Мультивибратор

Мультивибратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

0 П И С А Н И-Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 240174 (21) 1990183/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 230980. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 230980

Н 03 К 3/283

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 373. 531 (088.8) (72) Автор. изобретения

В.A.Èâàíoâ (71) Заявитель

,54) МУЛЬТИВИБРАТОР

Изобретение относится к импульсной технике и автоматике и может быть использовачо в качестве простого и высокостабильного генератора непрерывных прямоугольных импульсов напряжения или временного коммутатора тока с регулируемой частотой коммутации в широком диапазоне инфранизких частот с постоянной или изменяемой скважностью и известным порядком переключений при возбуждении.

Известен мултивибратор на и-р-и транзисторе и полевом транзисторе (1).

Однако он обладает недостаточно высокой термостабильностью. 15

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является мультивибратор, содержащий полевой транзистор и биполярный транзистор (2).

Однако этот мультивибратор обЛада- 20 ет недостаточной термостабильностью длительности отрицательных выходных импульсов (относительно заземленного положительного проводника питания) на инфранизких частотах.

Целью изобретения является повышение термостабильности работы мультивибратора.

Это достигается тем, что в мультивибраторе, содержащий и-р-и тран- ЗО зистор, включенный по схеме с общими эмиттером, в коллекторе которого включены два последовательно соединенные резистора, а база соединена со стоK@M полевого транзистора, а затвор полевого транзистора подключен к коллектору и-р-и транзистора через времязадающий конденсатор, третий резистор источник питания, дополнительно введены истоковый вывод полевого транзис.тора подключен к общей точке соединения первого и второго резисторов в коллекторной цепи и-р-и транзистора, а между источником питания и затвором полевого транзистора включен резистор,,ю - Ъ

На фиг. 1 представлена электрическая схема мультивибратора; на фиг. 2временные диаграммы напряжений, действующих относительно положительной цепи питания и на управляющем р-и пе-. реходе полевого транзистора.

Мультивибратор содержит полевой транзистор 1, времязадающий конденсатор 2 и резистор 3 образуют инерционное звено, резисторы 4 и 5, и-р-и транзистор 6. На фиг. 1 также показаны резистор 7 нагрузки и клеммы 8,9 и источника питания (источник питания не показан).

765989

Работает мультивибратор следующим образом.

Возбуждение мультивибратора происхо дит при подключении к нему питания в мягком режиме синфазным открыванием обоих транзисторов и установлением максимального уровня отрицательного выходного напряжения на коллектоРе и-р-и транзистора б относительно полокительного проводника. С момента подключения питания, из-за отсутствия HcLчального запирающего напряжения на затворе, полевой транзистор 1 открывается до состояния насыщения и включает и-р-и транзистор б. Напряжение на резисторе 7 достигает почти до напряжения источника питания, так как 15 .ток через полевой транзистор 1 обеспечивает достаточно высокую степень насыщения и-р-и транзисторов б. Коллекторный ток последнего на общем резисторе 4 совместно с истоковым то- 2О ком полевого транзистора 1 на его затворе формирует напряжение положительного запирающего смещения Uc„ä (фиг. 2 б). Одновременно с приоткрыванием и-р-и транзистора б начинается заряд конденсатора 2, ток заряда кон2 денсатора 2 на резисторе 3 создает управляющее напряжение U„ (фиг.2 а).

Оно к р-и перходу полевогс транзистора приложено в прямом направлении, действует встречно напряжению обратно- ЗО го смещения, следовательно дает положительную обратную связь. В начальный период уровень действующего напряжения Ug (фиг. 2, в) на управляющем переходе полевого транзистора, равный сумме напряжений обратных связей, меньше уровня напряжения отсечки его канала (фиг. 2,в) U .Поэтому полевой транзистор 1 продолжает оставаться открытым, обеспечивая достаточно высокую 4р степень насыщения тока базы п-р-п транзистора 6.По мере заряда конденсатора 2 управляющее напряжение падает и результирующее напряжение начинает прикрывать полевой транзистор 1. 4

При этом вначале коллекторный ток и-р-и транзистора б продолжает оставаться практически постоянным,а уменьшается только степень его насыщения.В некоторый момент и (фиг. 2 а) и-р-и транзистор б входит в режим активной области и коллекторный ток начинает уменьшаться. Величина выходного напряжения также начинает уменьшаться.

