Главная Движение носителей электрических зарядов



Ток перезарядки

Рассмотрим работу мультивибратора.

Исходное состояние. Так как схема симметрична, то при подаче напряжения питания коллекторные токи /к> базовые токи /б, напряжения на коллекторах «к, базах и на конденсаторах Uc одного и другого усилителя будут одинаковыми.

Конденсатор Ci заряжается по цепи О, эмиттерный переход транзистора Т2, Ci, Rki, -Ек, а конденсатор С2 - по цепи О, переход эмиттер-база транзистора С2, Кк2, -Ек- Предположим, что в первый момент после включения схемы транзисторы Г( и Г2 будут находиться в активном режиме. Особенность схемы такова, что достаточно малейшего нарушения симметрии (например, увеличения тока коллектора одного из транзисторов, так как в реальных цепях обеспечить абсолютную симметрию схемы невозможно), чтобы в цепи наступило самовозбуждение.

Предположим, что при включении цепи ток коллектора /к1 транзистора Ti скачком возрос. При этом скачком увеличится падение напряжения на резисторе i?Ki. а потенциал коллектора фк1 станет менее отрицательным; напряжение на коллекторе ui получит положительное, приращение. Напряжение Ик1 действует в цепи конденсатор Ci, переход база - эмиттер транзистора Г2, но его приращение полностью приложится к напряжению на базе Иб2 транзистора Г2, так как напряжение на конденсаторе по второму закону коммутации скачком измениться не может. Вследствие этого потенциал базы транзистора Tj станет менее отрицательным, транзистор Гг несколько подзакроется и ток его коллектора уменьшится. Уменьшение тока «кз вызовет уменьшение падения напряжения на резисторе и потенциал фкг коллектора транзистора Tj станет более отрицательным.

Отрицательный скачок напряжения 1/2, аналогично скачку напряжения Икь приложится к напряжению на базетранзистора Ti, но, поскольку этот скачок напряжения отрицательный, потенциал фв! станет более отрицательным и это еще больше откроет транзистор Г, и ток коллектора 1к1 еще больше возрастет. Это вызовет новый положительный скачок напряжения 1/, который будет выше предыдущего за счет усилительных свойств транзистора, и, таким образом, лавинообразный процесс изменения токов и напряжений коллектора за счет положительной обратной связи будет повторяться. Он закончится тем, что транзистор Ti полностью откроется и будет находиться в режиме насыщения, а транзистор Г2 полностью закроется и будет находиться в режиме отсечки.

Как только транзистор Г2 закроется, действие положительной ОС прекращается и лавинообразный процесс заканчивается. Время протекания лавинообразного процесса очень мало по сравнению с последующим процессом. Таким образом, лавинообразный процесс протекает в то время, когда оба транзистора находятся в активном режиме.



Во время лавинообразного (регенеративного) процесса формируются крутые фронты импульсов. По окончании регенеративного процесса напряжение на базе насыщенного транзистора Ti будет отрицательным и близким к нулю, поскольку падением напряжения на сопротивлении перехода база - эмиттер можно пренебречь; напряжение на коллекторе также будет примерно равно нулю; напряжение на базе закрытого транзистора Гг будет определяться выражением (20.1) и окажется больще нуля; напряжение на коллекторе транзистора Гг будет примерно равно - £к. так как ток через резистор примерно равен нулю. Состояние схемы по окончании регенеративного процесса называют ктзиустой-чивым равновесием. Название происходит от Того, что в этом состоянии мультивибратор не может находиться длительное время. Процессы, происходящие в нем, выводят его из равновесия и заканчиваются «опрокидыванием» схемы, т. е. закрытый транзистор открывается, переходит в режим насыщения, а открытый транзистор закрывается, переходит в ремаш отсечки.

Изменение режима транзисторов происходит за счет того, что конденсаторы Ci и Сг, заряженные в первый момент работы схемы до напряжений i/foi и «сев и сохранившие эти значения за время регенеративного процесса неизменными, будут изменять свое состо5шие, при этом один из них будет продолжать заряжаться по той же цепи, а другой - перезаряжаться.

