Электротехника и электроника. Ч II. Электрические и электронные аппараты и устройства (стр. 16 )

.

Длительность фронта выходного импульса определяется скоростью зарядки конденсатора С1 при запирании транзистора VT1 и равно

.

Для восстановления схемы в исходное состояние необходимо время определяемое процессом заряда конденсатора С2.

Рис.6.11.

На рис.6.12. приведена другая схема одновибратора на биполярных транзисторах с эмиттерными связями. Совместное включение эмиттеров транзисторов через резистор Rэ обеспечивает автоматическое смещение для запирания транзистора VT1.

Рис.6.12.

В ждущем состоянии транзистор VT2 открыт и насыщен током через резистор R. Поскольку, сопротивление Rk2 обычно больше Rэ, то напряжение на коллекторе близко к нулю. Ток открытого транзистора VT2, текущий через Rэ, создаёт отрицательное смещение на базе первого транзистора VT1 и поэтому он закрыт. Делитель напряжения R1R2 определяет рабочую точку первого транзистора. В отсутствие отрицательного смещения, когда второй транзистор закрыт, транзистор VT1 должен быть в открытом состоянии. Для этого выбирают Rk2 < Rk1. Конденсатор С во времязадающей цепочке RC в ждущем состоянии заряжен, как показано на рисунке. Конденсатор С1 служит для развязки входной цепи по постоянному току. Запускающий импульс переводит в открытое состояние транзистор VT1, через который напряжение на конденсаторе С прикладывается к переходу база-эмиттер транзистора VT2, закрывая последний. Напряжение на коллекторе VT2 подскакивает до напряжения питания. Конденсатор С начинает разряжаться по цепи +Е, R, C, rкэ1, Rэ, -Е. Обычно выбирают R > Rэ+rкэ, и время разряда есть tр=RC. При небольшом перезаряде конденсатора С транзистор VT2 открывается, закрывая транзистор VT, и начинается заряд конденсатора С через цепь +Е, C, rбэ2, Rэ, -Е. Напряжение на коллекторе VT2 спадает, формируя прямоугольный импульс. Время заряда С равно tз=RэC и обычно меньше времени разряда. Ждущий мультивибратор готов к работе. Данная схема ждущего мультивибратора несколько сложна в настройке.

Триггер

Триггер – электронное устройство с двумя устойчивыми состояниями, способное под воздействием управляющего входного сигнала переходить из одного состояния в другое. Можно выделить два основных класса триггеров: с коллекторно-базовыми связями и с эмиттерной связью. Триггер с коллекторно - базовыми связями, схема которого приведена на рис.6.13 называют симметричным. Это относится как к схеме, так и к элементам Rк1=Rк2=Rк, Rб1=Rб2=Rб, Rсм1=Rсм2=Rсм. Отрицательное напряжение смещения обеспечивает запирание транзисторов. После включения питания из-за некоторой разницы характеристик транзисторов один транзистор входит в состояние насыщения, а другой в состояние отсечки. Величина сопротивлений базовых резисторов должна обеспечивать устойчивое насыщение. Для перемены состояние триггера управляющие сигналы можно подавать раздельно в базовые или коллекторные цепи транзисторов, или совместно в базовые цепи как на рисунке.

Рис.6.13.

В данной схеме применяется отрицательный управляющий импульс. Допустим транзистор VT1 закрыт, а VT2 в насыщении. Напряжение Uк1»0 практически равно нулю, а напряжение Uк2=E. Конденсатор С1 заряжен почти до напряжения питания, поскольку Rк1<<Rб2, а напряжение на конденсаторе С2 равно нулю. При подаче управляющего импульса оба транзистора переходят в закрытое состояние. По окончании действия управляющего импульса, поскольку конденсаторы не успевают разрядится, транзистор VT1 начинает открываться. Процесс происходит лавинообразно переводя триггер в новое состояние, когда VT1 в насыщении, а VT2 в отсечке. Триггер с эмиттерными связями аналогичен ждущему мультивибратору по схеме на рис.6.12.

Триггер Шмитта.