Такое изменение выходного напряжения ускоряет процесс убывания зарядного тока конденсатора 2 (внутреннее сопротивление и-р-и транзистора б растет) и соответствующего прикрывания канала полевого транзистора 1, что вызывает регенерационный процесс эапира-60 ния транзисторов. Полевой транзистор 1 закрывается в момент t2(фиг. 2 в),,когда действующее напряжение на его управляющем переходе увеличится до на-. пряжения отсечки. Спад коллекторного 65 тока и-р-и транзистора 6 происходит с небольшим отставанием от тока полевого транзистора 1, что вызвано рассад сыванием остаточного заряда в базе первого. Поэтому в момент запирания полевого транзистора 1 обратное смеще ние на его затворе формируется остаточным током и-р-и транзистора б на общем резисторе. При спаде коллекторного тока напряжение запирающего смещейия быстро убывает ез(фиг. 2 г), о при этом напряжение энергии, накоп< енной на времяэадающем конденсаторе начинает действовать на управляющий переход полевого транзистора 1.

Полярность этого напряжения на него оказывает запирающее действие. Разряд конденсатора 2 начинается еще при спаде коллекторного тока и-р-п транзистора б, когда величина выходного напряжения становится меньше напряжения на его обкладках с, (фиг. 2,б).

Разряд конденсатора 2 происходит по цепи резисторов 3,4,5 и 7, постоянную разряда которых в основном определяет резистор 3 с относительно более высоким сопротивлением,чем у всей остальной цепи. Запирающее транзистор напряжение 0Э(фиг. 2,в) формируется на резисторах 3 и 4. При его уменьшении, в процессе разряда конденсатора 2, до величины напряжения отсечки в момент и (фиг. 2 б) в канале транзистора 1 появляется ток, который в цепи стока приоткрывает и-р-и транзистор 6, а в цепи истока — на резисторе 4, образует обратное смещение на затвор. Затем рост напряжения обратного смещения ускоряется появившимся через малое время диффузии заряда в базе и-р-и транзистора б коллекторным током через резистор 5. Эта обратная отрицательная связь стремится приостановить дальнейшее приоткрывание полевого транзистора 1, но при этом одновременно начинает расти величина выходного напряжения, что уменьшает скорость разряда конденсатора 2, следовательно — и запирающее напряжение. При возрастании величины выходного напряжения до уровня напряжения на обкладках конденсатора 2 разряд его прекращается момент t<(фиг. 2 в), запирающее напряжение падает. Затем,по мере дальнейшего открывания и-р-и транзистора б, начинается заряд конденсатора 2.

При этом падение напряжения на резисторе 3 меняет полярность и более интенсивно открывает канал пЬлевого транзистора 1,вследствие чего и-р-и транзистор б ускоренно открывается до заданного режима насыщения. Выходной сигнал достигает своего максимального значения. Дальнейшие процессы повторяются по описанному циклу,но с тем отличием,что длительность остальных импульсов иэ-за неполного разряда конденсатора 2 будет немного меньше, чем у первого импульса.

765989

Термостабильность предлагаемого устройства по сравнению с известным существенно более высокая. Она достигнута параметрическим компенсированием температурного дрейфа напряжений внутренних связей, осуществляющих опрокидывания мультивибратора. Дрейф длитель- 5 ности отрицательных выходных импульсов в основном зависит от температурного изменения параметров инерционного эве на, напряжения отсечки канала полевого транзистора 1 и температурного дрей-10 фа коллекторного тока и-р-и транзистора 6. С увеличением температуры происходят следующие явления : a) при положительном ТКЕ времязадающего конденсатора 2 во время его заряда управляю- 15 щее напряжение, создаваемое на резисторе 3 в каждый момент времени будет больше, чем при номинальной температуе, б) у полевого транзистора 1 круизна переходной характеристики умень- 2О шается, что в цепи истока ведет к уменьшению напряжения обратного смещения, а в цепи стока к уменьшению степени насыщения тока базы и-р-п транзистора 6, в) у п-р-и транзистора 6 с ростом температуры напряжение насыщения базы уменьшается, а коэффициент усиления его тока увеличивается, поэтому происходит небольшое положительное приращение коллекторного тока и компенсация уменьшения падения напряже«зО ния на резисторе 4. Такое взаимодействие происходит при .уменьшении стокового тока полевого транзистора 1 до области термостабильного режима, а при дальнейшем прикрывании его канала температурный дрейф истокового тока меняет знак и тепловые факторы в обоих транзисторах приводят к положительному приращению напряжения обратного смещения. Так как обратное смещение 40 и управляющее напряжение к переходу исток-затвор полевого транзистора 1 включены встречно, то подобрав определенный температурный градиент изменения их и обеспечив превышение дрейфа

