А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 49
Текст из файла (страница 49)
7.20. а) типичная После подключения источника питании он будет заряжаться вольт-амперная харакгери- током (, через резистор В, и напряжение на нем и, будет стика неоновой лампочки; возрастать до тех пор, пока не станет равным напряжению б) схема генератора релак- зажигания сг,. В этот момент в лампочке возникнет разряд, саиионных колеб ний на малое сопро ивление т„зашунтирует заряженный конденсатор и начнется разряд конденсатора током 1, через т„. При уменьшении напряжения на конденсаторе до потенциала гашения У, лампочка погаснет и ее сопротивление возрастет до т„, » Л, что приведет к прекрашению разряда конденсатора С, Далее вновь повторится процесс заряда С до напряжения (7, и т.
д. Форма колебаний напряжения на конденсаторе показана на рис. 7.21. Как видно из приведенного анализа, нелинейные свойства неоновой лампочки позволяют использовать ее в качестве своеобразного переключателя режимов заряда и разряда конденсатора. Из рис. 7.20 и 7.21 легко установить, что при и, условии т„, «гс «т., время 1, заряда конденсатора от потенциала У, до величины (Г, будет в основном определяться постоянной времени т = ВС.
Время разряда 1, будет малым по срав- (г нению с 1,. В этом случае период пилообразных колебаний приближенно равен гг Š— Г)г ΠŠ— сг~ Другим типичным примером генератора ре- сацнонных колебаний на неоновой ламлаксационных колебаний, теперь уже прямо- почке угольных, в котором в качестве нелинейного активного элемента использован усилитель с сильной положительной обратной связью, является мультивибратор. Мультивибратор представляет собой неинвертируюший усилитель, охваченный положительной обратной связью, для которого условие К,)уес > 1 выполняется в широком диапазоне частот.
В качестве неинвертирующего усилителя можно использовать двухкаскадный усилитель с резистивной нагрузкой и емкостной связью между каскадами, либо операционный усилитель. Рассмотрим работу мультивибратора, схема которого (рис. 7.22) содержит двухкаскадный усилитель на биполярных транзисторах с емкостной связью между каскадами. Усилитель охвачен положительной обратной связью путем соединения через конденсатор выхода усилителя с его входоМ. 7,6. Гене ато ы елаксационных колебаний 188 Проведем анализ процессов в мультивибраторе при следующих упрощениях.
Будем считать времена переключения транзисторов из открытого в закрытое состояние (и наоборот) пренебрежимо малыми по сравнению с характерными временами процессов заряда или разряда конденсаторов С, и С,. Далее, будем считать, что сопротивление транзистора между коллектором и эмиттером в закрытом состоянии г„'',~ велико, а в открытом состоянии в режиме насыщения г"' Рис. 7.22. Схема мультивибратора на бимало по сравнению с величиной сопротивления полярных транзисторах нагрузки В„: а) (7.56) ! ! ! г" » (В„„В„,)» г„",. Последнее означает, что напряжение на коллекторе закрытого транзистора и~' практически равно напряжению источника питания Е„, а напряжение на коллекторе открытого транзистора и'„', работающего в режиме насыщения (84.6), много меньше величины Е„и близко к нулю: г/ м~- х! .,'„" = Е„, в'„н «Е„.
(7.57) Реально лля маломощных биполярных транзисторов е'„н < 0,5 В. Будем считать, что в закрытом состоянии транзистора сопротивление между базой и коллектором г~и много больше сопротивления в цепи базы В„, а для транзистора в состоянии насыщения г и « Ве.' г~;~ >> (Вп, В~,) >> т~~. (7,58) Положим также, что транзистор открывается при (7.59) Следует отметить, что упрощения (7.56) — (7.59) У хорошо выполняются в практических схемах мультивибраторов. Из дальнейшего анализа Работы мультиви- Рис. 7 23. К прин у действия мульбратора станет понятным, что транзисторы УТ~ тивибратора на биполярных транзисторах: и ут, работают в "ключевом" режиме: когда а) кт, закрыт, ут2 открыт; б) ггт, открыт, транзистор УТ, открыт и находится в режиме УТ1 закрыт; в) УТ, закрыт, УТ~ открыт насьпцения, транзистор УТ2 закрыт, и наоборот.
Допустим, что в начальный момент времени УТ, закрыт, а УТ, открыт. При этом ем - — Е„и„, = О, вм = О, конденсатор С, заряжен до напряжения Е„(рис. 7.23, а). Пусть в некоторый момент времени изменение вн привело к открытию транзистора УТ, (ин = 0). Так как заряд на конденсаторе С, при быстром открытии УТ1 не успевает измениться, это приводит к тому, что в момент открытия транзистора УТ1 на базу УТ, будет подан скачок напряжения о„= +Е„, так как потенциал км станет близок к нулю, и транзистор УТ, закроется. Таким образом, открытие транзистора УТ, немедленно приводит к закрытию транзистора УТ,. После переключения режимов работы транзисторов начнется перезаряд конденсатора Сз через сопротивление В„(пренебрегаем 184 Глава 7.
