Базовим логічним елементом серій є логічний елемент І-НЕ. На рис. 2.3 наведено схеми трьох початкових елементів І-НЕ ТТЛ. Усі схеми містять три основні каскади: вхідний на транзисторі VT1, що реалізує логічну функцію І; фазороздільний на транзисторі VT2та двотактний вихідний каскад.

Рис 2.3.a. Принципова схема базового елемента серії К131

Принцип роботи логічного елемента серії К131 (рис. 2.3.а) наступний: при вступі на будь-який із входів сигналу низького рівня (0 – 0,4В), базо-емітерний перехід багатоемітерного транзистора VT1 зміщується у прямому напрямку (відмикається), і практично весь Струм, що протікає через резистор R1, відгалужується на "землю", внаслідок чого VT2 закривається і працює в режимі відсічення. Струм, що протікає через резистор R2, насичує основу транзистора VT3. Транзистори VT3 і VT4 підключені згідно з схемою Дарлінгтона, утворюють складовий транзистор, який є емітерним повторювачем. Він виконує функцію вихідного каскаду посилення потужності сигналу. На виході схеми утворюється сигнал логічного рівня.

Якщо на всі входи подається сигнал високого рівня, базо-емітерний перехід багатоемітерного транзистора VT1 знаходиться в закритому режимі. Струм, що протікає, через резистор R1 насичує базу транзистора VT1, внаслідок чого відмикається транзистор VT5 і на виході схеми встановлюється рівень логічного нуля.

Оскільки в момент перемикання транзистори VT4 і VT5 відкриті і через них протікає великий струм, схему введено обмежувальний резистор R5.

VT2, R2 і R3 утворюють фазороздільний каскад. Він необхідний для послідовного включення вихідних n-p-n транзисторів. Каскад має два виходи: колекторний та емітерний, сигнали на яких протифазні.

Діоди VD1 – VD3 є захистом від негативних імпульсів.

Рис 2.3.б, ст. Принципові схеми базових елементів серій К155 та K134

У мікросхемах серій К155 і К134 вихідний каскад побудований на не складеному повторювачі (тільки транзистор VT3) і транзисторі, що насичується VT5із введенням діода зсуву рівня VD4(Рис. 2.3, б, в). Два останні каскади утворюють складний інвертор, що реалізує логічну операцію НЕ. Якщо ввести два фазорозділові каскади, то реалізується функція АБО-НЕ.

На рис. 2.3 а показаний базовий логічний елемент серії К131 (закордонний аналог - 74Н). Базовий елемент серії К155 (закордонний аналог – 74) показаний на рис. 2.3, б, але в рис. 2.3 в - елемент серії К134 (закордонний аналог - 74L). Нині ці серії практично не розвиваються.

Мікросхеми ТТЛ первісної розробки стали активно замінюватись на мікросхеми ТТЛШ, які мають у внутрішній структурі переходи з бар'єром Шотки. В основі транзистора з переходом Шотки лежить відома схема ненасиченого транзисторного ключа (рис. 2.4.а).

Рис. 2.4. Пояснення принципу отримання структури із переходом Шотки:
a – ненасичений транзисторний ключ; б - транзистор із діодом Шотки; - символ транзистора Шотки.

Щоб транзистор не входив у насичення, між колектором та базою включають діод. Застосування діода зворотний зв'язок усунення насичення транзистора вперше запропоновано Б. Н. Кононовим Однак у разі може збільшитися до 1 У. Ідеальним діодом є діод з бар'єром Шотки. Він являє собою контакт, утворений між металом та злегка легованим n-напівпровідником. У металі лише частина електронів є вільними (ті, що знаходяться поза зоною валентності). У напівпровіднику вільні електрони існують межі провідності, створеної додаванням атомів домішки. За відсутності напруги зміщення кількість електронів, що перетинають бар'єр з обох сторін, однакова, тобто струм відсутній. При прямому зміщенні електрони мають енергію для перетину потенційного бар'єру і проходження в метал. Зі збільшенням напруги усунення ширина бар'єру зменшується і прямий струм швидко зростає.

При зворотному усуненні електронів у напівпровіднику потрібно більше енергії подолання потенційного бар'єру. Для електронів у металі потенційний бар'єр залежить від напруги усунення, тому протікає невеликий зворотний струм, який залишається постійним до настання лавинного пробою.

Струм у діодах Шотки визначається основними носіями тому він більше при тому самому прямому зміщенні а, отже, пряме падіння напруги на діоді Шотки менше, ніж на звичайному p-n переході при даному струмі. Таким чином, діод Шотки має порогову напругу відкривання порядку (0,2-0,3) на відміну від порогової напруги звичайного кремнієвого діода 0,7 і значно знижує час життя неосновних носіїв в напівпровіднику.

