Мультивибратор Советский патент 1980 года по МПК H03K3/283 

1

Изобретение относится к импульсной технике и автоматике и может быть использовано 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 скважное.тью и известным порядком переключе- НИИ при возбуждении.

Известен мултивибратор на п-р-п транзисторе и полевом транзисторе . Однако он обладает недостаточно высокой термостабильностью. 15

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

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 п-р-п гран- 30

зистор, включенный по схеме с общими эмиттером, в коллекторе которого включены два последовательно соединенные резистора, а база соединена со стокдм полевого транзистора, а затвор полевого транзистора подключен к коллектору п-р-п транзистора через времязадающий конденсатор, третий резистор, источник питания, дополнительно введены истоковый вывод полевого транэнс-тора подключен к общей точке соединения первого и второго резисторов в коллекторной цепи п-р-п транзистора, а между источником питания и затвором полевого транзистора включен резистор,

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

Мультивибратор содержит полевой транзистор 1, времязадающий конденсатор 2 и резистор 3 образуют инерционное звено, резисторы 4 и 5, п-р-п транзистор 6. На фиг. 1 также показаны резистор 7 нагрузки и клеммы 8,9 и источника питания (источник питания не показан). Работает мультивибратор следующим образом. Возбуждение мультивибратора происх дит при полключении к нему питания в мягком режиме синфазным открыванием обоих транзисторов и установлением максимального уровня отрицательного выходного напряжения на коллекто эе п-р-п транзистора 6 относительно поло жительного проводника. С момента подключения питания, из-за отсутствия на чального запирающего напряжения на затворе, полевой транзистор 1 открыва ется до состояния насыщения и включает п-р-п транзистор 6. Напряжение на резисторе 7 достигает почти До напряжения источника питания, так как .ток через полевой транзистор 1 обеспечивает достаточно высокую степень насыщения п-р-п транзисторов 6. Коллекторный ток последнего на общем резисторе 4 совместно с истоковым током полевого транзистора 1 на его затворе формирует напряжение положительного запирающего смещения U (фиг. 2,б). Одновременно с приоткрыва нием п-р-п транзистора б начинается заряд конденсатора 2, ток заряда конденсатора 2 на резисторе 3 создает управляющее напряжение иу(фиг.2 а). Оно к р-п перходу полевого транзистора приложено в прямом направлении, действует встречно напряжению обратно го смещения,следовательно дает положи тельную обратную связь. В начальный период уровень действунхдего, напряжения Ux (фиг. 2,в) на управляющем пе реходе полевого транзистора, равный сумме напряжений обратных связей, меньше уровня напряжения отсечки его канала (фиг. 2,в) Up .Поэтому полево транзистор 1 продолжает оставаться о крытым, обеспечивая достаточно высокую степень насыщения тока базы п-р-п транзистора 6.По мере заряда конденсатора 2 управляющее напряжение п дает и результируквдее напряжение нач нает прикрывать полевой транзистор 1 При этом вначале коллекторный ток п-р-п транзистора б продолжает оставаться практически постоянным,а умен шается только степень его насыщения. некоторый момент t(фиг. ) п-р-п транзистор 6 входит в режим активной области и коллекторный ток начинает уменьшаться. Величина выходного напряжения также начинает уменьшаться. Такое изменение выходного напряже ния ускоряет процесс убывания зарядн го тока конденсатора 2 (внутрен1;гее сопротивление п-р-п транзистора б ра тет) и соответствующего прикривания канала полевого транзистора 1, что в зывает регенерационный процесс эапир ния транзисторов. Полевой транзистор закрывается в момент tg(Фиг. ), .когда действующее напряжение на его управляющем переходе увеличится до н пряжения отсечки. Спад коллекторного тока п-р-п транзистора б происходит с небольшим отставанием от тока полевого транзистора 1, что вызвано расса сыванием остаточного заряда в базе первого. Поэтому в момент запирания полевого транзистора 1 обратное смещен ние на его затворе формируется остаточным током п-р-п транзистора 6 на общем резисторе. При спаде коллекторного тока напряжение запирающего смещейия быстро убывает 1,(фиг, ), но при этом напряжение энергии, накоп (венной на времязадающем конденсаторе 2, начинает действовать на управляющий переход полевого транзистора 1. Полярность этого напряжения на него оказывает запиракяцее действие. Разряд конденсатора 2 начинается еще при спаде коллекторного тока п-р-п транзистора б, когда величина выходного .напряжения становится меньше напряжения на его обкладках t(фиг. 2,6). 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 и2,(фиг. 2jB) формируется на резисторах 3 и 4. При его уменьшении, в процессе разряда конденсатора 2, до величины напряжения отсечки в момент 1{-(фиг. 2 б) в канале транзистора 1 появляется ток, который в цепи стока приоткрывает п-р-п 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 п-р-п 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 запиракнцее напряжение. При возрастании величины выходного напряжения до уровня напряжения на обкладках конденсатора 2 разряд его прекращается момент 1(фиг. 2 в), запирающее напряжение падает. Затем,по мере дальнейшего открывания п-р-п транзистора б, начинается заряд конденсатора 2. При этом падение напряжения на резисторе 3 меняет полярность и более интенсивно открывает канал пблевого транзистора 1,вследствие чего п-р-п транзистор б ускоренно открывается до заданного режима насыщения.Выходной сигнал достигает своего максимального значения.Дальнейшие процессы повторяются по описанному циклу,ло с тем отличием,что длительность остальных импульсов из-за неполного разряда конденсатора 2 будет немного меньше, чем у первого импульса. Термостабильность предлагаемого устройства по сравнению с известным существенно более высокая. Она достиг нута параметрическим компенсированием температурного дрейфа напряжений внут ренних связей, осуществляющих опрокидывания мультивибратора. Дрейф длител ности отрицательных выходных импульсо в основном зависит от температурного изменения параметров инерционного зве на, напряжения отсечки канала полевого транзистора 1 и температурного дре фа коллекторного тока п-р-п транзисто ра б. С увеличением температуры проис ходят следующие явления ; а) при поло жительном ТКЕ времязаданлцего конденса тора 2 во время его заряда управляющее напряжение, создаваемое на резисторе 3 в каждый момент времени будет больше, чем при номинальной температу ре, б) у полевого TpaH3HCTOt c 1 круадзна переходной характеристики умень шается, что в цепи истока ведет к / уменьшению напряжения обратного смеще ния, а в цепи стока к уменьшению степени насыщения тока базы п-р-п транзистора б, в) у п-р-п транзистора б с ростом температуры напряжение насыщения базы уменьшается, а коэффициент усиления его тока увеличивается, поэтому происходит небольшое положительное приращение коллекторного тока и компенсация уменьшения падения напряж 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 положитель ному приращению напряжения обратного смещения. Так как обратное смещение и управляющее напряжение к переходу исток-затвор полевого транзистора 1 включены встречно, то подобрав опреде ленный температурный градиент изменения их и обеспечив превышение дрейфа U(- над Uynp можно парировать положительный дрейф напряжения отсечки Up 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 п-р-п транзистора б. При увеличении темпера туры рост обратного тока коллектора на общем резисторе 4 вызывает повышение падения напряжения, совпадающего в контуре управления полевым транзистором 1, по знаку, с падением напряже ния от разрядного тока конденсатора 2 на резисторах 3 и 4. В свою очередь относительное увеличение разрядного тока, из-за повышения емкости конденсатора 2, вызывает рост пащения напря жения 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., в данном мультивибраторе, в отличие от известного мультивибратора, процессы переключения происходят при заряде или самопроизвольном разряде время задающего конденсато{)а, а не при перезаряде его внешним источником. Как известно, при перезаряде встречным напряжением изменение разности потенциалов на обкладках конденсатора до нулевого напряжения происходит быстрее. Эта особенность обеспечивает 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 частоту следования импульсов не изменяя их скважности, изменением сопротивлейий резисторов 4 и 5 регулируется как частота, так и скважность импульсов. Требуемые их значения, при заданной величине сопротивления нагрузки,могут быть установлены комбинированным подбором параметров перечисленных элементов. Формула изобретения. Мультивибратор, содержащий п-р-п 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 п-р-п транзистора через времязадающий конденсатор, третий резистор, источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения термостабильности работы, истоковый вывод полевого транзистора подключен к общей точке соединения резисторов в коллекторной цепи п-р-п транзистора, а между источником пита