Двухполярный ждущий мультивибратор

 

Изобретение относится к импульсной технике, технике автоматического управления и регулирования и может быть использовано для селекции импульсов по знаку. Изобретение позволяет формировать импульсы заданной амплитуды и длительности, знак которых совпадает со знаком запускающего импульса. Ждущий мультивибратор образован двумя электронными ключами на транзисторах (Т) (VT1, VT2) противоположного типа проводимости, включенными параллельно цепи обратной связи на Т(VT3,VT4), питающихся от источника, имеющего вывод средней точки. Запускающий импульс поступает на общий вход и, в зависимости от знака, открывает тот или другой ключ, формирующий положительный или отрицательный прямоугольный импульс по отношению к средней точке источника. Амплитуда импульса равна положительному или отрицательному напряжению источника относительно его средней точки, длительность импульса определяется времязадающим конденсатором в цепи обратной связи. Технический результат: ждущий мультивибратор в процессе формирования импульса защищен от помех и нарушения работы при поступлении нового запускающего импульса до окончания формирования. 4 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве генератора импульсов стандартной длительности и формы для задержки импульсов на заданное время, а также в качестве селектора импульсов по знаку.

Известны ждущие мультивибраторы [1], [2], [3], [4], предназначенные для формирования прямоугольных импульсов заданной амплитуды и длительности под воздействием запускающих импульсов произвольной формы. Они обладают одним устойчивым состоянием равновесия. Запускающий импульс выводит ждущий мультивибратор из этого состояния, но через промежуток времени, определяемый параметрами элементов схемы, без воздействия извне, в результате внутренних процессов он вновь возвращается в исходное устойчивое состояние.

Наиболее близкий вариант - ждущий мультивибратор на транзисторах разного типа проводимости (Исаков Ю.А. и др. Промышленная электроника. Киев, Выща школа, 1975, рис.4.35). Его схема показана на фиг. 1.

Мультивибратор образован двумя электронными ключами, построенными на транзисторах VT1 и VT2 и их коллекторными резисторами R_к1 и R_к2. Транзисторы имеют противоположный тип проводимости. Между коллектором VT1 и базой VT2 действует отрицательная обратная связь через резистор R_б2, а между коллектором VT2 и базой VT1 действует другая обратная связь через конденсатор C. В исходном состоянии оба транзистора открыты и насыщены, что достигается выбором базовых резисторов R_б1 и R_б2. Конденсатор C после включения схемы заряжается по пути (-E_к) - участок эмиттер-база VT1 - C - VT2 - R - (-E_к) до напряжения U_с = E_к R₂/(R₁ + R₂), определяемого делителем R₁R₂. Положительный запускающий импульс запирает транзистор VT1, его коллекторное напряжение становится равным (-E_К) и, в свою очередь, запирает транзистор VT2. В этом состоянии конденсатор C оказывается под напряжением противоположной полярности и начинает перезаряжаться через резисторы R_к1 и R_к2. Как только напряжение между базой и эмиттером перейдет через нулевое значение, мультивибратор возвращается в исходное состояние, оба транзистора открываются и конденсатор заряжается с полярностью, показанной на фиг. 1.

В ряде случаев требуются прямоугольные импульсы, полярность которых совпадает с полярностью запускающих импульсов. Любой из известных ждущих мультивибраторов, в том числе и отписанный, не обладает способностью формировать импульсы разной полярности. Приход запускающего импульса одной полярности вызывает появление на выходе импульса той же полярности, в то время как появление запускающего импульса другой полярности только подтверждает исходное состояние, поскольку транзистор VT1 уже насыщен.

Задача изобретения - создание двухполярного ждущего мультивибратора, формирующего прямоугольные импульсы, полярность которых совпадает с полярностью запускающих импульсов.

