ЛР 6 схемотехника

lab-n04-n06.md

1. Принцип работы автоколебательного мультивибратора на биполярных транзисторах: Работа начинается с состояния, когда один транзистор открыт (насыщен), а другой закрыт. Изменение состояний транзисторов происходит через зарядку и разрядку конденсаторов, подключенных между базой одного транзистора и коллектором другого. Когда конденсатор заряжается до определённого потенциала, он изменяет потенциал на базе закрытого транзистора, открывая его, и тем самым закрывая ранее открытый транзистор. Этот процесс повторяется циклически, образуя автоколебания.

2. Уровни напряжений на выходе мультивибратора: Уровни напряжений на выходе мультивибратора во время импульса и паузы между импульсами определяются состоянием транзисторов (открыт или закрыт) и параметрами схемы, такими как напряжение питания, сопротивления нагрузки в коллекторных цепях и характеристики транзисторов.

3. Изменение напряжения на базе закрытого транзистора и влияние "охранных" диодов: Напряжение на базе закрытого транзистора изменяется по экспоненциальному закону в зависимости от времени зарядки или разрядки конденсатора через базовый резистор. Использование "охранных" диодов приводит к тому, что отрицательное напряжение, при котором транзистор остается закрытым, ограничивается напряжением прямого падения на диоде, предотвращая чрезмерное отрицательное напряжение на базе и защищая транзистор от повреждения.

4. Влияние внешней нагрузки на период колебаний мультивибратора: Внешняя нагрузка, подключенная между коллектором одного из транзисторов и общим проводом, может влиять на значение периода формируемых колебаний, поскольку она изменяет условия зарядки и разрядки времязадающих конденсаторов. Это, в свою очередь, может изменять время переключения транзисторов и, следовательно, период колебаний. Однако конкретное влияние зависит от параметров схемы и характеристик подключенной нагрузки.

5. Ограничение максимальной частоты следования импульсов: Максимальная частота следования импульсов автоколебательного мультивибратора на биполярных транзисторах ограничивается частотными свойствами транзистора (граничной частотой транзистора по току в схеме с общей базой) и временем переключения транзисторов (временем запаздывания фронтов и временем рассасывания зарядов в базах насыщенных транзисторов). Использование дрейфовых транзисторов может уменьшить длительность фронтов импульса и увеличить частоту колебаний, но они обладают меньшей величиной обратного пробивного напряжения, что также может ограничивать длительность импульса.

6. Влияние диодов VD1 и VD4 на форму импульсов: Диоды VD1 и VD4 в схеме мультивибратора улучшают форму выходных импульсов, предотвращая глубокое насыщение транзисторов и обеспечивая более резкое изменение выходного напряжения (улучшение фронта и спада импульсов). Это достигается за счет того, что заряд конденсаторов теперь происходит через дополнительные резисторы, а не через коллекторные сопротивления, как в простейшей схеме. При закрытии транзистора ток через его коллекторный резистор прекращается мгновенно, благодаря чему напряжение на выходе быстро меняется от низкого к высокому уровню.

7. Как диоды VD2 и VD5 увеличивают скорость переключения транзисторов: Диоды VD2 и VD5 включены таким образом, что предотвращают глубокое насыщение транзисторов. При чрезмерном снижении потенциала коллектора, когда транзистор может войти в насыщение из-за избыточного заряда в базе, диод открывается и фиксирует потенциал коллектора на минимально-достаточном уровне. Это препятствует накоплению избыточного заряда в базе, что ускоряет выключение транзистора, поскольку отрицательный потенциал, приложенный к базе, быстрее обеспечивает его выключение, не ожидая рассасывания избыточного заряда.

8. Назначение "охранных" диодов VD3 и VD6: "Охраняемые" диоды VD3 и VD6 защищают транзисторы от пробоя, ограничивая отрицательное запирающее напряжение на эмиттерно-базовом переходе значением прямого падения напряжения на диоде (около 0.6 - 0.7 В). Это напряжение достаточно для надежного запирания транзисторов и предотвращает их электрический пробой.

9. Влияние исключения сопротивлений R7 и R10: Исключение сопротивлений R7 и R10 (замена их на проводники) приведет к изменению условий зарядки и разрядки времязадающих конденсаторов, что, в свою очередь, может влиять на скорость переключения транзисторов и, как следствие, на частоту генерируемых колебаний. Также это может изменить условия насыщения и запирания транзисторов, что окажет влияние на стабильность работы схемы и форму выходных импульсов.

10. Влияние управляющего напряжения смещения базовых цепей (EУПР) на период колебаний: Управляющее напряжение смещения базовых цепей транзисторов влияет на порог запуска транзисторов в схеме мультивибратора, тем самым изменяя время, необходимое для зарядки и разрядки времязадающих конденсаторов. Это напрямую влияет на период колебаний, так как изменяется время, в течение которого каждый из транзисторов находится в открытом или закрытом состоянии. При изменении EУПР модифицируется начальное условие для процесса зарядки/разрядки, что приводит к изменению общего времени цикла автоколебаний.

11. Влияние изменения сопротивлений RK1 и RK2 на период колебаний: Сопротивления RK1 и RK2, как правило, являются частью коллекторных цепей транзисторов и влияют на скорость изменения напряжения на конденсаторах, задействованных в формировании периода колебаний мультивибратора. Изменение этих сопротивлений может изменить скорость зарядки и разрядки конденсаторов, что, в свою очередь, влияет на период колебаний. Увеличение сопротивления приведет к увеличению времени зарядки/разрядки конденсаторов, тем самым увеличив период колебаний, и наоборот.

12. Схема автоколебательного мультивибратора на полевых транзисторах: Для создания автоколебательного мультивибратора на основе полевых транзисторов используются аналогичные принципы, что и в биполярной версии, но с учетом особенностей управления полевыми транзисторами, где управление происходит через напряжение на затворе. В такой схеме могут использоваться полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET), подключенные так, чтобы обеспечивать необходимую обратную связь для генерации колебаний.

13. Изменение осциллограммы на первом выходе при несимметричной схеме (RБ1=RБ2 и С1<<C2): Если сделать схему мультивибратора несимметричной, например, при условии, что один из конденсаторов имеет значительно меньшую емкость по сравнению с другим, это изменит длительности фаз работы транзисторов. Транзистор, связанный с конденсатором меньшей емкости, будет переключаться быстрее, что приведет к изменению формы и длительности импульсов на выходе. В результате, на выходе, связанном с транзистором, у которого конденсатор имеет меньшую емкость, импульсы будут короче, а паузы между ними — длиннее, что сделает осциллограмму на первом выходе несимметричной относительно второго выхода.

14. Насыщение транзистора и меры противодействия глубокому насыщению: Насыщение транзистора — это режим работы, при котором транзистор полностью открыт, и дальнейшее увеличение базового тока не приводит к значительному увеличению тока коллектора. В этом состоянии напряжение между коллектором и эмиттером минимально. Глубокое насыщение увеличивает время выключения транзистора из-за необходимости рассасывать избыточный заряд из базы, что снижает быстродействие схемы. Схемотехнические меры противодействия глубокому насыщению включают использование резистора в базовой цепи для ограничения тока базы, применение диодов Шоттки между базой и коллектором для предотвращения избыточного падения напряжения на коллекторе и, следовательно, избыточного накопления заряда в базе, и использование специальных схем управления, которые ограничивают время и уровень насыщения транзистора.