Рассмотрим, как будет происходить этот процесс. Открытое состояние транзистора Г, поддерживается отрицательным смещением на базе, подаваемым от источника питания через резистор Ri, а транзистор Гг удерживается в закрытом состоянии положительным потенциалом на конденсаторе иь приложенным к базе, так как ~ u2 (если пренебречь незначительным падением напряжения на сопротивлении насыщенного транзистора Ti).

Конденсатор Сг заряжается по цепи О, открытый транзистор Ti, Сг, Кк2, --Ек в соответствии с (20.3), где = RjC2. Напряжение на конденсаторе Сг будет увеличиваться до максимального значения Uc2m ~ £к (незначительным напряжением на базе насыщенного транзистора пренебрегли). Ток зарядки конденсатора Сг, протекая по резистору Як2. создает на нем падение напряжения. Так как ток зарядки убывает во времени с постоянной времени = Rk22, то к концу зарядки потенциал коллектора фк2 транзистора Гг станет равным -Ек.

После того как транзистор Гг закроется, конденсатор С, окажется подключенным к источнику Ещ по другой цепи: О, открытый транзистор Ti, конденсатор Ci, резистор Кб2, -Ек, поэтому направление тока изменится на обратное и конденсатор начнет перезаряжаться.

Ток перезарядки и напряжение ка конденсаторе изменяются по экспоненциальному закону [согласно формулам (20.5) и (20.6)] с постоянной времени 1„ = Rb2Ci. Сначала начнется разрядка конденсатора, а в момент времени *2> когда напряжение Ua на конденсаторе Ci упадет до нуля и потенциал базы транзистора Гг станет примерно равньм нулю, транзистор Гг откроется, по.чвится ток гг и в процессе перезарядки разрядка конденсатора Cj закончится. Этот процесс зарядгси одного




конденсатора и перезарядки другого происходит по сравненрпо с лавинообразным, регенеративным, процессом медленно. В это время формируются вершины импульсов.

Переходный процесс при зарядке и разрядке конденсаторов называют релаксационным. Поэтому можно встретить другое название мультивибраторов - генераторы релаксационных колебаний. По окончании релаксационного процесса оба транзистора оказываются открытыми и вновь начинается скачкообразное изменение токов коллекторов, т. е. в - схеме протекает новый лавинообраз- р 2о 2 ный процесс. На рис. 20.2 показаны

эпюры напряжений иа базах Ибь Иб2 и коллекторах Икь Икг транзисторов Ti и Гг. Напряжения на коллекторах - это выходные напряжения мультивибратора.

Параметры генерируемого импульса. Положим, что импульс формируется при закрывании транзистора, а пауза - при открывании.

Амплитуда импульса. Так как мультивибратор симметричен, на каждом выходе его формируются импульсы с одинаковой амплитудой. Напряжение на коллекторе открытого транзистора Т равно примерно нулю, а на коллекторе закрытого транзистора С/кз ~ -Е. Тогда амплитуда импульса = С/кн - Скз ~ I к I-

Длительность импульса. После того как один из транзисторов (например, Т) закрывается, происходит перезарядка конденсатора Ci, присоединенного к коллектору открытого транзистора Т. Перезарядка длится с момента до (рис. 20.2), когда потенциал базы транзистора Тг станет равным нулю (напряжение на перезаряжаемом конденсаторе упадет до нуля). В это время транзистор Tj откроется и формирование вершины импульса закончится. Таким образом, длительность импульса определяется временем разрядки в процессе перезарядки конденсатора (рассуждая аналогично, можно сказать, что она равна времени разрядки конденсатора Сг). Поэтому конденсаторы Ci и Сг называют еремязадающими или хронирующими. Напряжение на конденсаторе в период разрядки, а следовательно, и на базе закрытого транзистора Tj будет уменьшаться по экспоненте, согласно (20.5), с постоянной времени = RiCi:

Фб2 = %2 « wci = - £к + 2£ке "ni . (20.7)

Спустя время - t, равное времени длительности импульса tni, потенциал базы транзистора Тг станет равен примерно нулю. Подставляя в выражение (20.7) t = t„ и Мб2=0, получим - Е + 2Ey:ffuhja = Q, или 2еи1Дп2 = 1. После преобразований получаем

t„, = т„1 In 2 = 0,7т„, = 0,7Кб2С, ; (20.8)

= 2т„2 In 2 = 0,7т„2 = 0,7RbiC2. (20.9)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 [135] 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0138