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: +Е_К – «земля» – эмиттер – база насыщенного транзистора Т₁ – С₂ –  — (-Е_К). За счет этого напряжение на коллекторе Т₂  = -(Е_К – i₃) постепенно приближается к установившемуся значению (участок bс кривой  на рис. 4.2). Когда конденсатор С₂ зарядится (i₃ = 0), напряжение на коллекторе примет значение  » — Е_К. 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  » Е_К (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: +Е_К – «земля» – Т₁ – С₁ – — ( — Е_К). 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: + Е_К – «земля» – Т₂ – С₂ –  — ( — Е_К) (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: + Е_К – «земля» – эмиттер – база Т₂ – С₁ – (-Е_К). 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 — Е_К (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.