Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

Что такое релаксационные генераторы?

Это генераторы, создающие колебание с высоким содержанием гармоник на принципе ПОС, действующей в широкой полосе частот. В генераторах синусоидальных колебаний ОС имеет избирательный характер, зависящий от резонансного контура. Чем больше добротность контура (т. е. чем уже его полоса), тем форма синусоидального колебания ближе к идеальной (содержит меньше гармоник).

Резонансная частота контура (обычно типа LC) определяет частоту колебаний синусоидального генератора. В релаксационных генераторах, работающих далеко от границы возникновения колебаний в контуре, частота определяется временем заряда и разряда конденсатора в RС-цепи. Самым простым типом релаксационного генератора является блокинг-генератор.

Как работает блокинг-генератор?

Блокинг-генератор «происходит» от генератора с индуктивной ОС. Сильная ПОС между входом и выходом в однокаскадной схеме осуществляется путем применения трансформатора, переворачивающего фазу на 180.

На рис. 10.20 представлена ламповая схема блокинг-генератора.

Схема работает следующим образом. После подачи напряжения питания начинает протекать анодный ток. Скачок напряжения в момент включения передается во вторичную обмотку и вызывает «возбуждение» сетки в направлении открывания. Это вызывает дальнейший рост анодного тока до того момента, пока не появится сеточный ток. После этого происходит падение анодного тока и вызванное этим падение напряжения на сетке, приводящее к запиранию лампы. Во время протекания сеточного тока происходит зарядка конденсатора С, который затем разряжается через R до уровня, соответствующего напряжению открывания лампы, при котором лампа снова начинает пропускать анодный ток, и процесс повторяется снова. Изменение напряжения на аноде и сетке лампы представлено на рис. 10.20, а.

Рис. 10.20. Схемы блокинг генератора на лампе (а) и транзисторе (б)

Транзисторная схема блокинг-генератора показана на рис. 10.20, б. Работа схемы происходит почти так же, как и в ламповом варианте. Большой ток базы вызывает зарядку конденсатора С, разряжающегося затем в период запирания транзистора до уровня, при котором транзистор начинает снова проводить. Время открытого состояния транзистора зависит главным образом от трансформатора. Время запирания — от постоянной времени RС-цепи базы. Следовательно, в данном генераторе частота повторения импульсов определяется постоянной времени RC, которую можно регулировать, например, с помощью потенциометра.

Какую схему называют нестабильным генератором?

Нестабильным генератором является любой генератор, не имеющий устойчивого состояния. После каждого переброса в генераторе возникают самопроизвольно (без внешнего воздействия) такие изменения, которые вызывают новый переброс, в свою очередь вызывающий следующий переброс, и т. д. Нестабильный генератор часто называют автогенератором. Таким нестабильным генератором является рассмотренный выше блокинг-генератор. Существуют также и другие типы нестабильных генераторов.

Что такое автоколебательный мультивибратор?

Мультивибратор — это релаксационный генератор, состоящий из двух каскадов RС-усилителей. Второй каскад переворачивает фазу колебания, подводимого снова к первому каскаду. Таким образом создается ПОС без использования трансформатора, как это имеет место в случае блокинг-генератора.

На рис. 10.21 изображен автоколебательный мультивибратор по крестообразной схеме, т. е. анод первого каскада связан с сеткой второго каскада, а анод второго каскада — с сеткой первого каскада.

Рис. 10.21. Схема лампового мультивибратора и формы напряжения на электродах

Вторая связь является ПОС. Поскольку «идеальной» симметрии обоих плеч цепи не бывает, положим, что в начальный момент лампа Л1 закрыта и на конденсаторе С1 имеется большой отрицательный заряд. На ее аноде действует в этом случае полное напряжение питания. В это время лампа Л2 отперта. Такое состояние не может сохраняться долго, так как конденсатор С1 разряжается через RC1, в результате лампа Л1 начинает проводить. При этом напряжение на аноде лампы Л1 уменьшается, возникает увеличение отрицательного напряжения на сетке лампы Л2 и рост напряжения на аноде лампы Л2 и в результате увеличение напряжения на сетке лампы Л1. Поэтому ток лампы Л1 еще больше возрастает, а ток лампы Л2 убывает. В конце концов лампа Л2 запирается. С этого момента напряжение на сетке лампы Л1 быстро убывает, а на сетке лампы Л2 увеличивается. Когда оно достигает напряжения отсечки, лампа Л2 отпирается, а лампа Л1 переходит в состояние запирания, и весь процесс повторяется снова.

Автоколебательный мультивибратор на транзисторе по схеме со связью «крест-накрест» изображен на рис 10.22. Схема работает таким же образом, как и с лампами. Однако следует подчеркнуть, что из-за явлений, происходящих в полупроводнике, и их инерционности форма получаемых колебаний несколько отличается от формы колебаний в ламповой схеме. В рассматриваемой схеме транзистор работает в режиме переключения из состояния непроводимости в состояние насыщения либо наоборот. Подобная работа транзистора обсуждалась в гл. 4.

Рис. 10.22. Схема транзисторного мультивибратора

Как работает автоколебательный мультивибратор в схеме с катодной (эмиттерной) связью?

На рис. 10.23 изображена схема мультивибратора на лампах с катодной связью.

Рис. 10.23. Схема мультивибратора с катодной связью

Связь между анодом лампы Л1 и сеткой лампы Л2 такая же, как у мультивибратора со связью «крест-накрест». Однако ПОС с лампы Л2 на Л1 осуществляется с помощью общего катодного резистора Rк. Он одновременно устанавливает смещение па сетках обеих ламп.

Работа схемы происходит следующим образом. Предположим, что в момент включения (начальный момент) проводит лампа Л2. Через некоторое время начинает отпираться лампа Л1. Напряжение на ее аноде убывает, что вызывает падение напряжения на сетке лампы Л2, которая запирается. В дальнейшем проводит лампа Л1. Когда конденсатор связи разрядится настолько, что напряжение на сетке лампы Л1 возрастет выше напряжения отсечки (напряжения запирания), лампа Л2 начинает проводить ток. При этом увеличиваются протекающий через резистор Rк ток и падение напряжения на этом резисторе, увеличивается отрицательное напряжение на сетке лампы Л1 и уменьшается ток лампы. Это приводит к увеличению напряжения на аноде лампы Л1 передаваемого через конденсатор на сетку лампы Л2. В результате возрастает анодный ток лампы, что приводит лампу Л1 в состояние запирания. Таким образом, произошел возврат к начальному состоянию, после чего весь процесс повторяется снова.

В транзисторной схеме ПОС осуществляется с помощью общего резистора, находящегося в эмиттерных цепях. Это схема мультивибратора с эмиттерной связью. Подобная схема дает возможность легко осуществлять работу транзисторов без захода в область насыщения (например, путем соответствующего подбора резисторов), благодаря чему можно получить лучшие времена переключения, чем при работе с насыщением.

Как регулируется частота колебаний в автоколебательном мультивибраторе?

Частота колебаний в мультивибраторе зависит от времени, проходящего с момента возникновения максимального отрицательного напряжения на сетке до момента, когда это напряжение достигает значения, при котором через лампу может протекать ток, т. е. значения, приближенно равного напряжению отсечки. Этот период времени зависит от постоянных напряжений в схеме, а также от постоянных времени сеточных цепей, определяющих скорость изменения напряжения на конденсаторах. Постоянная времени сеточной цепи одной лампы определяет запертое состояние другой и наоборот.

Полный период колебаний мультивибратора зависит от обеих постоянных времени. Поэтому изменение периода колебаний мультивибратора, а также изменение отношения времени отпирания и времени запирания можно осуществлять с помощью регулировки постоянных времени. Обычно это делают с помощью переменных резисторов, изменяющих значения постоянной времени RC.