Длительно устойчивом

Главным классификационным признаком генераторов прямоугольных импульсов является характер равновесного состояния: длительно устойчивое и квазиустойчивое (почти устойчивое). В длительно устойчивом состоянии генератор может находиться сколь угодно долго и вывести его из этого состояния может лишь внешнее воздействие. Квазиустойчивое состояние сохраняется в течение конечного времени, определяемого внутренними параметрами и структурой самого генератора. Для перехода таких генераторов из одного устойчивого состояния в другое не требуется внешних воздействий.

моностабильные генераторы прямоугольных импульсов, имеющие одно длительно устойчивое состояние равновесия, другое — квазиустойчивое. Примером такого генератора является одновибратор;

Т2 в режиме насыщения от напряжения питания +?„ через резистор R&, конденсатор С заряжен до напряжения +ЕП— —/коЯк1~?п+. При подаче на вход запускающего импульса от RCV-цепн (эта цепь не показана на 5.23) транзистор Т1 переводится в режим насыщения, потенциал его коллектора снижается до нуля и конденсатор разряжается с постоянной времени 6р = С^б- Как только потенциал на базе закрытого транзистора Т2 станет равным отпирающему, Т2 открывается, a VT1 закрывается, конденсатор заряжается через открытый транзистор Т2 с постоянной времени Q3 = >R1CJ. Схема вернется в длительно устойчивое состояние равновесия (в исходное состояние). Частота запускающих импульсов ограничивается временем заряда и разряда конденсатора С: /Wn^i ^ 1/3(0Р+0з). Заторможенные импульсные генераторы на миниатюрных логических элементах И—НЕ, ИЛИ—НЕ наиболее часто используют в цифровых устройствах.

Моностабильный генератор имеет одно длительно устойчивое состояние равновесия. Второе возможное состояние равновесия является квазиустойчивым. После включения источников напряжения генератор оказывается в заведомо известном длительно устойчивом

Ждущие мультивибраторы относятся к классу моностабильных импульсных генераторов и имеют одно длительно устойчивое и одно квазиустойчивое состояния равновесия. Простейшая схема ждущего мультивибратора на биполярных транзисторах, имеющего одну ре-зистивную и одну емкостную коллекторно-базовые связи, приведена на 6.61. В отличие от триггера (см. 6.15) одна из резистив-ных связей заменена связью через конденсатор Ci. Благодаря связи базы Т2 с источником напряжения питания —Е через R52 в цепи базы Tz течет отпирающий ток, достаточный для насыщения этого транзистора. Транзистор T! заперт положительным напряжением, полученным в результате деления запирающего напряжения источника смещения +?см делителем R61RC. Таким -0-Е образом, после включения источников питания состояние схемы определено. Рассмотрим длительно устойчивое выход состояние равновесия схемы. В этом состоянии, т. е. при насыщенном транзисторе Т2, /С2 = (Е — ибя zVRez » « ElR§z- Как и в триггере, коллекторный ток транзистора Т2 является алгебраической суммой двух токов — тока, вытекающего через ^К2: Ii = (E — 6.61 — i/ки г)1К.к2= ElRvz, и встречного ему

Таким образом, длительно устойчивое состояние ждущего мультивибратора характеризуется следующей совокупностью токов и напряжений:

Длительно-устойчивое состояние. Из-за включения конденсатора С связь между выходом элемента Э4 и входом элемента Э2 по постоянному току отсутствует. Поэтому можно считать, что напряжение на входе элемента 32 не зависит от выходного напряжения элемента 5Ь а определяется сопротивлением резистора R. Будем считать, что элементы Э\ и Э2 выполнены по схеме 4.21, а резистор R имеет малое сопротивление (условия выбора этого сопротивления (5.11) -и (5.12) даны в § 5.1). Тогда вследствие наличия входного вытекающего тока элемента Э2 на резисторе R выделится напря-

Длительно устойчивое состояние ждущего мультивибратора 254

Таким образом, длительно устойчивое состояние ждущего мультивибратора характеризуется следующей совокупностью токов и напряжений:

Моностабильный генератор имеет "одно длительно устойчивое состояние равновесия. Второе возможное состояние равновесия является квазиустойчивым. После включения источников питающего напряжения генератор оказываете*! в заведомо известном длительно устойчивом состоянии равновесия (состоянии «О» на 5.3). Запускающий импульс переводит генератор в квазиустойчивое состояние равновесия /. Однако в этом состоянии генератор может находиться только конечное время т, после чего автоматически возвращается в состояние 0. Моностабильный генератор называют также ждущим («ждет» прихода запускающего импульса) или заторможенным. Примерами таких генераторов могут служить ждущий мультивибратор и ждущий блокинг-генератор.