Задача изобретения достигается тем, что в двухполярном ждущем мультивибраторе, образованном двумя электронными ключами на транзисторах противоположного типа проводимости и цепью обратной связи, включенными параллельно и питающихся от источника, имеющего вывод средней точки цепь обратной связи содержит два последовательно соединенных усилителя на транзисторах противоположного типа проводимости, эмиттеры которых соединены между собой и через резистор с средней точкой источника, коллекторные нагрузки представляют собой два последовательно соединенных резистора каждая, их общие точки соединены каждая с базой транзистора того ключа, транзистор которого имеет противоположный тип проводимости, между коллекторами транзисторов усилителей цепи обратной связи включен конденсатор, базы транзисторов усилителей объединены и образуют вход ждущего мультивибратора относительно средней точки источника, вход с помощью базового резистора соединен с точкой соединения коллекторов транзисторов ключей, представляющей собой выход двухполярного ждущего мультивибратора по отношению к средней точке источника.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема ждущего мультивибратора-прототипа; на фиг. 2 - схема двухполярного ждущего мультивибратора; на фиг.3 - диаграммы изменения напряжений двухполярного ждущего мультивибратора, где U_з - запускающий импульс; U_с - напряжение на конденсаторе C; U_к3 - напряжение на коллекторе транзистора VT3; U_к4 - напряжение на коллекторе транзистора VT4; U_вых - напряжение в точке O по отношению к общей точке источника О; на фиг.4 - эквивалентные схемы заряда и перезаряда конденсатора C: 1) схема заряда конденсатора C; 2) схема перезаряда конденсатора C в результате действия положительного запускающего импульса; 3) схема перезаряда конденсатора C в результате действия отрицательного запускающего импульса.

Двухполярный ждущий мультивибратор, схема которого показана на фиг.2, представляет собой два электронных ключа ab и cd на транзисторах VT1 и VT2 противоположного типа проводимости, питающихся от источника, имеющего вывод средней точки, включенных параллельно цепи обратной связи, цепь обратной связи MN содержит два последовательно соединенных транзисторных усилителя, транзисторы которых VT3 и VT4 имеют разный тип проводимости, их эмиттеры соединены и через небольшое сопротивление R подключены к средней точке источника, между коллекторами включен времязадающий конденсатор C, коллекторные нагрузки представляют собой два последовательно соединенных резистора каждая, R₃ = R'₃ + R''₃ и R₄ = R'₄ + R''₄, общие точки резисторов, образующих коллекторные нагрузки каждого транзистора R₃ и R₄ соединены с базой транзистора того ключа, который имеет противоположный тип проводимости, базы транзисторов усилителей объединены и образуют вход ждущего мультивибратора по отношению к средней точке источника, соединенный с помощью базового резистора R_б с точкой соединения коллекторов транзисторов ключей О', образующей выход двухполярного ждущего мультивибратора по отношению к средней точке источника О.

Основу двухполярного ждущего мультивибратора составляют ключи ab и cd на транзисторах VT1 и VT2, имеющих разный тип проводимости. В зависимости от управляющего напряжения на их базах по отношению к эмиттерам они могут находиться оба в закрытом состоянии или в открытом состоянии. Соединение между собой их коллекторов в точках О'О' ограничивает число возможных состояний. В отсутствие напряжений на базах схема устойчива. Все транзисторы заперты и через них не протекают коллекторные токи. Ток протекает только через последовательно соединенные резисторы R_к1, R_к2, и вследствие равенства напряжений плеч источника E₁ и E₂, а также равенства сопротивлений резисторов R_к1 и R_к2, напряжение в точках О'О' равно напряжению средней точки О источника.

Конденсатор C заряжается по пути (+E₂) - R₃ - C - R₄ - (-E₁) в соответствии с эквивалентной схемой заряда конденсатора, показанной на фиг. 4.1 до напряжения U_Cm = 2E. Такое состояние в результате действия резистора R устойчиво - любое отклонение от состояния равновесия на входе тут же компенсируется появлением напряжения на эмиттере. При этом отпадает необходимость в начальной балансировке схемы.

