4.2.2. Физические процессы в мультивибраторе

Рассмотрение работы мультивибратора начнем с момента, когда транзистор Т2 насыщен, конденсатор С2 (полярность его напряжения  показана на рис. 4.1) разряжается и напряжение на нем приближается к нулю.

Напряжением  транзистор Т1 заперт, так как левая по схеме обкладка С2 непосредственно соединена с базой Т1, а правая оказывается подсоединенной к эмиттеру Т1 через насыщенный транзистор Т2.

Реальность такого состояния будет показана далее. Ему соответствуют временные диаграммы (рис. 4.2 до момента времени t1), в соответствии с которыми » 0, » 0. Каждый период следования формируемых импульсов можно разбить на ряд стадий.

Формирование фронта импульса. Когда напряжение  на разряжающемся

конденсаторе С2 станет примерно равным нулю, транзистор Т1 отпирается.

При одновременно отпертых транзисторах замыкается цепь положительной обратной связи – в схеме создаются условия для лавинообразного процесса. Отпирание транзистора Т1 приводит к уменьшению отрицательного потенциала его коллектора. Так как напряжение на конденсаторе С1 не может изменяться мгновенно, то этот положительный скачок напряжения целиком прикладывается между базой и эмиттером Т2, что вызывает уменьшение 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 его и т.д.

<Так как каждый последующий скачок напряжения на базе больше предыдущего (за счет усилительных свойств транзисторов), 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. Параметры схемы выбраны так, что открывшийся транзистор Т1 оказывается в режиме насыщения. Запиранию транзистора Т2 соответствует участок аb кривой  (см. рис. 4.2).

Во время лавинообразного процесса напряжение на конденсаторе С2 не успевает измениться. Только после запирания транзистора Т2 этот конденсатор начинает заряжаться током i3 по цепи: +ЕК – «земля» – эмиттер – база насыщенного транзистора Т1С2 - (-ЕК). За счет этого напряжение на коллекторе Т2  = -(ЕКi3) постепенно приближается к установившемуся значению (участок кривой  на рис. 4.2). Когда конденсатор С2 зарядится (i3 = 0), напряжение на коллекторе примет значение  » - ЕК. На этом формирование фронта импульса закончится.

Формирование плоской вершины импульса. До момента времени t1 конденсатор С1, присоединенный к коллектору запертого прежде транзистора Т1, был заряжен до напряжения  » ЕК (аналогично тому, как сейчас заряжен конденсатор С2, присоединенный к коллектору запертого транзистора Т2). После насыщения транзистора Т1 напряжение на этом конденсаторе оказывается приложенным между базой и эмиттером транзистора Т2 и удерживает его запертым. Поэтому напряжение  остается неизменным – на коллекторе Т2 формируется плоская вершина импульса.

При насыщенном транзисторе Т1 конденсатор С1 полу
чает возможность разряжаться по цепи: +ЕК – «земля» – Т1С1- ( - ЕК). Когда напряжение на нем окажется близким к нулю, транзистор Т2 отпирается и в схеме вновь создаются условия для лавинообразных процессов.

На этом (в момент t2 – рис. 4.2) формирование плоской вершины заканчивается.

Формирование среза импульса. Начавшийся лавинообразный процесс протекает аналогично 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  на рис. 4.2).

Пауза. Через насыщенный транзистор Т2 происходит раз­рядка конденсатора С2 по цепи: + ЕК – «земля» – Т2С2 - ( - ЕК) (аналогично через соответствующие элементы схемы ранее разряжался конденсатор С1). Пока напряжение  не приблизится к нулю, транзистор Т1 заперт, а транзистор Т2 насыщен. После отпирания Т1 начнется формирование очередного импульса на коллекторе Т2. Интервал t2 – t3 (см. рис. 4.2) – пауза между импульсами.

Указанное состояние схемы (транзистор Т1 заперт, транзистор Т2 насыщен, конденсатор С2 разряжается) совпадает с тем состоянием, с которого было начато рассмотрение работы мультивибратора.

В интервале t2 -t3 наряду с разрядкой конденсатора С2 происходит зарядка конденсатора С1 по цепи: + ЕК – «земля» – эмиттер – база Т2С1 – (-ЕК). Аналогично ранее заряжался конденсатор С2, когда транзистор Т1 был насыщен, а транзистор Т2 заперт.

Из рассмотренной работы мультивибратора следует, что когда насыщен транзистор Т1 и разряжается конденсатор С1, заперт транзистор Т2; когда насыщен транзистор Т2 и разряжается конденсатор С2, заперт транзистор Т1

Таким образом, формирование импульса на коллекторе Т2 соответствует паузе между импульсами на коллекторе Т1, и, наоборот, уменьшающийся положительный потенциал на базе Т2 соответствует приблизительно нулевому потенциалу на базе Т1 и наоборот. Это показано на рис. 4.2, где кроме рассмотренных временных диаграмм  и  приведены соответственно смещенные временные диаграммы  и.

Заметим, что если бы разрядка конденсатора (например, С1) не обрывалась из-за лавинообразного запирания транзистора Т1, то конденсатор перезарядился бы, т.е. напряжение на нем (и на базе транзистора Т2) изменило полярность и экспоненциально достигло значения - ЕК (пунктирные кривые на рис. 4.2).

Особенностью рассмотренных процессов является также отрицательный выброс на базе отпирающегося транзистора. Так, при отпирании транзистора Т2 (например, в момент t2 - рис. 4.2) он обусловлен передачей через конденсатор С1 отрицательного перепада с коллектора закрывшегося транзистора Т1, а при отпирании транзистора Т1 – передачей через конденсатор С2 отрицательного перепада с коллектора закрывшегося транзистора Т2.