Транзисторный одновибратор. Принцип действия, осциллограммы

Мультивибратор в ждущем режиме называют одновибратором. Исходя из функциональных признаков, одновибратору часто присваивают и другие названия: спусковая система, заторможенный мультивибратор, однотактный релаксатор, кипп-реле и др. Однако независимо от названия одновибратор представляет собой устройство с положительной обратной связью, имеющее одно устойчивое и одно временно-устойчивое состояние, формирующие одиночный прямоугольный импульс.

Формирование импульса прямоугольной формы осуществляется одновибратором после поступления запускающего импульса, который переводит одновибратор из устойчивого состояния во временно устойчивое. Момент окончания временно устойчивого состояния определяется времязадающей цепочкой. Изменяя постоянную времени цепочки (плавно или скачком), можно регулировать длительность выходных импульсов в широких пределах. Поэтому одновибраторы широко применяются для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитуды и для задержки импульсов на заданное время.

Одновибратор может быть получен из автоколебательного мультивибратора, если его принудительно запереть в одном из временно устойчивых состояний, превратив его в устойчивое. Наибольшее распространение в качестве одновибратора получила схема с эмиттерной связью (см. рис. 3.13). Схема содержит двухкаскадный транзисторный усилитель, в котором одна связь между каскадами осуществляется с помощью конденсатора С, а другая – общим резистором в цепи эмиттеров .

Рисунок 3.13 — Принципиальная схема одновибратора

В исходном состоянии устойчивого равновесия транзистор заперт, а открыт и находится в режиме насыщения, для чего резистор выбран следующим образом , что обеспечивает базовый ток, достаточный для насыщения транзистора . За счёт эмиттерного тока транзистора на общем резисторе создаётся падение напряжения с указанной на рис. 3.13. полярностью, заперт и . На нижнем плече делителя напряжения — падение напряжения . При выполнении условия на базу транзистора относительно эмиттера подаётся положительное напряжение , запирающее его. Конденсатор С при этом заряжен до напряжения (если пренебречь напряжением ) с указанной на рисунке полярностью. Заряд конденсатора С происходит по цепи: от источника питания через резистор и эмиттерно-базовый промежуток транзистора , , через резистор и на источник питания .

Временные диаграммы одновибратора приведены на рис. 3.14. При подаче на вход одновибратора в момент времени запускающего импульса отрицательной полярности с амплитудой, превышающей напряжение запирания транзистора, , транзистор начинает открываться и напряжение на его коллекторе получает некоторое положительное приращение. Так как напряжение на конденсаторе С мгновенно измениться не может, то это приращение положительного напряжения передаётся на базу транзистора , запирая его. При этом уменьшается ток и падение напряжения на резисторе за счёт уменьшающегося тока , что способствует дальнейшему отпиранию транзистора . Этот регенеративный процесс нарастает лавинообразно, заканчиваясь полным запиранием транзистора , напряжение на коллекторе которого (выход мультивибратора) уменьшается почти до напряжения источника питания – , и насыщением транзистора . Запертое состояние транзистора поддерживается напряжением на конденсаторе С, так как левая его обкладка подсоединена теперь через насыщенный транзистор к эмиттеру транзистора и .

Такое состояние одновибратора является временно устойчивым, поскольку теперь конденсатор С начинает перезаряжаться по цепи: от источника питания через резистор и эмиттерно-коллекторный промежуток транзистора , , через резистор и на источник питания и напряжением на нём, а следовательно, на базе транзистора снижается. Когда это напряжение в момент времени достигает нулевого уровня, транзистор открывается и в схеме возникает регенеративный процесс опрокидывания, аналогичный описанному выше, в результате которого одновибратор возвращается в исходное устойчивое состояние.

Рисунок 3.14 — Временные диаграммы напряжений одновибратора

Длительность импульса, формируемого на коллекторе транзистора , от момента подачи запускающего импульса до окончания временно устойчивого состояния определяется тем же соотношением, что и для автоколебательного мультивибратора:

.

Время восстановления одновибратора, определяемое временем заряда конденсатора С, приближённо равно:

.

Для нормальной работы одновибратора период повторения запускающих импульсов не должен быть меньше полного цикла его работы:

.

Амплитудное значение импульса на выходе одновибатора определяется соотношением:

.

Другие разновидности одновибраторов на биполярных транзисторах, отличающиеся в определённой степени способом запирания транзистора в устойчивом состоянии равновесия, в принципе и по существу механизма работы аналогичны рассмотренному. Поскольку вход и выход одновибратора практически не связаны с цепью положительной обратной связи, цепь запуска и подключение нагрузки не влияют на длительность переходных процессов в схеме.