Из этого предварительного начального состояния схема может быть выведена запускающим импульсом. Вследствие соединения коллекторов транзисторов ключей ab и cd возможно два варианта. Положительный запускающий импульс, поступая на объединенные базы транзисторов VT3 и VT4, открывает транзистор VT3 и вводит его в состояние насыщения, одновременно сильнее закрывая транзистор VT4. Открытие транзистора VT3 сопровождается появлением на базе VT1 открывающего напряжения в результате падения напряжения от коллекторного тока, протекающего через резистор R₃. Коллекторное напряжение VT1 скачком поднимается почти до напряжения источника E, формируя на выходе начальный участок импульса, а напряжение на коллекторе VT3 скачком опускается почти до нуля. На резисторе R появляется положительное напряжение, защищающее транзистор VT3 от случайных и повторных воздействий. По окончании действия запускающего импульса транзистор VT3 поддерживается в открытом состоянии коллекторным напряжением VT1, поступающим на его базу через базовый резистор R_б, а транзистор VT1 поддерживается напряжением на его базе, поступающим с коллекторной нагрузки VT3. Заряженный до U_с = 2E конденсатор C оказывается под противоположным напряжением и, в соответствии с эквивалентной схемой фиг.4.2, должен перезаряжаться до напряжения, определяемого по второму закону Кирхгофа, U_с = -E.

Процесс перезарядки идет с той же постоянной времени, что и процесс заряда. В момент перехода напряжения на конденсаторе через нулевое значение открывается транзистор VT2, прекращая процесс перезаряда, и мультивибратор возвращается в исходное состояние и, после заряда конденсатора в соответствии с эквивалентной схемой фиг. 4.1, вновь готов к принятию запускающего импульса.

Второй вариант связан с появлением отрицательного запускающего импульса на входе. Процессы в этом случае происходят в соответствии со схемой, показанной на фиг. 4.3, отрывается транзистор VT4, открывая транзистор VT2. При этом конденсатор C перезаряжается от напряжения U_с = 2E до напряжения (-E), как и в первом варианте, но в момент, когда напряжение на конденсаторе сравнивается с положительным напряжением источника (+E), происходит открытие транзистора VT1 и отрицательное напряжение на выходе вновь поднимается до нуля.

Эти процессы иллюстрируются осциллограммами напряжений на элементах схемы (фиг. 3), U_з - запускающие импульсы на входе мультивибратора, U_с - напряжение на конденсаторе C, U_к3 - напряжение на коллекторе VT3, U_к4 - напряжение на коллекторе VT4, U_вых - напряжение на выходе в точке О' по отношению к средней точке источника О.

Источники информации: 1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М. , Энергия, 1977, - 672 с.

2. Кочанов И.Л. Промышленная электроника. М., Высшая школа, 1968. - 559 с.

3. Исаков Ю.А. и др. Промышленная электроника. К., Вища школа. 1975, - 328 с.

4. Морозов А. Г. Электроника, электротехника, импульсная техника. М., Высшая школа. 1987, - 448 с.

Формула изобретения

Двухполярный ждущий мультивибратор, образованный двумя электронными ключами на транзисторах противоположного типа проводимости и цепью обратной связи, включенными параллельно, питающихся от источника, имеющего вывод средней точки, отличающийся тем, что цепь обратной связи содержит два последовательно соединенных усилителя на транзисторах противоположного типа проводимости, эмиттеры которых соединены между собой и через резистор - со средней точкой источника, коллекторные нагрузки представляют собой два последовательно соединенных резистора каждая, их общие точки соединены каждая с базой транзистора того ключа, транзистор которого имеет противоположный тип проводимости, между коллекторами транзисторов усилителей цепи обратной связи включен конденсатор, базы транзисторов усилителей объединены и образуют вход ждущего мультивибратора относительно средней точки источника, вход с помощью базового резистора соединен с точкой соединения коллекторов транзисторов ключей, представляющей собой выход двухполярного ждущего мультивибратора по отношению к средней точке источника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4