Основні співвідношення для мультивібратора

Режим для постійного струму:

, -струми насичення транзисторів VT1, VT2.

, - розрахункові співвідношення між базовими і колекторними резисторами (S – коефіцієнт насичення транзистора).

Часові співвідношення:

Конденсатор C₂, приєднаний до колектора насиченого транзистора, перезаряджается за експоненційним законом від напруги - до + . Це можна описати рівнянням:

,

де - стала часу перезаряду конденсатора С₂.

Таким чином, тривалість імпульсу визначається часом перезаряду конденсатора(в даному випадку С₂), який забезпечує закритий стан транзистора VT1. Цей час можна визначити, маючи на увазі, що при t=t_і1 потенціал бази транзистора VT1 (рис 3.3).

Тобто, .

Після нескладних перетворень:

Аналогічно знаходимо, що

Очевидно, що період коливань .

Тоді частота коливань мультивібратора

Для симетричного мультивібратора, в якого щілинність імпульсів Q=2:

, .

Звідси , а частота коливань

.

Тривалість переднього фронту імпульса визначається часом заряду конденсатора через колекторний резистор того ж плеча. Оскільки він заряджається за експоненційним законом майже повністю за час, рівний 3τ, то .

Максимальна частота коливань мультивібратора f_max обмежена частотними властивостями транзистора: f_β≈0,7f_max.

Зріз імпульсу також залежить від f_β транзистора: .

Порядок розрахунку мультивібратора:

Дано: частота коливань мультивібратора f_МВ, амплітуда вихідних імпульсів U_A, фронт імпульсу t_фр, зріз імпульсу t_зр.

Розрахунок:вибираємо із співвідношення .

Вибираємо тип транзистора з умови . Для надійної роботи транзистора необхідно виконувати умову .

Розраховуємо , задаючись струмом насичення транзистора і .

Із формули частоти мультивібратора знаходимо . Вони однакові, якщо щілинність імпульсів Q=2.

Робимо перевірку для .

Мультивібратори на операційному підсилювачі

Мультивібратор в автоколивальному режимі складається із операційного підсилювача ОП, кола від’ємного зворотнього зв’язку (ВЗЗ) - елементи R і С, кола додатнього зворотнього зв’язку (ДЗЗ) – елементи R₁, R₂ (рис. 3.4).

Рисунок 3.4. Мультивібратор на операційному підсилювачі

- коефіцієнт передачі ДЗЗ;

-стала часу перезаряду конденсатора С.

Вихідна напруга змінюється стрибком від мінімальної U_min до максимальної U_max напруги

насичення, яка визначається в основному джерелом живлення. Нехай .

Момент переходу ОП із одного стану насичення в інший відбувається в момент, коли напруги на С і R₁ приблизно рівні, тобто . Це важливий момент при аналізі подібних схем.

Для початку нехай конденсатор С заряджений до напруги . Відбувається перезаряд конденсатора через резистор з за експоненційним законом. Напруга на конденсаторі . В момент,коли , а , операційний підсилювач переходить в інше насичення і на виході з’являється напруга –Е. Конденсатор С знову перезаряджается, прямуючи до –Е і т.д.

Процес заряду конденсатора можна описати рівнянням для кола 1-го порядку:

,

з урахуванням початкових ненульових умов для напруги на конденсаторі:

. Для моменту часу це рівняння матиме вигляд:

; ;

, враховуючи те, що , отримаємо

.Таким чином, .

Враховуючи те, що схема симетрична і , частота коливань мультивібратора: . Це основне співвідношення для таких мультивібраторів.

У даної схеми немає входу. Вона працює від живлення операційного підсилювача.

Несиметричний мультивібратор

Схему рис. 3.4. можна перебудувати для отримання імпульсів зі щілинністю (зазвичай ), рис 3.6.

Використання двох діодів в колі ВЗЗ дозволяє перезаряджати конденсатор С за двома колами зі сталими часу (рис 3.6).

Тривалість вихідних імпульсів:

;

.

Частота коливань такого мультивібратора .

Схема з плавним регулюванням щілинності.

Схема з плавним регулюванням щілинності рис. 3.7 відрізняється від попередньої можливістю зміни співвідношення за допомогою потенціометра R_пт. Оскільки сумарний опір кола ВЗЗ залишаєтся сталим, то при зміні щілинності частота коливань мультивібратора не зміниться.