ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ МУЛЬТИВИБРАТОРОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Познакомиться с методами построения мультивибраторов (МВ) на дискретных и интегральных элементах.

Познакомиться с физическими процессами, протекающими в схемах МВ.

Познакомиться со способами регулировки длительности импульса и частоты повторения сигнала в схемах МВ.

Познакомиться с методами улучшения формы выходного импульса МВ и уменьшения времени восстановления схемы.

КРАТКИЕ ПОЯСНЕНИЯ:

Для получения импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами широко используются устройства, принцип действия которых основан на использовании усилителей, охваченных положительной обратной связью – генераторы прямоугольных импульсов (ГПИ). В качестве времязадающих элементов в ГПИ могут быть использованы формирующие RC-цепи, контур ударного возбуждения, линии задержки, кварцевый резонатор, импульсные мостовые элементы (ИМЭ).

Эти генераторы могут работать в режиме автоколебаний, ждущем, синхронизации. Основные параметры выходного сигнала: амплитуда U, длительность импульса t_имп, период повторения T, фронт t_фр.

В качестве усилительных секций в МВ могут быть использованы усилительные каскады по схеме ОЭ на БПТ, логические элементы (И-НЕ) в активном усилительном режиме, ОУ.

Для исследования в лабораторной работе предлагаются следующие схемы:

- автоколебательный мультивибратор на биполярных транзисторах (рис. 1),

- автоколебательный мультивибратор на логических элементах (рис. 2),

- автоколебательный и ждущий мультивибраторы на ОУ (рис. 3а,б).

АМВ на БПТ содержит две схемы улучшения формы коллекторного импульса. Одна схема – это схема с отсекающим диодом; дополнительные элементы: VD1 и R2. Вторая схема – это схема с фиксирующим потенциалом; дополнительные элементы: VD2, R6 и VD3. Схема АМВ имеет жесткую характеристику возбуждения. При включении питания автоколебания могут не возбудиться. Для возбуждения автоколебаний нужно выключить, включить питание схемы.

Мультивибратор на логических элементах имеет симметричную схему и генерирует на выходе прямоугольные импульсы со скважностью 2. Для улучшения формы выходных импульсов в выходную цепь могут включаться буферные логические элементы, нормализующие уровни выходного напряжения.

Предлагаемая схема МВ на ОУ (рис. 3а,б) содержит элементы, допускающие модификацию схемы. Включая разные элементы можно исследовать тенденции к изменению параметров выходных импульсов. В случае ждущего МВ, для того чтобы исключить ложное срабатывание МВ по окончанию входного импульса запуска, нужно использовать запускающие импульсы короткой длительности. В крайнем случае, запустить МВ можно задним фронтом длинного запускающего импульса отрицательной полярности, используя выброс, связанный с разрядом разделительной емкости цепи запуска.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ СХЕМЫ:

1. Расчет автоколебательного МВ на БПТ (рис. 1):

1) ; E_к=+5В

2) ; E_ф=+3,9В

3) ;

4) Предельная скважность при изменении элементов взаимодействующих цепей (в частности C₁¹C₂):

; b_min=30

5) Предельная частота следования импульсов:

f_a=300МГц

6) Время восстановления напряжения на коллекторе транзистора VT2:

;

2. Расчет АМВ на ЛЭ (рис. 2):

1) ;

R=1,3кОм

R_{вых закр}=2кОм

U_пор=0,9В

U_{вх max}=I_вх×R+(E¹-E⁰)

E¹»3,6В

E⁰»0В

I_вх»1мА

2)

3. Расчет АМВ на ОУ (рис. 3а):

1) ;

Расчет провести:

- для двух значений a, t₁;

- для различных значений t при a₁;

2) Рассчитать t_и1 и t_и2 для различных резисторов во времязадающей цепи (R₁+R₆+R₇ – VD2 и R₁+R₄ – VD1).

4. Расчет ЖМВ на ОУ (рис. 3б):

1) ;

2) ;

3) Определить полярность и диапазоны длительностей и амплитуд запускающих ЖМВ импульсов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Исследовать работу схемы автоколебательного МВ на биполярном транзисторе.

1.1. Зная элементы схемы и параметры транзисторов, рассчитать:

- режим работы транзисторов VT1 и VT2 во временно-устойчивом состоянии для автоколебательного мультивибратора (АМВ) (рис. 1);

- период колебаний автоколебательного МВ;

- предельное быстродействие и предельную скважность для предложенных схем.

