Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 121
Текст из файла (страница 121)
Второй полупериод ра- С1Ркт Е У1 боты схемы (Тз) не нуждает- рнс. 18-2, Временнйе диаграммы работы ся в дополнительных пояс- мультивнбрагора. пениях (в случае Т, Ф Тэ теомин п о л у п е р и о д, разумеется, условен и означает сост- ветствующую часть периода).
В момент Т = Т, + Т, рабочий цикл схемы начинает повторяться. Ек ТкрРкт мэ1 Ек(рк+ут1 цба ° Ек УкОРкт ээл Мы рассмотрели рабочий цикл, считая, что колебания уже существуют. Однако возможны глу чаи, когда оба транзистора мультивибратора после его включения находятся в насыщенном состоянии и колебания отсутствуют. такой режим в генераторах синусондалькых колебаний называют режимом жесткогч самовозбуждения. Причиной устойчивости симметричного начального состовния схемы являикся малые коэффициенты усилении транзисторов в режиме насыщения.
н результате нсегда имеющиеся флуктуации тока в замкнутом контуре обратной связи ьюгут не усиливаться, а ослабляться и будут неспособны полозкить начало колебательному процессу. Но избежание режима жесткого саможмбуждения следует предотвращать сильное насыщение транзисторов, чтобы сохранить доста- точное усиление в ионтуре обратной свяаи. Нередно приходится принимать спе- циальные меры для обеспечения асимметрии схемы при первоначальном включе- нии источника питания 1!681. Рабочая частота и ее стабильность. Выше было показано, что минимальный базовый ток насыщенного транзистора получается в конце полупериода н равен Е,~й; коллекторный ток при этом близок к Е„/)тю Полагая р и )с„ одинаковыми у обоих транзисторов, что обычно имеет место, получаем из условия насьицения (р1а ) 1,) специфичные ограничения: )ст «.
р)т'„г 1тв (И„. (18-1) Если желательно иметь степени насыщения обоих транзисторов примерно одинаковыми, следует принять: Ниже будет показано, что неравенства (18-1) не должны быть сильными. Позтому в большинстве случзев можно считать 1т,» Як. Определим длительности полупериодов Т, и Т, (рис. 18-2). Рля этого запишем выражение нав(()=(~„( )+(и„(О) — и„( Ле ", где ть = Стаях; ('ба (О) (~ы (О) = Ек (кектю и.,( )=и„( )= (В„+1„Д,). Полагая Уав (Т,) = О, получаем длительность пеового полу- периода: Т =т 1пЗЕк-(-ГкьЖ Ю Ее+ткань Учитывая, что Й,,=д )т„, приведем выражение для первого полупериода к следуюгцему виду: (18-2а) Аналогично для второго полупериода получим: Т,=СЯв1п —, х+д (18-26) где О= —" у ао Ек (18-3) является ф а к т о р о м т е п л о в о г о т о к а, характеризующим отношение последнего к насыщающему току базы.
Если тепловой ток 7„~ отсутствует (кремниевые транзисторы илн низкая рабочая температура), то формулы (18-2) упрощаются: Тг = т,!и 2 0,7Сг)г,; Тэ = т, !п 2 0.7СФм (18-4а) (18-46) В полностью симметричном мультивибраторе, в котором г,=Ю,=)7; С,=С,=С, длительности полупериодов будут одинаковыми и полный рабочий период Т=Т,+Т,=2СР1п —. (18-ба) В факторе д скрыта температурная зависимость полупериодов, а следовательно, и рабочей частоты.
С увеличением температуры увеличивается ток 1„, (т. е. фактор д), длительность полу- периодов уменьшается, а рабочая частота растет. Поэтому величину 6 сгаржогся делать малой. Тогда в формуле (18-ба) можно разложить логарифм в ряд с точностью до членов первого порядка и получить приближенное выражение Т=2Сг() 2 — -',-). (18-Бб) Задаваясь приемлемым значением 6, находят необходимую величину )г из (18-3) (конечно, с учетом (18-1)), а затем величину С из формул (18-5). Одним из способов повышения температурной стабильности является применение транзисторов с малым током !„м т. е.
кремниевых. Однако, поскольку тепловые токи — не единственная причина нестабильности, использование кремниевых транзисторов не всегда решает задачу стабилизации, особенно при пониженных температурах, Не менее важными причинами являвпся температурная зависимость напряжений на переходах насыщенного транзпстара, а также зависимость р (Т).
Как и в триггерах с эмиттерной связью, нестабильность напряжений на переходах можно отразить с помощью э. д. с. е = еЛТ (см. 5 17-3), добавляя их к начальному и конечному значениям напряжения на времязадающем конденсаторе. Тогда, как легко убедиться, к фактору 6 в формулах (18-8) добавятся еще и отношения вида е7ГТ!Е„которые сохраняются при 1„, = О. Зависимость р (Т) проявляется в изменении момента времени, соответствующего началу регенерацив, поскольку этот момент определяегся условием ~,Ц » 1. С ростом температуры значения р растуг и регенерация наступает раньше, т.
е. длительность полупериодов сокращается, а частота увеличивается. Основными времязадающими элементами в транзисторном мультивибраторе являются емкости С, и См поскольку сопротивления Й, и )7, ограничены сверху условием насыщения (18-!), Ниже будет показано, что сопротивление Я должно быть по крайней мере в 3 — 4 раза больше )г,. С другой стороны, согласно (18-1) оно не может быть больше, чем 5)7„. Разумным компромиссом, обеспечивающим степень насыщения )т' =2 —: 3, является обычно соотношение тт = 105'„.
При этом общее выражение (18-7а) переходит в более простое, удобное для ориентировочных оценок: т, = Р— ~ 40та. ! макс (18-7б) Например, при т = 10 нс получается Е = 2,5 МГц. Спецификой мультивибратора, построенного на д р е й ф ов ы х транзисторах, является то, что эмиттерный переход закрывшегося транзистора (Т, на рис. 18-1) пробивается при небольшом напряжении (7„э ~ — — 1 —: 2 В (см.
с. 241) и после этого быстро разряжает конденсатор С,. В результате начальное напряжение Ем (О) будет равно не ń— 1„,)7„= Е„, как у бездрейфовых транзисторов, а напряжению (7„э,э ~ ~Е„. Соответствующее возрастание частоты можно, вообще говоря, скомпенсировать увеличением емкости, однако в процессе разряда ток через эмиттерный переход может быть слишком большим и транзистор может выйти из строя. Поэтому при использовании дрейфовых транзисторов о5ычно используют защитные диоды (см. рис. 15-22), а снизу либо временем рассасывания, либо (если одновременно уменьшать )т„) потоебляемой мощностью. Увеличение емкостей в принципе не ограничено, хотя сопровождается существенным удлинением отрицательного фронта, о чем подробнее говорится ниже.
Уменьшение же емкостей (повышение рабочей частоты) ограничено условием равенства положительного н отрицательного фронтов„ так же как в триггере (см. (16-33) и (!6-46)). Воспользуемся условием (16-466) как более сильным и запишем его в следующем виде: С„„„Е„~ Зт„. (18-6) Выражение (18-6) по аналогии с триггером позволяет разумно выбирать сопротивления Я„в начале расчета. А именно, поскольку стараются делать С„„„,*> С„, сопротивления )г„должны быть достаточно малыми. Кроме того, выражение (18-6) позволяет оценить максимальную частоту мультивибратора при заданном типе транзисторов или ориентировочно подобрать тип транзисторов по заданной частоте. Для этого полсоким 0 = 0 в формуле (18-5б) и подставим в нее величину С„„„из (18-6).
Тогда Т„„„4т„ (18-7а) Регулирование частоты, Осуществлять плавную регулировку частоты с помощью переменных конденсаторов далеко не всегда возможно. Удобнее пользоваться переменными резвсторами й, хотя прн этом меняется степень насьпцения транзисторов. В схеме, показанной на рнс. 18-3, для регулировки частоты используется переменное смещение. Такая схема позволяет менять частоту не только перемещением движка делителя напряжения, но н наложением сравнительно низкочастотного переменного напряжения на постоянное смещение. Очевидно, что таким путем может осуществляться частотно-импульсная модуляция.
Покажем, к каким изменениям приводит питание резисторов Яма от источника Е,„ ~ ~ Е„. Для этого рассмотрим тот -Ен же полупериод Т,„в течение которого транзистор Т, насыщея, а тоанзистор Т, заперт. Прежде всего заметим, что коллекториый ток насыщения остается прежним и равным Е„И„, тогда как минимальный ток базы в насьпценном транзисторе уменьшается и равен тегерь Е,„1йм При этом условие насыщения приводвт к соотношениям, отличным от (18-1): Рис. 18-3. Мультииибратар с регу- 1( - ии Р .
то и мх1 (18 8) ииРУемым смещением. где и„= Е,„1Еи — относительное смещение, При е„< 1 условия (18-8) требуют меньших значений времязадающих сопротивлений. Перейдем к определению длительности периода. Конденсатор С, будет разряжаться от того же начального напряжения Е, — 1м,Яи, что и раньше, но конечным напряжением будет теперь не — (Е„+ 1иай,), а — (Е,„+ 1„ейт). Используя тот же метод, что и при выводе формул (18-2), легко получить величины Т и Т,. Для полностью симметричного мультивибратора период выражается следующим образом: Т = 2СВ 1и +,'+ (18-9) Сравнивая (18-9) и (18-5а), приходим к выводу, что уменьшение относительного смещения, т.
е. напряжения Е,„, увеличивает период и, значит, уменьшает рабочую частоту. При этом, конечнс, подразумевается, что условия (18-8) выполняются для н а и м е н ьш е г о значения еме Дифференцируя (18-9) по емм легко получить чувствительность регулировки (или модуляции) частоты и Убедиться в том, что она растет с уменьшением смещения. О т н о- / иР/Р ~ с и т е л ь н а я чувствительность ~ ~ уменьшается с умень- '1 Лиьи 1 шепнем е,„и при е,„=- 0,5 составляет около единицы. Скнажность импульсов » и отрицательный фронт. Нередко требуется имхггь разные полупериоды Тд и Т, или, что то же самое, разные длительности импульса и паузы.
Йля определенности будем считать Т, длительностью импульса, а Тз — длительностью паузы. Тогда скаалсиосхча импульсов $1 Рис. 18-4, Временнйе диаграммы работы мультивибратора с «заземленными» базами. Я = »+1. Будем рассматривать только случай Я ) 2, так как случай Я ( 2 означает просто изменение полярности импульса при сохранении всех закономерностей. Главным препятствием на пути увеличения скважности являтеся большая длительность отрицательного фронта (рис. 1В-2). Последний имеет экспоненциальный характер и во время импульса Тд ФОРмиРуется на коллекторе второго транзистора с постоянной С уменыпеинем напряжения смещения выло»пение условий (18-8) все Голее затрудняется и в конце концов деласгсн практически невозможным.
В этом отношении наиболее покааательным является случай Е,„=- О, когда резисторы )г просто зааемлены. Ламповый аналог такой схемы, как известно, вполне работоспособен 1! 621, хотя и обладает пониженной стабильностью частоты. Транзишорный мультивнбратор с шазечлениыми» базами грактнчески иеработоспособен, так как он генерирует импульсы рп«ко искаженной формы 1рис. 18.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
