Лабораторная работа 1
«Исследование работы транзисторного мультивибратора»
Цель работы: Произвести расчет транзисторного мультивибратора на биполярных транзисторах»
Цели занятия:
1. Развивающая – Развитие познавательных умений- формирование умения производить расчеты,
2. Дидактическая - Сообщить учащимся новые знания о генераторах прямоугольныхимпульсов.
3. Воспитательная – Формирование творчески подходить к решению задач.
Ход урока:
Орг.момент
2. Объяснение нового материала.
- Назначение генераторов прямоугольных импульсов.
- Классификация генераторов прямоугольных импульсов.
- Принцип работы автоколебательного мультивибратора на транзисторах.
- Основные технические параметры мультивибратора.
- Методика расчета автоколебательного мультивибратора.
- Пример расчета автоколебательного мультивибратора.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В импульсной технике широко применяются генераторы прямоугольных импульсов,
которые относятся к классу релаксационных генераторов. Колебания, в которых медленные изменения чередуются со скачкообразными, называют релаксационными. Релаксационные генераторы преобразуют энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний. В релаксационном генераторе в течение одной части периода энергия запасается в реактивном элементе только одного типа, обычно в конденсаторе, а в другую часть периода выделяется в виде теплоты в резисторах схемы.
Усилительный элемент работает в данном случае в ключевом режиме, переключая конденсатор с зарядки на разрядку и обратно.
Релаксационные генераторы могут работать в автоколебательном и ждущем режимах, а также в режиме синхронизации и деления частоты. Генератор в автоколебательном режиме генерирует колебания непрерывно. В ждущем режиме
генератор «ждет» поступления запускающего сигнала, с приходом которого выдает один импульс.
| - | |||||
| ik1 | ik2 | Ek | |||
| + | |||||
| RБ1 | RБ2 | RК2 | |||
| Rk1 |
С1 С2
Uвых
| T1 | |||
| T2 | |||
| Uk1 | Uб2 | Uk2 | |
| Uб1 |
ТРАНЗИСТОРНЫЕ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ
Действие мультивибратора основано на следующих положениях. Прямоугольные импульсы формируются на коллекторе транзистора: плоская вершина- когда транзистор заперт и его коллектор имеет относительно высокий (по абсолютному значению) потенциал; пауза между импульсами- когда транзистор насыщен и потенциал на его коллекторе мал. Крутые фронты импульса обеспечиваются лавинообразным переходом транзистора из одного состояния в другое за счет положительной обратной связи в усилительных свойств транзисторов. Мультивибратор представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель, построенный на транзисторах ключах – инверторах.
Положительная обратная связь имеется в схеме за счет того, что выход одного ключа соединен с входом другого.
Физические процессы в мультивибраторе
Исходное состояние схемы транзистор Т2 насыщен, конденсатор С2 разряжается и напряжением на нем приближается к нулю. Напряжением UС2 транзистор Т1 заперт, так как левая по схеме обкладка С2 непосредственно соединена с базой Т1, а правая оказывается подсоединенной к к эмиттеру Т1 через насыщенный транзистор Т2.Такому состоянию соответствуют временные диаграммы до момента времени t1, в соответствии с которыми
Uб2 ≈ 0, UК2 ≈ 0. Период следования формируемых импульсов можно разбить на ряд стадий.
Формирование фронта импульса. Когда напряжениеUС2на разряжающемсяконденсаторе С2 станет равным нулю, транзистор Т1 отпирается.
При одновременно отпертых транзисторах замыкается цепь положительной обратной связи- в схеме создается условия для лавинообразного процесса. Отпирание транзистора Т1 приводит к уменьшению отрицательного потенциала на его коллекторе. Так как напряжение на конденсаторе С1 не может изменяться мгновенно, то этот положительный скачок напряжения целиком прикладывается между базой и эмиттером Т2, что вызывает уменьшения тока в его цепи. Вследствие этого потенциал коллектора Т2 становится более отрицательным- отрицательный скачок напряжения через конденсатор С2 передается на базу транзистора Т1, что приводит к еще большему отпиранию. Так как последующий скачок напряжения на базе больше предыдущего, то описанный процесс нарастает лавинообразно и спустя небольшое время. Исчисляемое долями микросекунды, транзистор Т2 оказывается запертым. С этого момента цепь положительной обратной связи обрывается и лавинообразный процесс прекращается. Запиранию транзистора Т2 соответствует участок ab кривой UК2.
Во время лавинообразного процесса напряжение на конденсаторе С2 не успевает измениться. Только после запирания транзистора Т2 этот конденсатор начинает заряжаться током iЗ по цепи: + ЕК – «земля» - эмиттер- база насыщенного транзистора Т1-С2 – RК2 – (-ЕК). За счет этого напряжение на коллекторе Т2 UК2 = - (ЕК – iЗ*RК2) постепенно приближается к установившемуся значению (участок bc кривой UК2. Когда конденсатор С2 зарядится (iЗ = 0), напряжение на коллекторе примет значение UК2 ≈ - ЕК. На этом формирование фронт импульса заканчивается.
Формирование плоской вершины импульса. До момента времениt1конденсаторС1, присоединенный к коллектору запертого прежде транзистора Т1 был заряжен до напряжения UС1= ≈ ЕК. После насыщения транзистора Т1 напряжение на этом конденсаторе оказывается приложенным между базой и эмиттером Т2 и удерживает его запертым. Поэтому напряжение UК2 остается неизменным- на коллекторе Т2 формируется плоская вершина импульса.
При насыщенном транзисторе Т1 конденсатор С1 получает возможность разряжаться по цепи: + ЕК – «земля» - Т1 – С1- Rб2 – (- ЕК). Когда напряжение на нем окажется близким к нулю, транзистор Т2 отпирается и в схеме вновь создаются условия для лавинообразного процессов. В момент t2 формирование плоской вершины заканчивается.
Формирование среза импульса. Начавшийся лавинообразный процесс протекаетаналогично описанному с той лишь разницей, что теперь напряжение на коллекторе Т1 по абсолютному значению увеличивается, а напряжение на коллекторе Т2 уменьшается. В результате транзистор Т1 запирается, а транзистор Т2 насыщается- на коллекторе Т2 формируется срез импульса (участок de кривой UК2).
Пауза. Через насыщенный транзистор Т2происходит разрядка конденсатора С2поцепи: +ЕК – «земля» - Т2 – С2- Rб1 - (- ЕК). По напряжение UС2 не приблизится к нулю транзистор Т1 заперт, а транзистор Т2 насыщен. После отпирания Т1 начинается формирование очередного импульса на коллекторе Т2. Интервал t2 - t3.
В интервале t2 - t3 наряду с разрядкой конденсатора С2 происходит зарядка конденсатора С1 по цепи: + ЕК – «змля»- эмиттер- база Т2 – С1 – (- ЕК). Аналогично ранее заряжался конденсатор С2, когда транзистор Т1 был насыщен, а транзистор Т2 заперт.