У схемі рис. 2.4 б транзистор VT1утримується від переходу в насичення діодом Шатки з низьким порогом відкривання (0.2...0.3), тому напруга підвищиться мало в порівнянні з насиченим транзистором VT1. На рис. 2.4 показана схема з «транзистором Шотки». На основі транзисторів Шотки випущено мікросхеми двох основних серій ТТЛШ (рис. 2.5)

На рис. 2.5 а показана схема швидкодіючого логічного елемента, що застосовується як основа мікросхем серії К531 (закордонний аналог - 74S), (S - початкова буква прізвища німецького фізика Шотки (Schottky)). У цьому елементі в емітерний ланцюг фазорозділювального каскаду, виконаного на транзисторі VT2, увімкнений генератор струму - транзистор VT6з резисторами R4і R5. Це дозволяє підвищити швидкодію логічного елемента. В іншому цей логічний елемент аналогічний базовому елементу серії К131. Проте запровадження транзисторів Шотки дозволило зменшити tзд.рудвічі.

На рис. 2.5 б показана схема базового.логічного елемента серії К555 (закордонний аналог - 74LS) . У цій схемі замість багатоемітерного транзистора на вході використано матрицю діодів Шотки. Введення діодів Шатки виключає накопичення зайвих базових зарядів, що збільшують час вимкнення транзистора, та забезпечує стабільність часу перемикання в діапазоні температур.

Резистор R6 верхнього плеча вихідного каскаду створює необхідну напругу на базі транзистора VT3для його відкриття. Для зменшення споживаної потужності, коли логічний елемент закритий () , резистор R6підключіть не до загальної шини, а до виходу елемента.

Діод VD7, включений послідовно з R6і паралельно резистори колекторного навантаження фазорозділювального каскаду R2дозволяє зменшити затримку включення схеми за рахунок використання частини енергії, запасеної в ємності навантаження, для збільшення струму колектора транзистора VT1у перехідному режимі.

Транзистор VT3реалізується без діодів Шoтки, тому що він працює в активному режимі (емітерний повторювач).

Якщо взяти, наприклад, транзистор MJE3055Tу нього максимальний струм 10А, а коефіцієнт посилення всього близько 50, відповідно, щоб він відкрився повністю, йому треба вкачати в базу струм близько двохсот міліампер. Звичайний висновок МК стільки не потягне, а якщо включити між ними послабше транзистор (який-небудь BC337), здатний протягнути ці 200мА, то запросто. Але це так, щоби знав. Раптом доведеться городити управління з підручного мотлоху — стане в нагоді.

На практиці зазвичай використовуються готові транзисторні зборки. Зовнішньо від звичайного транзистора нічим не відрізняється. Такий самий корпус, такі ж три ніжки. Ось тільки мощі в ньому боляче дофіга, а мікроскопічний керуючий струм:) У прайсах зазвичай не морочаться і пишуть просто - транзистор Дарлігнтона або складовий транзистор.

Наприклад пара BDW93C(NPN) та BDW94С(PNP) Ось їхня внутрішня структура з даташиту.

Мало того, існують складання дарлінгтонів. Коли в один корпус пакують відразу кілька. Незамінна річ коли треба керувати якимось потужним світлодіодним таблом або кроковим двигуном (). Відмінний приклад такого збирання - дуже популярна і легко доступна ULN2003, здатна протягнути до 500 мА на кожне зі своїх семи збірок. Виходи можна включати в паралель, щоб підвищити граничний струм. Отже, одна ULN може протягнути через себе аж 3.5А, якщо запаралелити всі її входи та виходи. Що мені в ній тішить - вихід навпроти входу, дуже зручно під неї розводити плату. Безпосередньо.

У датасіті вказана внутрішня структура цієї мікросхеми. Як бачиш, тут також є захисні діоди. Незважаючи на те, що намальовані операційні підсилювачі, тут вихід типу відкритий колектор. Тобто він уміє замикати лише на землю. Що стає ясно з того ж даташита, якщо подивитися на структуру одного вентиля.

7.1 Розрахунок робочої точки. Транзистор VT2

Рисунок 7.1 – Попередня схема підсилювача

Візьмемо Rк = 80 Ом.

Крім того при виборі транзистора слід врахувати: f =17,5 МГц.

Цим вимогам відповідає транзистор 2Т3129А9. Однак дані про його параметри при заданому струмі та напрузі недостатні, тому виберемо наступну робочу точку:

I до = 15мА,

Таблиця 7.1 – Параметри використовуваного транзистора

Найменування	Позначення	Значення
	Ємність колекторного переходу
	Місткість емітерного переходу
	Гранична частота транзистора
	Статичний коефіцієнт передачі струму у схемі з ОЕ
	Температура навколишнього середовища
	Постійний струм колектора
	Температура переходу
	Постійна потужність, що розсіюється (без тепловідведення)

Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13.

rб = = 10 Ом; gб = = 0,1 Cм, де

rб-опір бази,

rе= ==2,5 Ом, де

rе-опір емітера.

gбе===3,96 мСм, де

gбе-провідність база-емітер,

Cе===2,86 пФ, де

Cе-ємність емітера,

Ri = = 400 Ом, де

7.1.1 Розрахунок емітерної корекції

де – глибина зворотного зв'язку;

f у каскаді дорівнює:

Приймемо тоді:

f у каскаді дорівнює:

7.1.2 Розрахунок схеми термостабілізації

Використовуємо емітерну стабілізацію оскільки був обраний малопотужний транзистор, крім того емітерна стабілізація вже застосовується в підсилювачі, що розраховується. Схема емітерної термостабілізації наведена малюнку 4.1.

Порядок розрахунку:

1. Виберемо напругу емітера, струм дільника та напругу живлення;

2. Потім розрахуємо.

Напруга емітера вибирається рівним порядку. Виберемо.

Струм дільника вибирається рівним, де - базовий струм транзистора і обчислюється за формулою:

Напруга живлення розраховується за формулою:

Розрахунок величин резисторів провадиться за такими формулами:

У діапазоні температур від 0 до 50 градусів для розрахованої подібним чином схеми, що результує догляд струму спокою транзистора, як правило, не перевищує (10-15)%, тобто схема має цілком прийнятну стабілізацію.

7.2 Транзистор VT1

Як транзистор VT1 використовуємо транзистор 2Т3129А9 з тією ж робочою точкою що і для транзистора VT2:

I до = 15мА,

Візьмемо Rк = 80 Ом.

Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13 і 7.1 - 7.3.

Ск (треба) = Ск (пасп) * = 12 = 12 пФ, де

Ск(треб)-ємність колекторного переходу при заданому Uке0,

Ск(пасп)-довідкове значення ємності колектора при Uкэ(пасп).

rб = = 10 Ом; gб = = 0,1 Cм, де

rб-опір бази,

Довідкове значення постійного ланцюга зворотного зв'язку.

rе= ==2,5 Ом, де

rе-опір емітера.

gбе===3,96 мСм, де

gбе-провідність база-емітер,

Довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму у схемі із загальним емітером.

Cе===2,86 пФ, де

Cе-ємність емітера,

fт-довідкове значення граничної частоти транзистора, при якій =1

Ri-вихідний опір транзистора,

Uкэ0(доп), Iк0(доп)-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі та постійної складової струму колектора.

Вхідний опір і вхідна ємність каскаду, що навантажує.

Верхня гранична частота за умови, що на кожен каскад припадає по 0,75 дБ спотворень. Бажано запровадити корекцію.

7.2.1 Розрахунок емітерної корекції

Схема емітерної корекції представлена ​​малюнку 7.2.

Малюнок 7.2 - Схема емітерної корекції проміжного каскаду

Емітерна корекція вводиться для корекції спотворень АЧХ, що вносяться транзистором, збільшуючи амплітуду сигналу на переході база-емітер зі зростанням частоти сигналу, що посилюється.

Коефіцієнт посилення каскаду описується виразом:

де – глибина зворотного зв'язку;

і параметри розраховані за формулами 5.7, 5.8, 5.9.

При заданому значенні F значення визначається виразом:

f у каскаді дорівнює:

Приймемо тоді:

f у каскаді дорівнює:

Імпульсний підсилювач

Як зазначалося, до роботи у попередніх каскадах обрано транзистор ГТ320А. Значення параметрів, що наводяться в довідниках, виміряні при певних значеннях ЕКО та IKO.

Розрахунок підсилювального пристрою

Фіксація робочої точки здійснюється опорами R12 та R22. За вихідними характеристиками транзистора знаходиться IБа2 = 53,33 мкА. За вхідними характеристиками транзистора знаходиться UБЕа2 = 698 мВ.

Підсилювач імпульсний

Розрахуємо робочу точку двома способами: 1. При використанні активного опору Rк ланцюга колектора. 2. При використанні дроселя в колі колектора. 1...

Підсилювач імпульсний

Вихідні дані курсового проектування перебувають у технічному завданні. Середньо статистичний транзистор дає посилення в 20 дБ, за завданням у нас 40 дБ, звідси отримаємо, що наш підсилювач матиме як мінімум 2 каскади.

Підсилювач коректор

Розрахуємо робочу точку транзистора для резистивного та дросельного каскаду використовуючи формули: , (4.1) де амплітуда напруги на виході підсилювача, опір навантаження...

Як зазначалося вище як вихідний каскад будемо використовувати каскад з паралельним негативним зворотним зв'язком по напрузі, що володіє найбільшою широкосмуговістю, при роботі на ємнісне навантаження.

Підсилювач модулятора лазерного випромінювання

При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних та вхідного каскадів по постійному струму слід орієнтуватися на співвідношення, наведені у пункті 3.3.1 з урахуванням того, що замінюється на опір вхідного наступного каскаду. Але...Підсилювач потужності для 1-12 каналів TV

При розрахунку режиму передконечного каскаду умовимося, що живлення всіх каскадів здійснюється від джерела напруги з номінальним значенням Eп. Так як Eп = Uк0, то відповідно Uк0 у всіх каскадах береться однакове...

Візьмемо Uвих у 2 рази більше, ніж задане, тому що частина вихідної потужності втрачається на ООС. Uвих=2Uвих(заданого)=2 (В) Розрахуємо вихідний струм: Iвих===0,04 (А) Розрахуємо каскади з резистором та індуктивністю в колі колектора: Рисунок 2.2.1...

Підсилювач приймального блоку широкосмугового локатора

При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних та вхідного каскадів по постійному струму слід орієнтуватися на співвідношення, наведені у пункті 2.2.1 з урахуванням того, що замінюється на опір вхідного наступного каскаду. Але...

Підсилювач із зворотним зв'язком

Робочу точку вибираємо за формулами: ма. UкА=Umн+Umin= У PкА=UкАIкА=100 мВт Вибираємо транзистор із параметрами: Iкmax=22 мА, Uкmax=18 В, Pmax=400 мВт. Таким транзистором може бути КТ339А. Цій робочій точці відповідає струм бази 275 мкА, і напруга Uеб = 0...

Підсилювач із зворотним зв'язком

7.2 Транзистор VT1

Як транзистор VT1 використовуємо транзистор КТ339А з тією ж робочою точкою що і для транзистора VT2:

Візьмемо Rк = 100 (Ом).

Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13 і 7.1 - 7.3.

Ск (треба) = Ск (пасп) * = 2 × = 1,41 (пФ), де

Ск(треб)-ємність колекторного переходу при заданому Uке0,

Ск(пасп)-довідкове значення ємності колектора при Uкэ(пасп).

rб = = 17,7 (Ом); gб==0,057 (Cм), де

rб-опір бази,

Довідкове значення постійного ланцюга зворотного зв'язку.

rе= ==6,54 (Ом), де

rе-опір емітера.

gбе===1,51(мСм), де

gбе-провідність база-емітер,

Довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму у схемі із загальним емітером.

Cе===0,803 (пФ), де

Cе-ємність емітера,

fт-довідкове значення граничної частоти транзистора, при якій =1

Ri = = 1000 (Ом), де

Ri-вихідний опір транзистора,

Uкэ0(доп), Iк0(доп)-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі та постійної складової струму колектора.

- Вхідний опір і вхідна ємність каскаду, що навантажує.

Верхня гранична частота за умови, що на кожен каскад припадає по 0,75 дБ спотворень. Дане значення f задовольняє технічним завданням. Немає потреби в корекції.

7.2.1 Розрахунок схеми термостабілізації

Як було сказано в пункті 7.1.1, у даному підсилювачі найбільш прийнятна емітерна термостабілізація оскільки транзистор КТ339А є малопотужним, крім того емітерна стабілізація проста в реалізації. Схема емітерної термостабілізації наведена малюнку 4.1.

Порядок розрахунку:

1. Виберемо напругу емітера, струм дільника та напругу живлення;

2. Потім розрахуємо.

Струм дільника вибирається рівним, де - базовий струм транзистора і обчислюється за формулою:

Напруга живлення розраховується за формулою: (В)

Розрахунок величин резисторів провадиться за такими формулами:

8. Спотворення, що вносяться вхідним ланцюгом

Принципова схема вхідного ланцюга каскаду наведено на рис. 8.1.

Рисунок 8.1 – Принципова схема вхідного ланцюга каскаду

За умови апроксимації вхідного опору каскаду паралельним RC-ланцюгом коефіцієнт передачі вхідного ланцюга в області верхніх частот описується виразом:

- Вхідний опір та вхідна ємність каскаду.

Значення вхідного ланцюга розраховується за формулою (5.13), де замість підставляється величина.

9. Розрахунок З ф, R ф, З р

У принциповій схемі підсилювача передбачено чотири розділові конденсатори і три конденсатори стабілізації. У технічному завданні сказано, що спотворення плоскої вершини імпульсу повинні становити не більше 5%. Отже, кожен розділовий конденсатор повинен спотворювати плоску вершину імпульсу не більше ніж на 0.71%.

Спотворення плоскої вершини обчислюються за формулою:

де і - тривалість імпульсу.

Обчислимо τ н:

τ н і С р пов'язані співвідношенням:

де R л, R п - опір ліворуч і праворуч від ємності.

Обчислимо З р. Опір входу першого каскаду дорівнює опору паралельно з'єднаних опорів: вхідного транзисторного, Rб1 і Rб2.

R п = R вх | | R б1 | | R б2 = 628 (Ом)

Опір виходу першого каскаду дорівнює паралельному з'єднанню Rк і вихідного опору транзистора Ri.

R л = Rк | | Ri = 90,3 (Ом)

R п = R вх | | R б1 | | R б2 = 620 (Ом)

R л =Rк||Ri=444(Ом)

R п = R вх | | R б1 | | R б2 = 48 (Ом)

R л = Rк | | Ri = 71 (Ом)

R п = R н = 75 (Ом)

де Р1 - розділовий конденсатор між Rг і першим каскадом, 12 - між першим і другим каскадом, 23 - між другим і третім, 3 - між кінцевим каскадом і навантаженням. Поставивши решту ємностей по 479∙10 -9 Ф, ми забезпечимо спад, менше необхідного.

Обчислимо R ф і С ф (U RФ = 1В):

10. Висновок

В даному курсовому проекті розроблено імпульсний підсилювач з використанням транзисторів 2Т602А, КТ339А, що має наступні технічні характеристики:

Верхня гранична частота 14МГц;

Коефіцієнт посилення 64 дБ;

Опір генератора та навантаження 75 Ом;

Напруга живлення 18 ст.

Схема підсилювача представлена ​​малюнку 10.1.

Рисунок 10.1 – Схема підсилювача

При обчисленні показників підсилювача використовувалося таке програмне забезпечення: MathCad, Work Bench.

Література

1. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник/А.А. Зайцев, А.І. Міркін, В.В. Мокряков та ін. За редакцією А.В. Голомедова.-М.: Радіо та Зв'язок, 1989.-640с.

2. Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах. Навчально-методичний посібник з курсового проектування для студентів радіотехнічних спеціальностей / О.О. Тітов, Томськ: Том. держ. ун-т систем управління та радіоелектроніки, 2002. – 45с.

Робочої прямої. Робоча пряма проходить через точки Uкэ=Eк і Iк=Eк÷Rн і перетинає графіки вихідних характеристик (струми бази). Для досягнення найбільшої амплітуди при розрахунку імпульсного підсилювача робоча точка була обрана ближче до найменшої напруги, оскільки у кінцевого каскаду імпульс буде негативний. За графіком вихідних характеристик (рис.1) знайшли значення IКпост=4,5 мА, ...

Розрахунок Сф, Rф, Ср 10. Висновок Література ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ № 2 курсове проектування з дисципліни “Схемотехніка АЭУ” студенту гр.180 Курманову Б.А. Тема проекту Імпульсний підсилювач Опір генератора Rг = 75 Ом. Коефіцієнт посилення K = 25 дБ. Тривалість імпульсу 05 мкс. Полярність "позитивна". Добре 2. Час встановлення 25 нс. Викид...

Що для узгодження з опіром навантаження необхідно після підсилювального каскадів поставити емітерний повторювач, накреслимо схему підсилювача: 2.2 Розрахунок статичного режиму підсилювача Розраховуємо перший підсилювальний каскад. Вибираємо робочу точку для першого підсилювального каскаду. Її характеристики: ...

Опір джерела вхідного сигналу, тому зміна умови оптимальності при опроміненні не призводить до додаткового збільшення шуму. Радіаційні ефекти в ІОУ. Вплив ІІ на параметри ІОУ. Інтегральні операційні підсилювачі (ІОУ) є високоякісними прецизійними підсилювачами, які відносяться до класу універсальних і багатофункціональних аналогових...

У цій статті розповімо про мультивібратор, як він працює, методи підключення навантаження на мультивібратор і розрахунок транзисторного симетричного мультивібратора.

Мультивібратор- Це простий генератор прямокутних імпульсів, який працює в режимі автогенератора. Для його роботи необхідно лише живлення від батареї або іншого джерела живлення. Розглянемо найпростіший симетричний мультивібратор на транзисторах. Схема його представлена ​​малюнку. Мультивібратор може бути ускладнений в залежності від необхідних функцій, але всі елементи, представлені на малюнку, є обов'язковими, без них мультивібратор працювати не буде.

Робота симетричного мультивібратора ґрунтується на зарядно-розрядних процесах конденсаторів, що утворюють спільно з резисторами RC-ланцюжка.

Про те, як працюють RC-ланцюжки, я писав раніше у статті Конденсатор , яку ви можете почитати на моєму сайті. На просторах інтернету якщо і знаходиш матеріал про симетричний мультивібратор, то він викладається коротко, і не зрозуміло. Ця обставина не дозволяє радіоаматорам-початківцям щось зрозуміти, а тільки допомагає досвідченим електронникам що-небудь згадати. На прохання одного з відвідувачів мого сайту я вирішив виключити цю прогалину.

Як працює мультивібратор?

У початковий момент подачі живлення конденсатори С1 і С2 розряджені, тому опір току мало. Малий опір конденсаторів призводить до того, що відбувається «швидке» відкривання транзисторів, викликане протіканням струму:

- VT2 по дорозі (показано червоним кольором): «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення»;

— VT1 шляхом (показано синім кольором): «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір розрядженого С2 > базово-емітерний перехід VT1 > — джерела живлення».

Це є «невстановленим» режимом роботи мультивібратора. Триває він протягом дуже малого часу, який визначається лише швидкодією транзисторів. А двох абсолютно однакових за параметрами транзисторів немає. Який транзистор відкриється швидше, той залишиться відкритим — «переможцем». Припустимо, що у нашій схемі це виявився VT2. Тоді, через мале опір розрядженого конденсатора С2 і мале опір колекторно-емітерного переходу VT2, база транзистора VT1 виявиться замкнена на емітер VT1. В результаті транзистор VT1 буде змушений закритися - стати переможеним.

Оскільки транзистор VT1 закритий, відбувається «швидкий» заряд конденсатора С1 шляхом: «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Цей заряд відбувається майже до напруги джерела живлення.

Одночасно відбувається заряд конденсатора С2 струмом зворотної полярності шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > малий опір розрядженого С2 > колекторно-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Тривалість заряду визначається номіналами R3 та С2. Вони визначають час, при якому VT1 знаходиться в закритому стані.

Коли конденсатор С2 зарядиться до напруги приблизно рівним напрузі 0,7-1,0 вольт, його опір збільшиться і транзистор VT1 відкриється напругою прикладеною шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». При цьому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. В результаті VT2 закриється, а струм, який раніше проходив через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2, побіжить по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». З цього ланцюга відбудеться швидкий перезаряд конденсатора С2. З цього моменту починається режим автогенерації, що «встановився».

Робота симетричного мультивібратора в режимі генерації, що «встановився»

Починається перший напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.

При відкритому транзисторі VT1 і закритому VT2, як я щойно написав, відбувається швидкий перезаряд конденсатора С2 (від напруги 0,7...1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С1 (від напруги джерела живлення однієї полярності, до напруги 0,7 ... 1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R2 > права обкладка С1 >ліва обкладка С1 > колекторно- емітерний перехід транзистора VT1 - джерела живлення».