Ждущие мультивибраторы относятся к классу моностабильных импульсных генераторов и имеют одно длительно устойчивое и одно квазиустойчивое состояния равновесия. Простейшая схема ждущего мультивибратора на биполярных транзисторах, имеющего одну резистивную и одну емкостную коллекторно-базовые связи, приведена на 5.58. В отличие от триггера (см. 5.15) одна из резистивных связей заменена связью через конденсатор С\. Благодаря связи базы Т2 с источником питающего напряжения — Е через R6;, в цепи базы Т„ течет отпирающий ток, достаточный для насыщения этого транзистора. Транзистор 7\ заперт положи-

Рассмотрим длительно устойчивое состояние равновесия схемы. В этом состоянии, т. е. при насыщенном транзисторе Т2, /б2 = (? — — ^б„2)/Яб2 « ?/Яб2. Как и в триггере, коллекторный ток транзистора Г2 является алгебраической суммой двух токов — тока, вытекающего через RK%: 1г = (Е — U КН2)/^к2 = -?/^к2> и встречного ему тока, текущего через Rc. Если запирающее напряжение на базе, составляющее часть напряжения источника смещения -\-Еск, обозначить {/!, то вторая составляющая коллекторного тока /2 = = U1/RC. Обычно ?см

Главным классификационным признаком генераторов прямоугольных импульсов является характер равновесного состояния: длительно устойчивое и квазиустойчивое (почти устойчивое). В длительно устойчивом состоянии генератор может находиться сколь угодно долго и вывести его из этого состояния может лишь внешнее воздействие. Квазиустойчивое состояние сохраняется в течение конечного времени, определяемого внутренними параметрами и структурой самого генератора. Для перехода таких генераторов из одного устойчивого состояния в другое не требуется внешних воздействий.

В длительно устойчивом состоянии устройство может находиться сколь угодно долго. Вывести его из этого состояния равновесия и перевести в другое может только внешнее воздействие, например поданный извне сигнал, называемый запускающим. Квазиустойчивое состояние может существовать только конечное время, определяемое внутренними параметрами и структурой генератора. По истечении указанного времени устройство самостоятельно, без использования каких-либо внешних сигналов, переходит в другое состояние равновесия. В зависимости от характера устойчивых состояний генераторы прямоугольных импульсов делятся на бистабильные, моностабильные и ас-табильные.

Моностабильный генератор имеет одно длительно устойчивое состояние равновесия. Второе возможное состояние равновесия является квазиустойчивым. После включения источников напряжения генератор оказывается в заведомо известном длительно устойчивом

тока, текущего через Rc. Если запирающее напряжение на базе, составляющее часть напряжения источника смещения +?см> обозначить Ui, то вторая составляющая коллекторного тока /2 = Ui/Rc. Обычно ?см « l^l и тогДа U* « l^l- в этом случае /2 « If, IKH 2 = = /г — /2 « ft — E/RHZ- Из общего условия насыщения /кн < В/б находим условие насыщения транзистора Т2 ждущего мультивибратора R62 < B2RK2, что аналогично (3.29). Правый вывод резистора RG связан с корпусом устройства через насыщенный транзистор Т2. Схема базовой цепи запертого транзистора Т2 аналогична схеме базовой цепи запертого транзистора триггера (см. 6.18). Поэтому условие запирания транзистора 7\ при длительно устойчивом состоянии совпадает о условием запирания транзистора в триггере или ключевом каскаде о внешним источником смещения: Rot < Есы/1к0тах.

После завершения процесса переключения транзисторов мультивибратор переходит во второе, квазиустойчивое состояние равновесия. В этом режиме транзистор 7\ насыщен, транзистор Г2 заперт. За время пребывания мультивибратора в квазиустойчивом состоянии равновесия происходят следующие процессы. Первый из них — сравнительно быстрый процесс зарядки ускоряющего конденсатора С2. Конденсатор С2, который в длительно устойчивом состоянии равновесия был заряжен до малого напряжения UС2 =Uei +1^кн21 ~ ^бь теперь начинает заряжаться от источника —Е через резистор RKZ ( 6.63). Постоянная времени цепи зарядки- конденсатора С2

ходного импульса, равная разности уровней напряжения в длительно устойчивом и квазиустойчивом состояниях равновесия:

длительно устойчивом состоянии был заряжен до напряжения U Cio, практически равного напряжению питания (минус на левой, согласно 6.63, обкладке Сь плюс на правой). За время переключения транзисторов напряжение на конденсаторе не успело существенно измениться. Левая обкладка конденсатора через участок коллектор — эмиттер насыщенного транзистора 7\ связана с корпусом устройства, напряжение на правой обкладке, соединенной с базой 72, поддерживает транзистор Т2 в запертом состоянии. При этом конденсатор С{ перезаряжается на источник питания —Е ( 6.64, а). На 6.64, а участок коллектор — эмиттер насыщенного транзистора TI представлен в виде короткозамкнутого отрезка, коллекторный переход запертого транзистора Tz — в -виде генератора тока /коз- Конденсатор С\ перезаряжается через резистор /?02 и генератор тока /К02> т. е. ток его перезарядки имеет две составляющие. Используя теорему об эквивалентном генераторе, цепь перезарядки можно привести к последовательной /?С-цепи ( 6.64, б). В соответствии с правилами нахождения Еэк и R3K (см. § 1.3) RgK =

С момента отпирания транзистора Г2 в мультивибраторе начинается второй лавинообразный процесс переключения транзисторов, в ходе которого транзистор Тг переходит в режим насыщения, а транзистор TI запирается. После этого транзисторы находятся в длительно устойчивом состоянии равновесия. По сравнению с исходным состоянием существуют и некоторые различия. В первую очередь они проявляются в значениях напряжений на конденсаторах С( и С2. Конденсатор С2, который за время формирования фронта выходного импульса зарядился до напряжения Um (минус на правой обкладке конденсатора, плюс на левой), через малое сопротивление участка коллектор — эмиттер насыщенного транзистора Т2 связан с корпусом устройства своей правой обкладкой. Положительное напряжение на левой обкладке прикладывается к базе запертого транзистора TI и создает на ней значительный положительный скачок напряжения, близкий к Um (см. 6.62, б). Конденсатор С2 начинает разряжаться, напряжение на базе 7\ стремится к установившемуся уровню USi. Разрядка конденсатора С2 идет через резистор Rc и резистор 7?6ь который по переменной (импульсной) составляющей тока включен параллельно Rc. Постоянная времени цепи разрядки конденсатора

Анализ работы ждущего мультивибратора, выполненного по схеме 6.61, показал, что длительность выходного импульса зависит от /?да и Ct; начального напряжения на конденсаторе Ucta', начального скачка напряжения на базе Г2 при формировании импульса; предельного уровня напряжения, к которому стремится напряжение на конденсаторе С\ при его разряде. Изменение любого из этих параметров приводит к изменению длительности импульса. На практике желательно, чтобы в процессе регулировки не менялся режим транзисторов по постоянному току в длительно устойчивом состоянии равновесия мультивибратора. По этой причине, например, простейшая регулировка (путем изменения R^) имеет ограниченные возможности. При большом R^ транзистор Та может оказаться ненасыщенным, при малом степень насыщения транзистора Т2 будет слишком большой, что приведет к увеличению времени расеаеывания и задержки включения мультивибратора, росту пороговой амплитуды запускающих импульсов или увеличению постоянного базового тока до недопустимо больших значений.

Так как ос4-»- 1, то /К4 ~ (?1 — E)/Ra. Этот ток протекает через базу Т2, создавая прямой ток базы этого транзистора, достаточный для его насыщения. Транзистор 7\ в длительно устойчивом состоянии мультивибратора заперт. Напряжение питания коллекторной цепи этого транзистора подается с эмиттера транзистора Тя, включенного по схеме эмиттерного повторителя. На базу транзистора Ts подано отрицательное управляющее напряжение Uyny, максимальное значение которого не должно превышать Ei. Напряжение 1/упр повторяется на эмиттере Т3; конденсатор С4 заряжается через входное сопротивление эмиттерного повторителя на транзисторе Т3, резистор #Kj и входное сопротивление насыщенного транзистора Т2. Постоянная времени цепи восстановления напряжения 6„ = Ci(rBMx3 + RKi + гбн2) яа CI/?M.

Как было отмечено, выходное сопротивление гвых „элемента И—НЕ меньше гвых i, следовательно, в заторможенных релаксационных генераторах, построенных таким образом, что в процессе восстановления конденсатор С не заряжается, а разряжается, время восстановления может быть уменьшено. Принципиальная схема такого генератора показана на 6.85. Здесь использован синхронный D-триг-гер, вход D которого подключен непосредственно к источнику напряжения питания +?, а на ВХ°Д синхронизации С подаются запускающие импульсы u3an(t) положительной полярности. В исходном состоянии, при отсутствии запускающих импульсов, на выходе Q триггера уровень напряжения соответствует логическому «О». Через выходной контакт Q течет втекающий ток внешней цепи, образованной резисторами R, г и диодом Д. Учитывая, что напряжение на выходе Q равно Е0, получим, что на конденсаторе С в длительно устойчивом состоянии равновесия напряжение