книги из ГПНТБ / Важенина, З. П. Транзисторные генераторы импульсов миллисекундного диапазона

ключения /„ер (0.24). Время восстановления, определяемое в ге­ нераторах миллисекундных импульсов процессом разряда конден­ сатора, составляет

что равно (20 ... 60) мкс для низкочастотных кремниевых тран­ зисторов типа МП111 ... МП116.

В исходном состоянии базовые токи и заряды неосновных но­

Сигнал запуска первоначально выводит из состояния насыщения транзистор Т1, повышая его коллекторный ток. Ток запуска во время фронта нарастает примерно пропорционально времени

Т2. Если ток запуска не будет нарастать, то длительность процесса рассасывания транзистора Т2 значительно возрастает из-за наличия отрицательной обратной связи через транзистор 77 (обратный ток базы транзистора Т2, представляющий собой прямой ток коллектора этого транзистора, увеличивает прямой ток базы транзистора ТІ, что приводит к увеличению коллекторного тока транзистора ТІ и замедленному повышению обратного тока базы транзистора Т2).

20

Схемы запуска ждущего мультивибратора на ЭДД (рис. 0.8) должны быть выполнены таким образом, чтобы обеспечивать высо­ кое (по сравнению с гgo) внутреннее сопротивление цепи запуска и вентильный его характер. Последнее необходимо для того, чтобы исключить прохождение импульса, возникающего на базе транзи­ стора Т2 в момент переключения ЭДД, в источник запускающих

отсутствии импульса запуска. Недостатком этой схемы является ее критичность к параметрам C3Un, R3 и R4. Гораздо лучшей является схема с транзисторным входом, имеющая очень большое внутреннее

Выход

Рис. 0.8. Схемы запуска ждущего мультивибратора на ЭДД:

а — диодный вход; 6 — транзисторный вход.

сопротивление, высокое быстродействие и практически полную изо­ ляцию между входом и выходом. Кроме того, в схеме с диодным запуском необходимо решать проблемы, связанные с разрядом за­ пускающего конденсатора Сз„п, а также обеспечивать необходимую мощность запуска. В схеме с запуском через транзистор эти про­ блемы решаются значительно легче, так как они не осложняются дополнительными ограничениями амплитуды запускающего им­ пульса.

Простая схема автоколебательного мультивибратора на ЭДД позволяет получить период повторения, примерно в два раза боль­ ший, чем схема с коллекторно-базовыми связями. Это обусловлено

тивибраторе на ЭДД ограничивается не условием насыщения тран­ зисторов, как в мультивибраторе с коллекторно-базовыми связями, а условием возбуждения, что позволяет увеличивать времязадающее сопротивление в мультивибраторе на ЭДД.

Автоколебательный мультивибратор на ЭДД имеет следующие преимущества перед мультивибратором с коллекторно.-базовыми свя­

21

1. Генераторы импульсов на биполярных транзисторах

1. 1. Мультивибраторы

Ждущий мультивибратор с коллекторно-базовыми связями

Во введении показано, что классическая схема муль­ тивибратора с коллекторно-базовыми связями (рис. 0.1) при значениях емкости хронирующего конденсатора С= 0,1 мкФ нормально работает лишь в микросекундном диапазоне; работа в миллисекундном диапазоне

Рис.' 1.1. Схема мультивибратора с дополнительным транзистором, шунтирующим часть разрядного сопротивления.

могла бы быть реализована на кремниевых транзисторах лишь при значениях Я порядка 1 МОм, но при этом трудно осуществить условие насыщения второго транзи­ стора i?<'ß^K2 при приемлемых значениях Яю-

Схема ждущего мультивибратора с коллекторно-ба­ зовыми связями по рис. 1.1 [39] позволяет избавиться

23

öt названной трудности, так как в ней Шунтііруётсй часть базового резистора R в течение ждущего состоя­ ния схемы, обеспечивая условие насыщения транзисто­ ра Т2 при небольших значениях RKZ (единицы килоом); включенный в коллекторно-базовую цепь транзистора Т2 импульсный трансформатор облегчает' регенератив­

ное опрокидывание схемы при больших значениях R (сотни килоом).

Принцип действия. В исходном (ждущем) состоянии транзисторы Т2 и ТЗ открыты и насыщены. Насыщен­ ный транзистор ТЗ «стянут в точку» и закорачивает резистор R5 (являющийся частью базового сопротивле­ ния R), а также резистор R8 (являющийся частью сопротивления в цепи коллектора Т2). Поэтому насы­ щенное состояние транзистора Т2 обеспечивается вы­ полнением неравенства

где ßmmfi — минимальное значение коэффициента усиле­ ния базового тока транзистора Т2 в схеме с общим эмиттером; R4 — часть сопротивления R.

Насыщенное состояние транзистора ТЗ (при условии, что транзистор Т2 насыщен) обеспечивается выполне­ нием неравенства

ра ТЗ.

Транзистор 77 закрыт, если wsi>0. Учитывая, что насыщенный транзистор Т2 «стянут в точку», и прене­ брегая падением напряжения на открытом диоде ДЗ, определим напряжение на базе «бь

того транзистора Т1.

