Электроника?.. Нет ничего проще! - Жан-Поль Эймишен

Н. — Я примерно догадываюсь, как это происходит. По сути дела напряжения на базах имеют примерно такую же форму, как и на рис. 69, и это вполне нормально, потому что эти напряжения получены после цепочек связи, состоящих из конденсаторов и резисторов. Но меня изрядно удивляет форма напряжений на коллекторах. Почему напряжение так медленно повышается и так резко падает?

Л. — Медленный подъем кривой объясняется очень просто. Когда, например, транзистор Т1 запирается, потенциал его коллектора не может быстро повышаться, так как для этого конденсатор С2 должен зарядиться через резистор R1. Это придает кривой, о которой ты говоришь, закругленную форму.

А когда транзистор, например Т1, резко отпирается, то схема по его коллектору как бы замыкается накоротко. Этим и объясняется большая крутизна спада напряжения на коллекторах, которую можно видеть на кривых изменения потенциалов коллекторов Т1 и Т2. Кроме того, не следует забывать, что обе базы транзисторов не могут одновременно стать положительными. Как только база оказывается под малым положительным потенциалом, переход база — эмиттер становится проводящим, образуя настоящее короткое замыкание на корпус. Этим и объясняются горизонтальные участки кривых напряжений обеих баз на рис. 79.

Рис. 79. Форма напряжений показанного на предыдущем рисунке мультивибратора.

Можно было бы еще очень много рассказать о мультивибраторе, но твоих знаний уже достаточно, чтобы иметь возможность использовать его в качестве делителя частоты.

Н. — Прежде чем заняться делением частоты, я хотел бы задать один вопрос. Ты сказал, что транзисторы Т1 и Т2 находятся в состоянии насыщения, когда работают. Я тебе верю, но хотел бы знать, почему.

Л. — Задавая этот вопрос, ты абсолютно прав. Предположим, например, что сейчас ток проводит транзистор Т1. Ток его базы проходит через резистор R3. Потенциал базы почти равен потенциалу эмиттера, как это бывает в любом незапертом транзисторе. Следовательно, падение напряжения на резисторе R3 практически равно +Е. Значит, протекающий по этому резистору ток, т. е. ток базы транзистора Т1 приблизительно равен E/R3.

Кроме того, если этот транзистор находится в состоянии насыщения, потенциал его коллектора практически равен нулю, а ток коллектора приблизительно равен E/R1. Поэтому для выполнения условия насыщения достаточно иметь такой коэффициент усиления транзистора по току (который мы обозначаем буквой β), чтобы произведение тока базы E/R3 на β было больше максимального тока, который сможет пропустить коллектор, т. е.

Возьмем для наглядности числовой пример. Пусть коэффициент усиления транзистора по току β = 30. Тогда для выполнения условия насыщения произведение 30·(Е/R3) — должно быть больше E/R1, для чего достаточно, чтобы сопротивление резистора R3 было меньше 30·R1.

Н. — До сих пор я внимательно следил за тобой, но имеется еще один момент: ты пренебрегаешь токами, которые могут поступать или уходить с баз или коллекторов вследствие зарядов или разрядов конденсаторов.

Л. — Они только упорядочивают работу схемы. Например, когда конденсатор C1 заряжается через резистор R2, зарядный ток прибавляется к току, поступающему на базу транзистора Т1 через резистор R3. Как ты видишь, он просто улучшит положение.

Л. — А теперь я воспользуюсь диодом Д1, который до сих пор оставался без дела, чтобы подать на коллектор Т1 отрицательный импульс из точки А через конденсатор С3.

Н. — А какую роль играет резистор R5?

Л. — Этот резистор просто-напросто устанавливает средний потенциал катода диода Д1 на уровне +Е. Поэтому диод может проводить ток только при запертом транзисторе Т1 (потому что это повышает потенциал коллектора транзистора Т1 и потенциал анода диода до уровня +Е), когда катод этого диода стал отрицательным под воздействием поступающего через конденсатор С3 импульса.

Н. — Но это ужасно! Если ты таким образом подашь импульс на коллектор транзистора Т1, то полностью нарушишь работу схемы!

Л. — Должен признаться, что именно это я и намерен сделать. Предположим, например, что мультивибратор имеет тенденцию работать с частотой повторения 100 гц. Подадим ему в точку А отрицательные импульсы с частотой 330 гц. Предположим для начала, что первое срабатывание мультивибратора, совпадающее с резким падением потенциала на коллекторе транзистора Т1 произойдет точно в момент поступления импульса в точку А.

Есть все основания полагать, что когда в точку А придет следующий импульс, транзистор Т1 еще будет в состоянии насыщения. Поэтому приложенный на катод диода импульс не будет передан. Следующий импульс может застать транзистор Т1 в состоянии насыщения и также не вызовет никакого результата. Третий импульс придет в момент, когда мультивибратор вот-вот самопроизвольно опрокинется; Т1 еще заперт, а база транзистора Т2 почти готова открыться. Этот третий импульс опрокинет мультивибратор на какое-то мгновение раньше, чем он сделал бы это сам. Три периода сигнала с частотой 330 гц занимают времени чуть меньше одной сотой доли секунды. Через три следующих импульса картина повторяется во всех мельчайших подробностях; поступивший в точку А импульс вызовет опрокидывание мультивибратора немного раньше положенного ему срока. Таким образом, наш мультивибратор станет работать несколько быстрее, чем если бы ему предоставили полную свободу действий. Он станет давать сигналы с частотой 110 гц, т. е. с частотой, ровно в 3 раза меньшей приложенной (рис. 80).

Рис. 80. Подаваемые в точку А синхронизирующие импульсы вызывают опрокидывание мультивибратора несколько раньше момента его самопроизвольного опрокидывания. В результате мультивибратор дает сигналы с частотой в 3 раза ниже частоты подаваемых в точку А синхронизирующих импульсов.

Н. — Ну, с этим я не согласен. В первый раз, когда мы применением грубой силы заставим мультивибратор сработать преждевременно, неизбежно произойдет какая-то деформация мультивибратора. При повторном проявлении насилия следующая деформация наложится на первую. И через два или три периода мультивибратор вообще откажется подчиняться.

Л. — Как раз нет, Незнайкин. Мультивибратор не обладает памятью. Каждый раз после срабатывания, как самопроизвольного, так и вызванного внешним импульсом, мультивибратор оказывается в строго определенном состоянии, которое не зависит от вызвавшей его опрокидывание причины.

Н. — Если я правильно понял, твой мультивибратор не помнит зла.

Л. — Радиоэлектроника не располагает средствами психоанализа, которые позволили бы определить настроение мультивибраторов. Говоря проще на языке техники, они не имеют запоминающего устройства. Впрочем, это очень полезное для нас свойство.

Н. — Это действительно не кажется мне очень сложным. Но что произойдет, если я изменю частоту подаваемых в точку А импульсов? Например, если увеличу частоту до 400 гц?

Л. — Может быть, система еще будет действовать, и мультивибратор согласится ускорить ритм своей работы до 400 гц: 3 = 133 гц. Но может случиться и так, что после опрокидывания синхронно с одним импульсом к моменту прихода следующего импульса мультивибратор еще не станет чувствительным к пусковому импульсу. В этих условиях он не признает третьего импульса и сработает на четвертом, который поступает точно в тот момент, когда мультивибратор должен был опрокинуться самопроизвольно. Тогда система будет делить подаваемую частоту не на три, а на четыре.