1.2. Для изучения физических процессов, имеющих место при формировании импульса в автоколебательном МВ, просмотреть и зарисовать осциллограммы напряжений на гнездах X1-X5, установить между ними временную связь. Для каждой осциллограммы измерить амплитуду импульса U_имп, длительность импульса t_имп и период колебаний T.

1.3. Сравнить между собой эффективность нескольких способов улучшения формы импульса на коллекторе. Для этого просмотреть и сравнить осциллограммы на гнездах X1, X3, X4, измеряя каждый раз длительность фронта перепада t_фр и амплитуду импульса. Рассчитать для каждого случая теоретическое значение t_фр и сравнить его со значением, полученным на практике.

2. Исследовать работу схемы симметричного АМВ на логических элементах, для этого собрать схему (рис. 2).

2.1. Изучить работу симметричного АМВ. Для этого просмотреть и зарисовать осциллограммы на входе и выходе каждой ИЛС. Измерить U, t_имп, T, t_фр, сравнить с расчетными.

3. Исследовать работу МВ на ОУ в автоколебательном режиме. Для этого с помощью перемычек собрать схему МВ в автоколебательном режиме (рис. 3а).

3.1. Проконтролировать осциллограммы на гнездах схемы ВХ1, ВЫХ, U_вх(+). Установить между ними причинно-временную связь. Объяснить работу схемы. Измерить параметры выходного сигнала U, T, t_имп, t и сравнить их с расчетными.

3.2. Установить влияние времязадающей цепи RC на период колебаний T и длительность выходного сигнала МВ. Для этого, изменяя элементы в цепи ООС, наблюдать за изменениями t_имп и T выходного сигнала на гнезде ВЫХ. Зарисовать осциллограммы, измерить параметры получающихся импульсов и сравнить их с расчетными значениями.

3.3. Включить в цепь ООС цепочку с диодами VD3, VD2, в цепь ПОС включить R3. Измерить изменение параметров выходного сигнала, определить влияние дополнительных элементов в цепи ООС на параметры выходного импульса.

3.4. Используя перемычки, собрать схему ждущего МВ (рис. 3б). Изучить работу МВ в ждущем режиме.

3.4.1. Подать положительные короткие (t_{и_зап}<t_{и_вых}) запускающие импульсы амплитудой не более 5В на гнездо ВХ2 с генератора Г5-54.

3.4.2. Проконтролировать осциллограммы на гнездах ВХ1, ВХ2, ВЫХ, U_вх(+). Установить причинно-временную связь. Наблюдая осциллограммы на гнездах ВХ2, ВЫХ, объяснить работу ЖМВ, роль всех элементов в схеме, измерить параметры выходного сигнала (U_вых, t_имп), сравнить их с расчетными. Зарисовать осциллограммы, измерить параметры получающихся импульсов и сравнить их с расчетными значениями.

3.4.3. Изменить полярность запускающего импульса с Г5-54. Повторить измерения по п.3.4.2.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Перечислить и сравнить методы регулировки длительности временно-устойчивого состояния МВ.

2. Что понимается под временем восстановления схемы заторможенного МВ?

3. Перечислить и сравнить способы уменьшения времени восстановления МВ.

4. Перечислить и сравнить способы улучшения формы коллекторного напряжения МВ.

5. Как влияет ток I_к0 на стабильность длительности временно-устойчивого состояния МВ?

6. Пояснить, чем ограничивается сверху величина скважности не симметричного автоколебательного МВ.

7. В чем заключается преимущество МВ на ИМЭ?

8. Чем определяется предельное быстродействие и предельная скважность импульсов МВ?

9. Объяснить, почему автоколебательный МВ на ИЛС имеет две времязадающих RC-цепи, а МВ на ОУ только одну RC-цепь.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ерофеев Ю. Н. Импульсные устройства. М., Высш. шк., 1989, 527с.

2. Гольденберг Л. М. Импульсные устройства. М. Радио и связь, 1981, 224с.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема автоколебательного мультивибратора

Рис. 2.

Симметричный МВ. Рис. 3а.

Автоколебательный МВ на ОУ.

Рис. 3б. Ждущий МВ на ОУ.

Поиск по сайту: