановления импульса (вое (рис. 10.1, с). Чем меньше вое тем более надежно работает схема, тем выше ее быстродействие.

Импульсные устройства выполняют самые разнообразные функции, свя-ванные с передачей и обработкой информации, закодированной в импульсных сигналах. Соответственно различают достаточно большое количество типов импульсных схем, предназначенных для получения, усиления, преобразования и использования импульсных напряжений и токов [3, 10, И 26]. Однако прежде чем вести какую бы то ни было обработку импульсных сигналов, необходимо их создать. Поэтому наиболее распространенными схемами а импульсной технике являются схемы генераторов импульсов, а расчет этих схем составляет одну нз часто встречающихся задач в практике работы специалистов в области электронной техники.

В данной главе из всего многообразия генераторов импульсов будут рассмотрены наиболее употребительные: мультивибраторы, блокннг-генераторы и генераторы линейно-нарастающего (пилообразного) напряжения.

10.2. Мультивибраторы

Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадныи резястив-ный усилитель с глубокой положительной обратной связью В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой по типу используемых элементов (ламповые, транзисторные, тяристорные, микроэлектронные и т. д.), режиму работы (автоколебатйаьный, ждущий, синхронизации), видам связи между усилительными элементами, способам регулировки длительности и частоты генерируемых импульсов и т. д.

Необходимо отметить, что, строго говоря, отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при автоколебательном режиме его работы. В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают специальные запускающие сигналы. Режим синхронизации отличается от итоколебательного лишь тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) напряжения можно изменять частоту генерируемых ко-аебаийй.

Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора на транзисторан приведена на рис. 10.2. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить ндентич-вость каждого нз усилительных каскадов, собранных на однотипных транзнсторая

VI и V2. При R

роется

шибрг

-эр i .бы.

ют снмметр олной симм icaTopax и на i устой ч и и. хемы добнтьс

С, = Сг и оди

1метрак транзисторов

ельнан асимметрия мгн I другой будет открыт иным причинам (нестаг в чп.мептах схемы нз-з;

довеДС!

[ЫЮСТЬ

екетор V2 ока;

к уме ютенци

злрядов в элемента Too) ток коллектора траизнсто тр,!ЦЗНстора V\. Это приаедет и снижению ориц;1тельн()го пс денсатор С2 fi3\ieiieiiHe пот«;н1 транзистора V\. Это приведет )иели4епню отрицательного г ла на коллекторе эюго ipai Через конденсатор С! HSMCt тенцчала кол.тектора транзн передается иа базу транзистор вызывает дополнительное yi тока коллектора этого тра Далее прсцесс ловторяегся, н ном итоге транзистор V2 полностью ч.. кроется н войдет в режим насыщения, а транзистор V\ закроется. Этот чро-

ее включения токи транзисторов пзисторов должны быть одинаио-0 никогда не происходит, так как 1евозможно. Любая, даже самая 1ведет к тому, что один из транзисторов зак-до режима насыщения. Допустим, что по источника питания, флуктуации движения элемен-

тектрод. I. Одн пр, пр.

1ческ

нескол i

1НЯ в параметра со больше коллекторного тока напряжения на резисторе «4 транзистора V2. Через кон-истора V2 передается иа базу плектора транзистора VI И К

icTopa. в конеч-

цесс протекает лавниообразн му очень быстро - практике

поэто-

то. что

Обратим вннмя жиме запирания пранэистора деисатор С заряжается по п ра Vi, Cl, К\,Е.Ъ то ж. тора У2) разряжается через с Переключение схемы из < разряда конденсаторов. Так,

иият точки И (правая обкл...... ......--

Ггоме разряда конденсатора С2 положптел. --адка конденсатора С2) все более снижается. В

ПОВЫШ----- " гт-тит.яг

10.2. Схе! сторно

муЛЬТ!