Гене ато ы электрических колебаний шунтирующим действием г~,~2 закрытого транзистора УТ2) и открытый транзистор УТ, (рис. 7.23, б). Напряжение аб2 на базе УТ2 при разряде С2 будет стремиться к изменению от +Е„до — Е„, при этом транзистор (ГТ2 будет закрытым до тех пор, пока иб2 > О. Когда в процессе перезарядки С, напряжение им станет малой отрицательной величиной, близкой к нулю, )ГТ2 откроется. Это приведет к подаче скачка напряжения и62 = +Е„на базу транзистора 12Т, (в момент открытия транзистора УТ2 сохраняется заряд на емкости С,) и его немедленному закрытию.
Произойдет очередное переключение режимов работы транзисторов, после чего будет происходить перезаряд конденсатора С, через сопротивление В„. Напряжение им на базе УТ2 будет стремиться измениться от +Е до -Е, и последующее переключение произойдет, когда ам приблизится к величине, близкой к нулю. Сразу после отпирания УТ2 произойдет заряд конденсатора С, через сопротивление В„, и сопротивление г,",', открытого транзистора УТ2 (рис. 7.23,в). Конденсатор С, успеет до очередного переключения режимов зарядиться до разности потенциалов н„= е„, если (В„, + г~;,'2) << Ве2.
Для удовлетворения этого неравенства и неравенства (7.58) в практических схемах величину В, выбирают из условия (7.60) В « Вв < )3В" Легко убедиться, что в рассматриваемой схеме мультивибратора последовательное переключение режимов работы транзисторов будет происходить через времена 22 и г„определяемые постоянными времени В,2С2 и В„С,.
На рис. 7.24 показаны зпюры напряжений им, 22„2, вб2, в„,. Перезаряд конденсаторов С, и С, идет по законам (рис. 7.24): ссб +Е 22 Дв 2Е е Глсс с ~в 2Е -сГлсс, с2 п (7.61) (7.62) 2В 2.Е Переключение режимов происходит при и„- О, ам в О, что соответствует 2зи„и Е„, 2зи„- Е„. Отсюда следует, что 12 В62С,1п2 0,7Вб,С2, (7.63) 12 ВмС, 1п 2 О, 7Вд2С2. (7.64) Полный период колебаний мультивибратора Т = 12 + 1, О, 7(В62С, + В62С2). (7.65) Е Для получения малых времен переключения выходного сигнала в практических схемах мультивиРис.
7.24. Эпюры напряжений на ба- браторов применяют транзисторы с граничной чазах и коллекторах транзисторов в схе- стотой ме мультивибратора на биполярных транзисторах 7Л » 1/1„где 10 = пт)п(1„(2). (7.66) Простой мультивибратор может быть создан на базе операционного усилителя (рис. 7.25). Здесь резисторы В, и В, образуют делитель напряжения в цепи положительной обратной связи.
Ее наличие приводит к тому, что при появлении на входах усилителя отличного от нуля дифференциального сигнала напряжение на его выходе составляет +У„„или -У„„где У„„— напряжение насыщения операционного усилителя. 7.6. Генераторы елаксационных колебаний 185 Пусть в момент включения питания выходное напряжение становится равным +У„„. Тогда на неинвертирующем входе 2 установится напряжение Лр с Ун (7.67) В, +Л, Конденсатор С начнет заряжаться через резистор В. Заряд будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе, а следовательно, и на инвертирующем входе 1 операционного усилителя не достигнет величины напряжения У,. После того, как напряжение на вхо- Рис.
7.25. Схема мультиаибратодах 2 и 1 сравняются, дальнейший процесс заряда кон- ра на операционном усилителе денсатора приведет к смене знака дифференциального напряжения, действующего на входах операционного усилителя. Благодаря цепи положительной обратной связи схема перебросится в другое состояние — на выходе операционного усилителя опять будет состояние насыщения, но напряжение изменит знак и станет равным -У„„. После переключения конденсатор С начнет перезаряжаться от +ЕГ, до — У,.
Затем, после выравнивая напряжений на входах 2 и 1, схема переключается в первоначальное состояние, и т. д. На рис. 7.26,а показана форма напряжения на конденсаторе С, а на рис. 7.26,б— форма напряжения на выходе операционного усилителя. На конденсаторе С форма колебаний пилообразная, а на выходе операционного усилителя — симметричная прямоугольная с малыми временами переключения. Период колебаний в рассматриваемой схеме определяет времена перезарядки конденсатора С от +У, до — У, и от — У, до +У,. Пусть в начальный момент и, = — У-, = — К У„„, где К, = Я~/(Я~ + Я,). Конденсатор С будет перезаряжаться по закону: И (7.68) где константа А = -(1+ К )У„.
определяется из начальных условий для и,~,, Через половину периода напряжение на кондейсаторе достигнет значения в, = +У, = К, У„. Подставляя это значение в (7.65), определим длительность полупериода колебаний 1+К вЂ” = ЛС1п 2 1 — К ' (7.69) откуда следует, что полный период колебаний Т = 2ЯС !и ( — + 1) . (7.70) 2Вр В, Рис. 7.26. Эпюры напряжений на конденсаторе и выходе усилителя в схеме мультивибратора на операционном усилителе При выводе выражения для периода колебаний мы пренебрегли влиянием входного и выходного сопротивлений операционного усилителя, что легко реализуется в практических схемах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