0 над U > z можно парировать положительный дрейф напряжения отсечки U и, таким образом, добиться высокой термостабильности выходного импульса.

Дрейф длительности пауз в основном определяется температурным изменением параметров инерционного звена, напряжения отсечки полевого транзистора 1 и обратного тока коллектора и-р-и транзистора 6. При увеличении температуры рост обратного тока коллектора на общем резисторе 4 вызывает повышение падения напряжения, совпадающего в контуре управления полевым транзистором 1, по знаку, с падением напряжения от разрядного тока конденсатора 2 ф() на резисторах 3 и 4. В свою очередь относительное увеличение разрядного тока, из-эа повышения емкости конденсатора 2, вызывает рост падения напряжения на этих резисторах.Следовательно, происходит суммарное температурное приращение запирающего напряжениякоторое в контуре управления компенсируется ростом напряжения отсечки самого транзистора, в результате чего дрейф времени закрытого состояния транзисторов также уменьшается.

Таким образом, в мультивибраторе с конденсатором, имеющем положительный ТКЕ, температурный дрейф длительности импульсов и пауз между ними, следовательно и частоты выходного сигнала может быть сведен к минимуму.

Причем, в свою очередь, высокая термостабильность позволяет расширить диапазон инфранизких .частот путем применения электролитических конденсаторов большой емкости и увеличения сопротивления резистора 3 до нескольких сотен Мом (с полевым МПД транзистором).

Кроме того,, H данном мультивибраторе, в отличие от известного мультивибратора, процессы переключения происходят при заряде или самопроизвольном разряде времязадающего конденсатора, а не при переэаряде его внешним источником. Как известно, при перезаряде встречным напряжением изменение разности потенциалов на обкладках конденсатора до нулевого напряжения про-, исходит быстрее. Эта особенность обеопечивает формирование в предлагаемом мультивибраторе более длительной паузы между отрицательными выходными импульсами при равных параметрах инерционного звена в обоих генераторах.

Кроме того, в данном мультивибраторе изменение параметров инерционного звена позволяет регулировать часготу следования импульсов не изменяя их скважности, изменением сопротивлеЯий резисторов 4 и 5 регулируется как частота, так и скважность импульсов.

Требуемые их значения, при заданной величине сопротивления нагрузки, могут

5ыть установлены комбинированным подбором параметров перечисленных элементов.

Формула изобретения.

Иультивибратор, содержащий и-р-и транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, в коллекторе которого включены два последовательно соединенные резистора„ а база соединена с стоком полевого транзистора, и затвор полевого транзистора подключен к коллектору и-р-и транзистора через времяэадающий конденсатор, третий резистор, источник питания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения термостабильности работы, истоковый вывод полевого транзистора подключен к общей точке соединения резисторов в коллекторной цепи и-р-и транзистора, а месуту источником пита

765989

«с

Составитель E.Мооолков

Редактор И.Вахметьева Техред А.Щепанская .

Корректор М.Демчик

Заказ 6526/52 тираж 995

BHHHGH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", r.Óêãîðîä, ул.Проектная, 4 ния и затвором полевого транзистора включен резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ж. "Б)есйгоп1св", 1973, Ф 2, с. 55.

2. Гозлннг В. "Применение полевых транзисторов ", М., "Энергия", 1970, с. 103, рис. 4-13.