Покажем, что в схеме, приведенной на рис. 5, возникают автоколебания и определим форму генерируемого напряжения. Запишем второй закон Кирхгофа для коллекторных цепей транзисторов

,                     (3)

 где I_1, I₂ - токи заряда конденсаторов С₁, С₂ соответственно. Напряжения на базах транзисторов выразим из соотношений (2):

U_бэ1 = U_кэ2 - U_С1, U_бэ2 = U_кэ1 - U_С2.                                      (4)

Выражения (3) и(4) описывают работу схемы мультивибратора.

Предположим, что в начальный момент времени оба транзистора открыты и находятся в активном режиме, а конденсаторы заряжены до постоянных напряжений, определяемых соотношениями (2). Пусть в данный момент за счет флуктуации увеличился ток коллектора первого транзистора I_к1,. Это приведет к возрастанию падения напряжения на резисторе R_к1 уменьшению U_кэ1 (см. (3)). Снижение напряжения на коллекторе U_кэ1 вызовет разряд конденсатора С₂, что следует из (2). Как видно из схемы, конденсатор С₂ может разряжаться по двум цепям:

С₂ → R_к1 → R₆₂ → С₂ и С₂ → VТ₁ → r → R_б2 → С₂,

где r – внутреннее сопротивление источника питания, которое в схеме не показано.

При появлении разрядного тока I_pазр2, протекающего через R_б2, напряжение на нем увеличивается, а на базе второго транзистора, равное U_б2 =Е_к - R_б2 (I_б2 + I_разр2) ,- уменьшается. Это приводит к снижению I_к2, то есть к уменьшению падения напряжения на резисторе R₂, и увеличению U_кэ2 (см.(3)). Так как напряжение на конденсаторе С₁, не может измениться скачком, то произойдёт возрастание напряжения U_бэ1 (см. (4)), что вызовет дальнейший рост I_к1, как это следует из характеристик транзистора. Таким образом, первоначальное увеличение I_к1, возникшее из-за флуктуации, приводит к дальнейшему увеличению тока I_к1. Это указывает на то, что в схеме есть положительная обратная связь, необходимая для перевода усилителя в режим генерации. Рассмотренный выше процесс описывает возбуждение усилителя.

Рост коллекторного тока I_к, происходит лавинообразно, так как коэффициент усиления схемы больше единицы. В результате этого процесса VT₁, практически мгновенно входит в режим насыщения, то есть U_кэ1 быстро падает почти до нуля. Поскольку напряжение на конденсаторе С₂ при его разряде мгновенно измениться не может, напряжение базе VT₂ при этом становится отрицательным и примерно равным напряжению на конденсаторе С₂ (см.(4)). Поэтому второй транзистор входит в режим отсечки и напряжение на его коллекторе увеличивается до U_кэ2 ≈ Е_к, что вызовет заряд конденсатора С₁ (см.(2)).

Итак, в результате заданной флуктуации I_к1 схема скачком переходит в первое стационарное состояние: VT₁ открыт и насыщен (U_кэ1≈0), транзистор VT₂ - заперт (U_кэ2≈E_к,), конденсатор С₂ начинает разряжаться, С₁- заряжаться.

На рис. 6 приведены временные зависимости напряжений на коллекторах и базах обоих транзисторов. Рассмотренный переход схемы в первое стационарное состояние показан на рис. 6 скачком в момент времени t = t₁.

Покажем, что это первое состояние схемы является временно устойчивым. После лавинообразного процесса, в течение которого напряжения на конденсаторах можно было считать неизменными, необходимо учесть заряд С1 и разряд С2. Как видно из рис. 5, С1, заряжается по цепи: +Е_к → R_к2 → С₁ → r_бэ1 → -Е_к , где r_бэ1 - сопротивление открытого эмиттерного перехода первого транзистора. Постоянная времени заряда С₁ равна . Конденсатор С2 разряжается по цепи: С₂ → VТ₁ → r → R_б2 → С₂. Так как сопротивление насыщенного транзистора VT₁ и r - малые величины, то постоянная времени разряда С₂ равна .

Заряд и разряд конденсаторов в мультивибраторе определяют параметры генерируемых импульсов. Действительно, ток заряда С₁ протекая по R_к2, препятствует скачкообразному увеличению U_кэ2 до Е_к после запирания VT₂. Только после окончания заряда С₁, когда I₁ уменьшится практически до нуля, U_кэ2 достигнет установившегося значения, близкого к Е_к (см.(3)). Таким образом, время заряда С₁ определяет время нарастания положительного импульса на коллекторе VТ₂, то есть длительность фронта импульса τ_ф.

Время разряда конденсатора С₂ определяет длительность импульса на коллекторе VТ₂. Действительно, по мере разряда С₂ напряжение на базе VT₂ согласно (4) увеличивается от ≈-Е_к по экспоненциальному закону (рис. 6). Однако пока U_бэ2 остается меньше U_бэ.пoр, VT₂ находится в режиме отсечки и U_кэ2≈Е_к. Так формируется плоская вершина импульса на коллекторе VТ₂. Из рис. 4 видно, что С₂ после разряда до нуля стремится перезарядиться до величины +Е_к, так как VT₂ заперт (цепь его коллекторного тока разорвана). Цепь перезаряда конденсатора С₂: +Е_к → R_б2 → С₂ → насыщенный транзистор VT₁→ -Е_к. При перезаряде конденсатора знак напряжения на нем противоположен указанному на рис. 5 и в формулах (4). Очевидно постоянная времени цепи перезаряда равна . В результате перезаряда конденсатора С₂ в момент времени t= t₂ напряжение на базе U_бэ2 достигнет значения, близкого к U_бэ.пор, появится небольшой ток коллектора второго транзистора.

В схеме мультивибратора усилители на транзисторах VT₁ и VT₂ связаны между собой одинаковым образом, что отражено в соотношениях (3) и(4). Поэтому появление I_к2 приводит к процессу, рассмотренному выше для тока I_к,. То есть, при t= t₂ возникает лавинообразный процесс, в результате которого схема переходит во второе состояние: VT₂ - оказывается в режиме насыщения (U_кэ2 ≈ 0), VT₁ - в режиме отсечки (U_кэ1 ≈ Е_к). С этого момента начинается разряд конденсатора С₁и заряд конденсатора С₂. Это изображено на рис. 6 скачком при t = t₂.

В результате на коллекторе VT₂ формируется почти прямоугольный импульс длительности τ₁ =t₂- t₁ (рис. 6).

При t> t₂ начинается второй такт работы мультивибратора, идентичный первому, только транзисторы меняются ролями. Второе состояние схемы также временно устойчиво: VT₁ заперт только до тех пор, пока конденсатор С₁, не перезарядится до U_бэ.пор ≈ 0,6 В. При t= t₃, когда U_бэ1

Становится близким к U_бэ.пор, появляется ток коллектора первого транзистора I_к1 и процесс повторяется с момента t= t₁. Это показано на рис. 6 скачком при t= t₃. В результате на коллекторе VТ₁ формируется почти прямоугольный импульс с длительностью τ₂ = t₃ – t₂.

Таким образом, схема, изображенная на рис. 5, имеет два состояния равновесия. Оба состояния временно устойчивы и система непрерывно переходит из одного состояния в другое скачком. В результате этого на коллекторах обоих транзисторов формируется периодическая последовательность положительных импульсов почти прямоугольной формы. Эти импульсы являются выходными импульсами мультивибратора.