5етрпчного тра 1братора

время крытый траиз 1н0г0 состояни :о мере заряда

зистора V2. см. Учитыва

МСЖНО 331-

нется лав1 наоборот, зом, транз или в реж пульсы с, ма будет г пор, пока На рр ных цеп я: Р

постег ая, что тючить, нообра; запрете: (сторы i

:матри1 опред! процесс . Затем мульти:

ый г

троцесс I 1браторе

\1ПЛИт\Дон, почти нерировать импул жлючен источник 10.3 приведены i транзисторов, н н огают понять пр тому случаю, когда rpai-ют переключению схе\ Приведенная на р колл ектор н о ба зов ы м и

Рассмотрим порядок i ности совершенствойв ния 1 0.2.1. Расчет мульт расчете мультивибратора колебаний Г (или частот

штания. Tf ременные / шряжений

......цип действ

:тор VI запер-

участок эмиттер-база открытого транзисто-онденсатор С2 (в режиме насыщения транзнс-jp V2 и резистор RZ. другое зависит от скорости заряда и нлеисатора С\ положительный потек-i С\ рнс. 10.2) все более нарастает, й потенциал точки В (левая об-f3H с этим потенциал Сази трап-транзистора V! - снижает-транзисторы типа р-п-/7, анзи1:тор V{ отопрется, кач-зстора, а транзистор V2, }торяется. Таким обра-1И в режиме отсечки тока ГАТЬ прямоугольные им-источника питания. Схе-самовозбуждения. до теж

,......лзьшают автоколебательным.

[ токов, протекающих в коллектор-w.,-,,;TOpax и базах транзисторов. Диаг-:хемы. Исходный момент (д соответствует V2 открыт. Моменты ((, fg. э соответству-

базы

)й схеме пспользуютс 1ЫЙ момент времеь .астания тока этог :реклю

гран

[ереди н; !лектор, чине на одитьс? ой реж аграмМ!

годятся

1 ряжен! в режп

:с, 10.2 с ;мк остиы: к е е ра

мультивибратора получи .1МИ связями.

:чета, в ходе которого ука;кем и л.., мультивибраторов в автоколе 1ибратора на биполярных транзис автоколебате повторения ]

[азва

:емы Q

текоторые возмож-стьном режиме, t (рис. 10.2). Прн ,ном режиме "дслжныбыть заданы" период 1ульсов / = 1/7, длительность геиерируе-

мых импульсов /„ (в случае несимметричного мультивнбраюря. когда параметпл плеч [(еидеитичны, задаются дли1ельиости импульсов и ,, снимаемых с каждиш плеча); амплитуда импульсов U,„: длигельиосгь фронта ц,; длительность среза t; время восстановления 1, температура окружающей среды 1 {-"ч допустнм,1>1 относительная температурная нестабильность мультивибратора о в заданном диапазоне изменения температуры),

В результате расчета необходимо выбрать тип транзисторов и определить иа[>э-метры элементов схемы

1, Определяем напряжение источника питания

£« р (1.1 . . . 1,2) и.„. {\0Л)

Если напряжение источника питания задано и значительно превышает амплитуду импульсов Um- то можно расчп мультивибратора вести на большую амплитуду, чем

задано, а импульсы снимать с помощью делителя напряжения в кClЛлeктopн.JИ це-- пи одного из транзисторов, как показано на рмс. 10.4.

2. Выбираем тип транзисторов, пара-. метры которых удовлетворяют условиям

КБглах>2к; (10.2)

,21, > 0.7/. (10.3)

где f/fB gjj максимально допустимое постоянное напряжение коллектор - база для выбранного типа транзистора; f -

Рис. 10,3, Временные диаграммы напряжений н токов в цепях мультивибратора

Рис. 10.4. Схема мультивибратора с делителем напряжения в коллекторной цепи транзистора i

предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзкстора в схеме с ОЭ.

Если мультивибратор работает при повышенных температурах окружающей среды ми от него требуется высокая температурная стабильность (oj < 5%), то выбирают кремниевые транзисторы; если допустимое значение о, > 5% - германиевые тран-мсторы. Для повышения температурной стабильности режима работы мультивибраторов могут быть использованы различные методы К). Один иэ них состоит в таком подборе резисторов R2 = = R (рис. 10.2), чтобы падение напряжения /цбоб ва них было минимальным. Это oбъяcняeтlя тем. что коэффициент относительной тем-Dq)atypnoh нестабильности работы мультивибратора определяется выражением

где A/jgQ изменения обратного тока коллектора транзистора а заданном ннгер-вме температуры окружающей среды. Счедовательно, чем меньше = /?з = Йб,

O-fx

тем стабильнее будет работать мультивибратор. При этом, однако, необходимо учитывать, что с уменьшением приходится соответственно повышать емкость конденсаторов = Ся = С (рис. 10.2), что может вызвать увеличение постоянной времени варяда Этих конденсаторов и возрастание времена восстановления исходного состояния схемы аос-

При выборе транзисторов по их частотным свойствам, кроме соотношения (10.3), можно руководствоваться и такими рекомендациями: если заданная длительность фронта Тф не меньше (0,2.. .0,5) мкс, то могут быть использованы низкочастотные тран-аисторы; если же Тф < (0,2...0,5) мкс - следует выбрать высокочастотные транзисторы.

3, Находим сопротивлении резисторов Ri = Ra= /?ц (рнс. 10.2) в коллекторных цепях транзисторов. Прн этом необходимо выполнить условие

max К (« " Л) ЕЛЬО (10.5)

Ле к.и msK - максимально допустимый импульсный ток коллектора, а Ajgo - обратный ток коллектора выбранного транзистора.

Практически для маломощных транзисторов выбирают не менее (0,5...!) кОм, а для мощных - не менее (200...300) Ом. Стандартные значения Ry выбирают по шкале номинальных значений сопротивлений

Рис. 10.5. Схема мультивибратора с регулировкой периода автоколебаний резисторов.

4. Находим сопротивление резисторов Ri = R3 = Rb базовых цепях мультивибратора. Для схем на рис. 10.2 и 10.4 сопротиаление /?g находят по формуле •

где /1213 -коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с ОЭ; иас - коэффициент насыщения транзистора.

Коэффициент насыщения определяется из соотношения

W /внас кнао - базы и коллектора транзистора выбранного тнпа в режиме насыщения (при К„,а < 1 транзистор работает в ненасыщенном режиме, прн Кс ~ = I находится иа грани насыщения, при К > 1 - в режиме насыщения).

Для обеспечения режима открытого транзистора при неглубоком насыщении выбирают /(„ао =

в некоторых схемах симметричных мультивибраторов для регулировки периода автоколебаний в цепи баз траиэнсторовиключают источник регулируемого напряжения (£"5 на рис. 10.5), Формула для определения периода генерируемых импульсов в этом случае нмеет вид

T==2RC\n(\-UJE). (10.8)

где R= Ri- С" = Ci = C-i, t/m - часть напряжения, которая передается с коллекторов в цепи баз (определяется положением движков потенциометров R\ и R\).

Прн использовании отдельного нсточника Ej для питания базовых цепей сопротивление резисторов Rt= R- R определяют по формуле

где j = 1 = i-

8 г-гпг 209

в иачесгав Aj,, Оерут минимальное значение с учетом его технологического и температурного разброса. Максимально допустимые значения резисторов Я2, Ю от-Р,п"« "S?"" -З""" температурной стабильностью и опрелеляютх;я из соотношения (10.4). Кроме того, условие термостабильностн может быть проверено из сравнения ™ч™™™«ч вазы открытого транзистора и обратного тока коллектора. Неойходи-

/зЖ£к/ЙБ> 10/кЕо- (10.10)

С учетом всех этих требований находим окончательные стандартные величины сопротивлении и выбираем конкретный тип резисторов.

Рис. 10.6. Схема мультивибратора с корректирующими диодами (а) н форма иапряжения на коллекторе запертого транзистора (б)

5. Определяем емкости конденсаторов С1 и С2. Для симметричного мультвввбра-

тора

С, = Сз=С= Г/1,4/?б- (lO-ll)

Для несвмметричиого мультивибратора

Ci = ,/0,7J?b; Ц0Л2)

С,=/„2/0,7;?Б. (10.13)

При выборе типа конденсаторов С1 и С2 необходимо, чтобы их рабочее напряжение превышало напряжение источника аитания транзисторов.

