Последовательность прямоугольных импульсов характеризуется периодом, длительностью и амплитудами импульсов. Очевидно, период повторения импульсов на выходе мультивибратора равен

Т= τ₁ + τ₂,                                                                             (5)

где τ₁ и τ₂ - длительности первого и второго тактов работы схемы. длительность первого такта τ₁ = t₂ – t₁ определяется скоростью разряда и перезаряда конденсатора С₂. Так как U_С2(t₁) ≈ Е_к, то изменение напряжения на конденсаторе при разряде может быть записано в виде

.

Для отпирания VT₂ в момент t = t₂ необходимо, чтобы напряжение на конденсаторе С₂ достигло значения при котором U_бэ2(t2) ≈ U_бэ.пор ≈ 0,6 В (см. (4) с учётом того, что U_кэ1 ≈ 0). То есть должно выполниться соотношение

.

Отсюда определяется длительность первого такта:

.                                      (6)

Аналогично определяется длительность второго такта τ₂=t₃-t₂:

.                                                     (7)

Формулы (6) и(7) являются приближенными, так как получены в предположении мгновенного перехода транзисторов из режима насыщения в режим отсечки и наоборот. На самом деле при насыщении, когда второй переход открыт, в базе транзистора около этого перехода появляется избыточная плотность электронов. При быстром уменьшении напряжения на базе до отрицательного значения (t = t₁ - рис. 6), когда первый переход закрывается, ток коллектора VT₂ начинает уменьшаться только после того, как закончится рассасывание избыточного заряда. То есть требуется конечное время для выхода транзистора из режима насыщения, что определяет инерционность транзистора, а в схеме мультивибратора увеличивает длительность фронта импульсов на коллекторе (рис. 6). Аналогично существует конечное время для перехода транзистора из режима отсечки в режим насыщения, которое также определяется инерционностью транзистора, но оно, как правило, меньше первого. В схеме мультивибратора это время определяет длительность среза импульса на коллекторе транзистора. По этой причине измеренные длительности импульсов на коллекторах транзисторов могут быть больше рассчитанных по формулам (6) и (7).

Амплитуды импульсов мультивибратора определяются величиной перепада напряжения на коллекторе соответствующего транзистора при его переходе из запертого состояния в режим насыщения и обратно. Если учесть, что в режиме отсечки U_кэ, ≈ Е_к, а при насыщении U_кэ порядка 0,1 - 0,2 В, амплитуды импульсов близки к напряжению источника питания.

4. Контрольные вопросы

1. Почему сопротивление транзистора велико в режиме отсечки и мало в режиме насыщения?

2. Как посчитать ток коллектора транзистора в режиме отсечки и в режиме насыщения?

3. Как показать, что в схеме мультивибратора есть положительная обратная связь?

4. По какой цепи и до какого напряжения заряжаются конденсаторы С₁ и С₂ в схеме мультивибратора?

5. По какой цепи разряжаются конденсаторы в схеме мультивибратора?

6. Чем определяется длительность фронта импульсов мультивибратора?

7. Чем определяется длительность импульсов мультивибратора?

Схема эксперимента

Мультивибратор (схема эксперимента приведена на рис. 7) собран на биполярном транзисторе BC547 (отечественный аналог КТ315Г), вид электромонтажной платы приведен на рис. 8.

Порядок проведения работы

6.1. Подключить питание к макетной плате (рис. 8), соединив контакт 1 с U1+ (установить величину +12 В), а контакт 2 с GND с разъема платы ЛАРМ «Power (U1+, GND)». Соединения производятся цветными проводами. На разъеме платы ЛАРМ соединить перемычкой U1- и GND.

6.2. В рабочей схеме мультивибратора группа контактов К1 позволяет с помощью перемычек подключать к базе VT₂ один из конденсаторов С₁ или С₂. В теоретической части – это конденсатор С₂. Согласно формуле (6), постоянная цепи его разряда определяет длительность первого такта τ₁. Аналогично группа контактов К2 подключает к базе VT₁ С₃ или С₄, что позволяет изменить длительность второго такта τ₂. Таким образом, группы контактов К1 и К2 позволяют реализовать две схемы симметричного мультивибратора, когда С₁ = С₃ или С₂ = С₄, и две схемы несимметричного мультивибратора, когда подключены С₁ и С₄ или С₂ и С_З.

6.3. При выполнении пункта 6.2 задания необходимо подключить каналы А и В осциллографа (контакт Uб1 схемы соединить с СНА-, контакт Uб2 - с СНВ- ЛАРМ, GND схемы с GND ЛАРМ). На разъеме платы ЛАРМ соединить перемычками СНА+ с GND и СНВ+ с GND.

При одновременном наблюдении U_бэ, и U_кэ1, а также – U_бэ2 и U_кэ2 следует убедиться, что длительность импульса на базе каждого транзистора при разряде конденсатора и его перезаряде до положительной величины U_бэ.пор равна длительности положительного импульса на его коллекторе.

В результате выполнения этого пункта задания необходимо зафиксировать четыре временные диаграммы (для напряжений на базах и коллекторах двух транзисторов) в одном временном масштабе (как на рис. 6).

Кроме того, нужно измерить с помощью курсоров длительности импульсов на коллекторах обоих транзисторов и сравнить их с расчетными значениями.

6.3. Схема мультивибратора является удобной схемой для измерения параметров транзистора в режимах отсечки и насыщения. Поэтому при выполнении задания нужно:

а) измерить с помощью курсоров напряжения на коллекторе транзистора в режиме отсечки (U_кэ.отс) и в режиме насыщения (U_кэ.нaс), и из формулы (1) найти коллекторный ток в этих режимах;

б) затем из закона Ома R_тр= U_кэ/I_к определить сопротивление транзистора в режимах отсечки и насыщения, то есть найти сопротивление разомкнутого и замкнутого транзисторного ключа;

в) аналогично найти ток базы транзистора в режиме насыщения , измерив напряжение на базе в этом режиме.

Сравнивая измеренные величины U_кэ.нас и U_бэ.нас, нужно убедиться, что в режиме насыщения оба перехода транзистора открыты.

Отчет по работе

Отчет по работе должен содержать ответы на контрольные вопросы, результаты, полученные во время выполнения работы по исходному заданию (раздел 2), схемы эксперимента, все перечисленные в разделе 6 формы сигналов, измеренные и вычисленные величины, выводы по результатам измерений.