Основой триггера на ОУ служит компаратор - устройство, осуществляющее сравнение двух аналоговых напряжений. В простейшей схеме компаратора входное напряжение сравнивается с некоторым опорным, в качестве которого обычно используется часть выходного напряжения (рис.6.14), значение которого по модулю а режиме насыщения близко к напряжению питания Um. На инвертирующий вход ОУ поступает входное напряжение, а на неинвертирующий вход подается опорное напряжение, снимаемое с делителя R1R2. Таким образом, ОУ охвачен положительной обратной связью по неинвертирующему входу, и выходное напряжение скачком изменяет свою полярность при сравнении входного и опорного напряжений. Принцип действия компаратора понятен из рассмотрения передаточной характеристики. При входном напряжении Uвх£0 выходное равно Uвых=+Um. Напряжение на неинвертирующем входе при этом будет Uн=bUm+, где b=R1/R1+R2 — коэффициент передачи резистивной цепи R1R2 положительной ОС в компараторе. Если входное напряжение больше нуля и увеличивается, то при сравнении его амплитуды с опорным, равным напряжению срабатывания Uср=bUm+, компаратор переключается. При этом произойдет скачкообразное изменение выходного напряжения со значения +Um на значение -Um. Дальнейшее увеличение входного напряжения не изменит состояния компаратора, и напряжение на неинвертирующем входе ОУ будет также постоянным: Uн=-bUm. При уменьшении входного напряжения до значения опорного, равного напряжению отпускания Uвх=Uотп=-bUm произойдет скачкообразный возврат компаратора в исходное состояние. Выходное напряжение при этом изменится с -Um, на +Um. Таким образом, передаточная характеристика компаратора имеет вид петли гистерезиса. Такой компаратор обладает триггерным (переключающим) эффектом, и в радиоэлектронике его называют триггером Шмитта.

Рис.6.14.

Сумма напряжений срабатывания и отпускания Uср + Uотп=2bUm является напряжением гистерезиса. Устройство позволяет устранить «дребезг» триггера, т. е. случайное его переключение напряжением помех при отсутствии входного сигнала. Компараторы применяют для формирования сигналов прямоугольной формы из различных; видов непрерывных сигналов. В частности, при подаче на вход компаратора синусоидального напряжения на его выходе формируется симметричное прямоугольное колебание - меандр.

Мультивибратор на ОУ.

Для превращения компаратора в мультивибратор в него вводят времязадающую RC-цепь отрицательной ОС (рис.6.15). После включения питания благодаря положительной ОС и тому, что конденсатор С разряжен, схема мгновенно перейдёт в одно из квазиустойчивых состояний с выходным напряжением +Um .Напряжение на неинвертирующем входе ОУ станет равно +bUm. Начиная с этого момента под действием выходного напряжения конденсатор С будет заряжаться через резистор R, и напряжение на нем Uc будет стремиться к значению +Um. Однако, когда напряжении Uc превысит напряжение на неинвертирующем входе, ОУ перескочит в другое квазиустойчивое состояние с напряжением на выходе - Um. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ станет равно -bUm и конденсатор С начнёт перезаряжаться. Далее процессы в схеме будут периодически повторяться. Длительность импульса на выходе мультивибратора определяется временем перезаряда конденсатора от уровня напряжения bUm+ до амплитуды bUm-. Длительность импульса равна

tи » 2bRC (6.8),

а период повторения

Т = 2tи » 4bRC (6.9).

Рис.6.15.

Заменив резистор R цепочкой из двух параллельно включенных диодных ключей (диод последовательно соединен с сопротивлением), получим несимметричный мультивибратор, в котором длительности положительных и отрицательных импульсов могут быть различны. Для перестройки частоты повторения импульсов изменяют емкость конденсатора С.

Одновибратор на ОУ.

Одновибратор на ОУ показан на рис.6.16, ждущий режим в котором обеспечивается диодом VD, включенным параллельно времязадающему конденсатору С. Импульсы запуска положительной полярности с амплитудой Uвх подаются на неинвертирующий вход ОУ через конденсатор С1. В состоянии устойчивого равновесия выходное напряжение одновибратора Uвых = -Um. Напряжение на неинвертирующем входе Uн= -bUm. Напряжения на инвертирующем входе, конденсаторе С и на открытом диоде VD одинаковы и близки к нулю. При поступлении в момент времени t=t1 импульса запуска с амплитудой Uвх>½bUm½ одновибратор опрокидывается и переходит в квазиустойчивое состояние. Напряжение на его выходе становится при этом равным +Um, а напряжение на неинвертирующем входе сменяется на положительное равное +bUm. Скачок положительного выходного напряжения запирает диод VD и начинает заряжать конденсатор С током, протекающим через резистор R. Напряжение на конденсаторе, а значит, и на инвертирующем входе возрастает по экспоненте, стремясь к значению +Um. Однако, в момент времени t=t2 напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах сравниваются, и одновибратор скачком возвращается в устойчивое состояние. С приходом нового импульса запуска в момент времени процессы в схеме повторяются. Длительность выходного импульса одновибратора определяется формулой

tи=RC ln(1+R1/R2) (6.10).

Время восстановления устойчивого состояния одновибратора равно