6. Находим время восстановления схемы

юс = 3/?К- (10-14)

Как видно из формулы (10.14), для уменьшения t, т. е. для улучшения фермы генерируемых импульсов, следует уменьшать величины-и С- Однаио с уменьшением емкости С уменьшаются длительность импульса и период колебаний. Для предотвращения этого приходится увеличивать сопротивление резисторов R, но тогда ухудшается термостабильность схемы. Уменьшение сопротивления R также нецелесообразно, так как это приводит к увеличению тока насыщения транзистора и уменьшению перепада напряжения на коллекторе, что может нарушить самовозбуждение схемы. Поэтому, если полученное значение 1. оказалось больше заданного, в схему мультивибратора необходимо внести некоторые изменения. На рнс. 10.6, а показана схема симметричного мультивибратора с корректирующими диодами. Здесь ток заряда конденсаторов связи С1 и С2 замыкается не через коллекторные резисторы Ri = = Ri= ((, а через вспомогательные резнсторы RS, R6, что обеспечивается включением диодов V3 и V4. Дноды не препятствуют развитию лавинообразных процессов нарастания и спадания токов транзисторов, но позволяют уменьшить постоянную времени заряда конденсаторов С1 и С2. Благодаря этому напряжение на коллекторе

запертого транзистора после опрокидывания схемы устанавливаются близким к - Ек намного быстрее (рнс. 10.6, б"), чем в основной (рис, 10.2) схеме мультгаибратора [З].

10.2.2. Расчет мультивибраторов на полевых транзисторах. Импульсные генераторы, рассчитанные на получение имцульсов низких частот (в миллисекундном и секундном диапазонах), должны иметь большую постоянную времени. В мультивибраторах на биполярных транзисторах для получения необходимой постоянной времени используются электролитические конденсаторы большой емкости, обладающие невысокой стабильностью. Применение полевых транзисторов, имеющих большое входное сопротивление, позволяет получать необходимую постоянную времени в низкочастотных импулы;ных схемах без применения конденсаторов большой емкости. При этом форма выходных импульсов оказывается менее искаженной, а скважность больше, чем в мультивибраторах на биполярных транзисторах.

Заряда

Рис. 10.7. Мультивибратор на полевых транзисторах: а. - принципиальная схема; б - ареиеикые диаграммы

Типовая схема мультивибратора иа полевых транзисторах с управляющим р - - п-переходом и каналом р-типа изображена иа рис. 10.7, а. В этом мультивибраторе через резисторы R% и RZ подается небольшое отрицательное напряжение на затворы транзисторов относительно истока, что повышает стабильность периода колебаний и длительность выходных импульсов. Временные диаграммы работы несимметричного мультивибратора на полевых транзисторах приведены на рис. 10.7, б.

Исходные данные для расчета мультивибратора на полевых транзисторах не отличаются от приведенных выше данных дла, мультивибратора на биполярных транзисторах, но обычно в число исходных параметров мультивибратора включают лишь «екоторые наиболее существенные показатели. Пусть, например, требуется рассчитать иультивибратор на полевых транзисторах, если заданы: период повторении импульсов Г; длительность выходных импульсов (снимаемых с транзистора VI) допустимая максимальная длительность среза этих импульсов т Амплитуда выходных импульсов - максимально возможная.

Расчет схемы мультивибратора производится в следующем порядке [2.

1. Выбираем тип транзисторов. Прн этом необходимо стремиться к тому, чтобы максимально допустимое напряжение сток - исток /и щах превышало напряжение отсечки зиото менее, чем в 2 - 3 раза

(СИ тах/ЗИотс) >(2 . . . 3). (10.15)

Если в справочниках указаны значения V-, в некоторых пределах, то neoJS-лояпсо вычислять среднее значение этого напряжения по формуле

эиото « 2/c„„/S, (10.16)

j«e /сп1« - максимально допустимый постоянный ток стока выбранного транзистора; S -хрутнзиа стоко-затворной характеристики транзистора.

в* 2tl