Конденсатор С в исходном состоянии заряжен до напряжения источника питания Ек за вычетом падения

24

напряжения на сопротивлении RKl за счет теплового тока коллекторного перехода транзистора 77.

Запуск схемы осуществляется импульсами положи­ тельной полярности, поступающими через R3, С1 и пусковой диод Д1 на коллектор транзистора 77 и через конденсатор С на базу транзистора Т2. С приходом запускающего импульса транзистор Т2 выходит из на­ сыщения, приобретая усилительные свойства; потенциал коллектора транзистора Т2 понижается, что приводит к открыванию транзистора 77, повышению потенциала его коллектора и к повышению потенциала базы тран­ зистора Т2. В схеме развивается лавинообразный про­ цесс опрокидывания. Развитию регенеративного процес­ са способствует импульсный трансформатор, включен­ ный в коллекторно-базовую цепь транзистора Т2. При «б2 > 0 происходит рассасывание неосновных носителей

через коллекторный переход, что приводит к появлению значительной величины базового тока отрицательной полярности II к частичному сбросу напряжения на кон­ денсаторе:

транзистора 77 и переходом транзистора ТЗ в состоя­ ние, характеризующееся малыми токами (микрорежим). Насыщенное состояние транзистора Т1 обеспечивается при выполнении условия Рі/бі>/ині, которое для мини­ мальной температуры заданного диапазона температур

25

=£ц//?к1. Подставляя эти значения в неравенство, на­

писанное выше, п решая его относительно R2, получаем условие насыщенного состояния транзистора 77 в виде

В течение запертого состояния транзистора Т2 в его базовой цепи включено полное сопротивление R = Ri„+Rb, так как в течение этого вре­

токов коллекторных переходов второго и третьего тран­ зисторов. Начальный (минимальный) коллекторный ток транзистора ТЗ, работающего в мпкрорежиме, опреде­ ляется выражением [30]

= —[£„+/„02# + №мз+ 1 )/коз# 5]. К этому значению «52(0°)

стремится напряжение на базе транзистора Т2 при пере­ заряде конденсатора С, изменяясь по экспоненциально­ му закону от значения «бг(0) = ис(0) = Umi—&>ие с по-

26

стоянной времени x=R C (см. рис. 1.3); значение Ді£Ус, входящее в выражение Ибг(О), определяется формулой

(1.4), а величина Umі в случае выбора насыщенного режима первого транзистора равна (EK—IKoiRKi).

С учетом переноса начала координат в точку Оі закон изменения U6z(t) принимает вид

длительность формируемого мультивибратором импуль­ са (длительность запертого состояния транзистора Т2).

27

Логарифмируй последнее выражение, получаем фор­ мулу для определения длительности импульса:

После подстановки значения U52(0) путем несложных

преобразований с учетом неравенства Ik<qR + ($ыз + + 1 )Л(оз^5— |ео| формулу (1.6) перепишем в виде

В момент t = t,, потенциал базы транзистора Т2 до­ стигает потенциала отпирания во. Вновь развивается регенеративный процесс опрокидывания схемы.

В качестве выходных импульсов длительностью ta используются импульс положительной полярности, сни­ маемый с коллектора транзистора Т1, и импульс отри­ цательной полярности, снимаемый с коллектора транзи­ стора Т2. Амплитуда положительного импульса Uml и амплитуда отрицательного импульса Um2 соответственно равны

Umi—Ек—IkoiRku U-mz—Ек—Ikoz{Ri + R s) ■ (1.9)

Введение импульсного трансформатора в схему мультивибратора позволяет получить выходные импуль­ сы, по форме близкие к прямоугольной. Так, длитель­ ность фронта положительного перепада импульса на коллекторе Т2, которая определяется временем нахо­ ждения транзистора Т2 в активной области от момента

28

открывания транзистора до момента вхождения в на­ сыщение, может быть найдена по формуле, выведенной

в [17] для блокпиг-генератора. Это время по сравнению

сдлительностью формируемого мультивибратором вы­ ходного импульса ta предельно мало:

коллекторного перехода; щ и п — соответственно коэф­ фициент трансформации между коллекторной и нагру­ зочной и между коллекторной и базовой обмотками импульсного трансформатора. Оптимальное значение п

с точки зрения получения минимальной величины t~

равно

Форма импульса на коллекторе Т1 при отрицатель­ ном скачке на нем зависит от времени заряда конденса­ тора С через сопротивление RKi и входное сопротивле­ ние гвхн2 насыщенного транзистора Т2. Это время значительно меньше, чем в классической схеме мульти­ вибратора, за счет дополнительной э. д. с., образующей­ ся в базовой обмотке импульсного трансформатора и включенной при заряде конденсатора С согласно с на­ пряжением источника Ек.

Температурная стабильность. Абсолютная темпера­ турная нестабильность длительности импульса в соот­ ветствии с формулой (1.7) определяется выражением

обратный ток коллекторного перехода первого, второго, третьего транзистороь, напряжение отсечки и напряже-

29