Коли, в результаті перезаряду С1, напруга на базі VT2 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT2 транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С2 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT1 зворотною полярністю. VT1 закриється.

Починається другий напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.

При відкритому транзисторі VT2 і закритому VT1 відбувається швидкий перезаряд конденсатора С1 (від напруги 0,7 ... 1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела живлення протилежної полярності) по ланцюгу: + джерела живлення > резистор R1 > малий опір С1 > базо- емітерний перехід VT2> - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С2 (від напруги джерела живлення однієї полярності до напруги 0,7...1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «права обкладка С2 колекторно-емітерний перехід транзистора VT2 джерела живлення джерела живлення живлення > резистор R3 > ліва обкладка С2». Коли напруга з урахуванням VT1 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT1, транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. VT2 закриється. На цьому другий напівперіод коливання мультивібратора закінчується, і знову починається перший напівперіод.

Процес повторюється до моменту вимкнення мультивібратора від джерела живлення.

Способи підключення навантаження до симетричного мультивібратора

Прямокутні імпульси знімаються з двох точок симетричного мультивібратора- Колекторів транзисторів. Коли одному колекторі присутній «високий» потенціал, то іншому колекторі – «низький» потенціал (він відсутній), і навпаки – коли одному виході «низький» потенціал, то іншому — «високий». Це показано на тимчасовому графіку, зображеному нижче.

Навантаження мультивібратора має підключатися паралельно до одного з колекторних резисторів, але в жодному разі не паралельно транзисторному переходу колектор-емітер. Не можна шунтувати транзистор навантаженням. Якщо цю умову не виконувати, то як мінімум – зміниться тривалість імпульсів, а як максимум – мультивібратор не працюватиме. На малюнку нижче показано, як правильно підключити навантаження, а як не треба це робити.

Для того щоб навантаження не впливало на сам мультивібратор, воно повинно мати достатній вхідний опір. Для цього зазвичай застосовують буферні транзисторні каскади.

На прикладі показано підключення низькоомної динамічної головки до мультивібратора. Додатковий резистор підвищує вхідний опір буферного каскаду, тим самим виключає вплив буферного каскаду на транзистор мультивібратора. Його значення має не менше ніж у 10 разів перевищувати значення колекторного резистора. Підключення двох транзисторів за схемою складового транзистора значно посилює вихідний струм. При цьому правильним є підключення базово-емітерного ланцюга буферного каскаду паралельно колекторному резистори мультивібратора, а не паралельно колекторно-емітерному переходу транзистора мультивібратора.

Для підключення до мультивібратора високоомної динамічної головкибуферний каскад не потрібний. Головка підключається замість одного із колекторних резисторів. Повинна виконуватися єдина умова - струм, що йде через динамічну голівку, не повинен перевищувати максимальний струм колектора транзистора.

Якщо ви хочете підключити до мультивібратора звичайні світлодіоди- зробити «мигалку», то для цього буферні каскади не потрібні. Їх можна підключити послідовно із колекторними резисторами. Пов'язано це з тим, що струм світлодіоду малий, і падіння напруги на ньому під час роботи не більше одного вольта. Тому вони не впливають на роботу мультивібратора. Правда це не стосується надяскравих світлодіодів, у яких і робочий струм вищий, і падіння напруги може бути від 3,5 до 10 вольт. Але в цьому випадку є вихід – збільшити напругу живлення та використовувати транзистори з великою потужністю, що забезпечує достатній струм колектора.

Зверніть увагу, що оксидні (електролітичні) конденсатори підключаються до плюсів колекторів транзисторів. Пов'язано це з тим, що на базах біполярних транзисторів напруга не піднімається вище 0,7 вольта щодо емітера, а в нашому випадку емітери – мінус живлення. А ось на колекторах транзисторів напруга змінюється майже від нуля до напруги джерела живлення. Оксидні конденсатори не здатні виконувати свою функцію під час їх підключення зворотною полярністю. Звичайно, якщо ви будете використовувати транзистори іншої структури (не N-P-N, а P-N-P структури), то крім зміни полярності джерела живлення, необхідно розгорнути світлодіоди катодами «вгору за схемою», а конденсатори – плюсами до баз транзисторів.

Розберемося тепер, які параметри елементів мультивібратора задають вихідні струми та частоту генерації мультивібратора?

На що впливають номінали колекторних резисторів? Я зустрічав у деяких бездарних інтернет-статтях, що номінали колекторних резисторів незначно, але впливають на частоту мультивібратора. Все це повна нісенітниця! При правильному розрахунку мультивібратора відхилення значень цих резисторів більш ніж у п'ять разів від розрахункового не змінить частоти мультивібратора. Головне, щоб їх опір було менше базових резисторів, тому що колекторні резистори забезпечують швидкий заряд конденсаторів. Проте, номінали колекторних резисторів є головними для розрахунку споживаної потужності від джерела живлення, значення якої не повинно перевищувати потужність транзисторів. Якщо розібратися, то при правильному підключенні навіть на вихідну потужність мультивібратора прямого впливу не надають. А ось тривалість між перемикання (частота мультивібратора) визначається «повільним» перезарядом конденсаторів. Час перезаряду визначається номіналами RC ланцюжків – базових резисторів та конденсаторів (R2C1 та R3C2).

Мультивібратор, хоч і називається симетричним, це стосується лише схемотехніки його побудови, а виробляти він може як симетричні, так і не симетричні за тривалістю вихідні імпульси. Тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT1 визначається номіналами R3 та C2, а тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT2 визначається номіналами R2 та C1.

Тривалість перезаряджання конденсаторів визначається простою формулою, де Тау- Тривалість імпульсу в секундах, R- Опір резистора в Омах, З– ємність конденсатора у Фарадах:

Таким чином, якщо ви вже не забули написане у цій статті на пару абзаців раніше:

При рівності R2=R3і С1 = С2, на виходах мультивібратора буде "меандр" - прямокутні імпульси з тривалістю, що дорівнює паузам між імпульсами, який ви бачите на малюнку.

Повний період коливання мультивібратора – Tдорівнює сумі тривалостей імпульсу та паузи:

Частота коливань F(Гц) пов'язана з періодом Т(Сік) через співвідношення:

Як правило, в інтернеті якщо і є якісь розрахунки радіоланцюгів, то вони мізерні. Тому зробимо розрахунок елементів симетричного мультивібратора на прикладі .

Як і будь-які транзисторні каскади, розрахунок необхідно вести з кінця – виходу. А на виході у нас стоїть буферний каскад, потім стоять колекторні резистори. Колекторні резистори R1 та R4 виконують функцію навантаження транзисторів. На частоту генерації колекторні резистори ніякого впливу не мають. Вони розраховуються, виходячи з параметрів вибраних транзисторів. Отже, спочатку розраховуємо колекторні резистори, потім базові резистори, потім конденсатори, та був і буферний каскад.

Порядок та приклад розрахунку транзисторного симетричного мультивібратора

Вихідні дані:

Напруга живлення Uі.п. = 12 В.

Необхідна частота мультивібратора F = 0,2 Гц (Т = 5 секунд), причому тривалість імпульсу дорівнює 1 (однієї) секунді.

Як навантаження використовується автомобільна лампочка розжарювання на 12 вольт, 15 ват.

Як ви здогадалися, ми розраховуватимемо «мигалку», яка блиматиме один раз за п'ять секунд, а тривалість свічення – 1 секунда.

Вибираємо транзистори для мультивібратора. Наприклад, у нас є найпоширеніші за радянських часів транзистори КТ315Г.

Для них: Pmax = 150 мВт; Imax = 150 мА; h21>50.

Транзистори для буферного каскаду вибирають з струму навантаження.

Щоб не зображати схему двічі, я вже підписав номінали елементів на схемі. Їхній розрахунок наводиться далі в Рішенні.

Рішення:

1. Перш за все, необхідно розуміти, що робота транзистора при великих струмах у ключовому режимі є найбільш безпечною для самого транзистора, ніж робота в підсилювальному режимі. Тому розрахунок потужності для перехідного стану в моменти проходження змінного сигналу через робочу точку «В» статичного режиму транзистора — переходу з відкритого стану в закритий і назад проводити немає необхідності. Для імпульсних схем, побудованих на біполярних транзисторах, зазвичай розраховують потужність транзисторів, що у відкритому стані.

Спочатку визначимо максимальну потужність, що розсіюється транзисторів, яка повинна становити значення, на 20 відсотків менше (коефіцієнт 0,8) максимальної потужності транзистора, зазначеної в довіднику. Але навіщо нам заганяти мультивібратор у жорсткі рамки великих струмів? Та й від підвищеної потужності споживання енергії від джерела живлення буде більшим, а користі мало. Тому визначивши максимальну потужність розсіювання транзисторів зменшимо її в 3 рази. Подальше зниження потужності, що розсіюється, небажано тому, що робота мультивібратора на біполярних транзисторах в режимі слабких струмів – явище «не стійке». Якщо джерело живлення використовується не тільки для мультивібратора, або він не зовсім стабільний, буде плавати і частота мультивібратора.

Визначаємо максимальну потужність, що розсіюється: Рас.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150мВт = 120мВт

Визначаємо номінальну розсіювальну потужність: Pрас.ном. = 120/3 = 40мВт

2. Визначимо струм колектора у відкритому стані: Iк0 = Pрас.ном. / Uі.п. = 40мВт/12В = 3,3мА

Приймемо його за максимальний струм колектора.

3. Знайдемо значення опору та потужності колекторного навантаження: Rк.заг = Uі.п./Iк0 = 12В/3,3мА = 3,6 кОм

Вибираємо в номінальному ряді резистори максимально близькі до 3,6 кОм. У номінальному ряді резисторів є номінал 3,6 ком, тому попередньо вважаємо значення колекторних резисторів R1 і R4 мультивібратора: Rк = R1 = R4 = 3,6 кОм.

Потужність колекторних резисторів R1 і R4 дорівнює номінальній розсіюваної потужності транзисторів Pрас.ном. = 40 мВт. Використовуємо резистори потужністю, що перевищує зазначену Pрас.ном. - Типу МЛТ-0,125.

4. Перейдемо до розрахунку базових резисторів R2 та R3. Їх номінал знаходять, виходячи з коефіцієнта посилення транзисторів h21. При цьому, для надійної роботи мультивібратора значення опору має бути в межах: в 5 разів більше опору колекторних резисторів, і менше твору Rк * h21. Rmin = 3,6 * 5 = 18 кОм, а Rmax = 3,6 * 50 = 180 кОм

Таким чином, значення опорів Rб (R2 та R3) можуть перебувати в межах 18...180 кОм. Попередньо вибираємо середнє значення = 100 кОм. Але воно не остаточне, тому що нам необхідно забезпечити необхідну частоту мультивібратора, а як я писав раніше, частота мультивібратора залежить від базових резисторів R2 і R3, а також від ємності конденсаторів.

5. Обчислимо ємності конденсаторів С1 та С2 і при необхідності перерахуємо значення R2 та R3.

Значення ємності конденсатора С1 та опору резистора R2 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT2. Саме під час дії цього імпульсу наша лампочка має загорятися. А за умови було задано тривалість імпульсу 1 секунда.

визначимо ємність конденсатора: С1 = 1сек / 100кОм = 10 мкф

Конденсатор ємністю 10 мкФ є в номінальному ряді, тому він нас влаштовує.

Значення ємності конденсатора С2 та опору резистора R3 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT1. Саме під час дії цього імпульсу на колекторі VT2 діє пауза і наша лампочка не повинна світитися. А за умови був заданий повний період 5 секунд із тривалістю імпульсу 1 секунда. Отже, тривалість паузи дорівнює 5-1сек = 4 секунди.

Перетворивши формулу тривалості перезаряджання, ми визначимо ємність конденсатора: С2 = 4сек / 100кОм = 40 мкф

Конденсатор, ємністю 40 мкф відсутній у номінальному ряді, тому він нас не влаштовує, і ми візьмемо максимально близький до нього конденсатор ємністю 47 мкф. Але як ви розумієте, зміниться час «паузи». Щоб цього не сталося, ми перерахуємо опір резистора R3виходячи з тривалості паузи та ємності конденсатора С2: R3 = 4сек / 47 мкФ = 85 кОм

За номінальним рядом, найближче значення опору резистора дорівнює 82 кОм.

Отже, ми отримали номінали елементів мультивібратора:

R1 = 3,6 кОм, R2 = 100 кОм, R3 = 82 кОм, R4 = 3,6 кОм, С1 = 10 мкФ, С2 = 47 мкФ.

6. Розрахуємо номінал резистора R5 буферного каскаду.

Опір додаткового обмежувального резистора R5 для виключення впливу на мультивібратор вибирається не менше ніж у 2 рази більше опору колекторного резистора R4 (а в деяких випадках і більше). Його опір разом із опором емітерно-базових переходів VT3 і VT4 в цьому випадку не впливатиме на параметри мультивібратора.

R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 кОм

За номінальним рядом найближчий резистор дорівнює 7,5 кОм.

При номіналі резистора R5 = 7,5 кОм струм управління буферним каскадом дорівнюватиме:

Iупр. = (Uі.п. - Uбе) / R5 = (12в - 1,2в) / 7,5 кОм = 1,44 мА

Крім того, як я писав раніше, номінал колекторного навантаження транзисторів мультивібратора не впливає на його частоту, тому якщо у вас немає такого резистора, ви можете його замінити на інший «близький» номінал (5 … 9 кОм). Краще, якщо це буде у бік зменшення, щоб не було падіння струму, що управляє, на буферному каскаді. Але врахуйте, що додатковий резистор є додатковим навантаженням транзистора VT2 мультивібратора, тому струм, що йде через цей резистор, складається зі струмом колекторного резистора R4 і навантажувальний для транзистора VT2: Iобщ = Iк + Iупр. = 3,3мА + 1,44мА = 4,74мА

Загальне навантаження на колектор транзистора VT2 у межах норми. У разі перевищення максимального струму колектора вказаного за довідником і помноженого на коефіцієнт 0,8 , збільште опір R4 до достатнього зниження струму навантаження, або використовуйте потужніший транзистор.

7. Нам необхідно забезпечити струм на лампочці Iн = Рн/Uі.п. = 15Вт / 12В = 1,25 А

Але струм управління буферним каскадом дорівнює 1,44 мА. Струм мультивібратора необхідно збільшити на значення, що дорівнює відношенню:

Iн/Iупр. = 1,25А / 0,00144А = 870 разів.

Як це зробити? Для значного посилення вихідного струмувикористовують транзисторні каскади, побудовані за схемою «складеного транзистора». Перший транзистор зазвичай малопотужний (ми використовуватимемо КТ361Г), він має найбільший коефіцієнт посилення, а другий має забезпечувати достатній струм навантаження (візьмемо щонайменше поширений КТ814Б). Тоді їх коефіцієнти передачі h21 множаться. Так, у транзистора КТ361Г h21>50, а транзистора КТ814Б h21=40. А загальний коефіцієнт передачі цих транзисторів, включених за схемою складового транзистора: h21 = 50 * 40 = 2000. Ця цифра більша, ніж 870, тому цих транзисторів цілком достатньо для керування лампочкою.

Ну от, власне, і все!