Circuit basculant monostabil cu tranzistoare

CIRCUIT BASCULANT MONOSTABIL CU TRANZISTOARE

Introducere teoretica

Prin circuit basculant monostabil (C.B.M.) se intelege un circuit caracterizat prin doua stari: una stabila, cealalta instabila (cvasistabila). In absenta unor impulsuri de comanda exterioare, C.B.M.-ul trece in starea stabila. La aplicarea unui impuls exterior, circuitul trece in stare instabila, ramane in aceasta stare un timp t bine determinat, fixat prin elementele de temporizare incluse in schema sa, apoi C.B.M.-ul revine in stare stabila –fara alta comanda din exterior.

Uzual, prin semnal de comanda se intelege un semnal dreptunghiular periodic. Practic, schema C.B.M.-urilor este astfel alcatuita incat bascularea din starea stabila in starea cvasistabila se face pe frontul negativ al impulsurilor ( unele C.B.M.-uri basculeaza pe frontul pozitiv, altele pe frontul negativ al impulsurilor aplicate la intrare). Majoritatea C.B.M.-urilor sunt “neretriggerabile”, cu alte cuvinte, daca in timp ce C.B.M.-ul este in stare instabila apare comanda de basculare la intrarea sa, aceasta comanda nu are efect (impulsurile de comanda determina bascularea circuitului doar daca acesta se afla in starea stabila). Exista insa C.B.M.-uri “retriggerabile” la care impulsurile de comanda au efect chiar daca circuitul este in stare cvasistabila. Practic,circuitul revine in starea stabila dupa un timp t de la ultimul impuls de comanda.

Functionarea C.B.M-ului cu tranzitoare, cu cuplaj colector- baza

Starea stabila.

Schema unui C.B.M. clasic cu tranzistoare, cu cuplaj colector-baza, neretriggerabil, activ pe frontul negativ al impulsurilor de la intrare este data in figura 1. In starea stabila, daca circuitul este proiectat corect, tranzistorul Q₁ este blocat, iar Q₂ saturat. Intr-adevar, jonctiunea BE a lui Q₂ este polarizata direct prin R_T, deci tranzistorul conduce. Curentul sau de baza poate fi calculat cu relatia:

  (1)

Daca I_B2 este suficient de mare, Q₂ este saturat, deci U_CE2=U_CES. Curentul prin rezistenta de colector E_C2 este:

   (2)

O parte din acest curent circula prin rezistentele R r :

    (3)

(s-a neglijat I_CBC fata de I). Ca urmare, curentul de colector al lui Q₂ este:

    (4)

Pentru ca tranzistorul Q₂ sa fie saturat, este necesar sa fie indeplinita conditia:

   (5)

unde I_B2 si I_C2 sunt dati de relatiile (1), respectiv (4).

Curentul I care circula prin R si r determina in baza tranzistorului Q₁ o tensiune:

    (6)

Pentru ca tranzistorul Q₁ sa fie blocat este necesar si suficient ca U_B1<0. Intr-adevar, in acest caz , iar .

Sa observam ca in starea stabila, condensatorul C_T este incarcat cu polaritatea din figura cu tensiunea .

2.2. Starea cvasistabila. Schema electrica completa a unui C.B.M. cu tranzistoare, cu cuplaj colector-baza este data in figura 2.

Document online: Evolutia pietei imobiliare in ultimii ani Document online: Descriere folii de polietilena

Se remarca completarea C.B.M.-ului propriu-zis (cel din fig. 1) cu circuitul de comanda format din R_d, C_d si dioda D. La intrare, circuitul de diferentiere format din R_d si C_d (practic un circuit RC trece sus) asigura obtinerea unor impulsuri scurte (spituri), reprezentate in fig. 3b.  Impulsurile pozitive nu influenteaza C.B.M.-ul, caci dioda D nu este polarizata direct. In schimb, impulsurile negative determina intrarea in conductie a diodei si deci scaderea tensiunii in colectorul lui Q₁. In primul moment, caderea de tensiune la bornele condensatorului ramane constanta. Ca urmare, scaderea tensiunii din colectorul lui Q₁ determina o scadere a tensiunii in baza lui Q₂. Daca aceasta scadere este suficient de mare, Q₂ iese din saturatie si trece in regiunea activa normala . Daca tensiunea in colectorul lui Q₂ este suficient de mare, tensiunea in baza lui Q₁, initial negativa, creste la o valoare mai mare decat .
Ca urmare, Q₁ se deschide, prin el circula un curent de colector care determina o scadere a tensiunii in colector. Aceasta scadere de tensiune se transmite prin C_T in baza lui Q₂ determinand o noua micsorare a curentului de baza, deci de colector. Apare o noua crestere a tensiunii in colectorul lui Q₂ s.a.m.d. Se formeaza astfel un proces regenerativ in urma caruia Q₂ devine blocat, iar Q₁ saturat. Aceasta stare se mentine chiar daca impulsul de tensiune inceteaza. In acest timp, condensatorul C_T se incarca de la E_C prin circuitul E_C, R_T, C_T, colector Q₁, masa.  

Incarcarea are loc dupa o lege exponentiala cu constanta de timp R_TC_T (vezi fig.3f). Cand , Q₁ intra din nou in conductie, schema rebasculand in starea stabila. Formele de unda care descriu functionarea circuitului sunt date in fig. 3. Durata starii instabile se poate calcula cu relatia:

  (7)

   (8)

In perioada instabila, tranzistorul Q₁ este saturat, iar dioda D este polaritata invers. Daca la intrare se aplica un nou impuls de comanda, spitul negativ din punctul A (vezi fig. 2) nu va trece prin dioda blocata. Ca urmare, aceasta nu va avea efect asupra circuitului. De abia dupa rebascularea C.B.M.-ului in starea stabila, cand Q₁ redevine blocat, schema va putea bascula din nou. Este insa necesar ca impulsul de comanda sa apara dupa un timp suficient de mare pentru a asigura reincarcarea condensatorului C_T prin R_C1. Acest timp de revenire este dat de relatia  . Din aceasta cauza frontul pozitiv al tensiunii in colectorul lui Q₁ apare “rotunjit”.

Modul de lucru

3.1.Se realizeaza circuitul din fig. 2 cu valorile R_C1 R_C2=1.8k, R_g=8.2k, r=3.3K, R_d=1K, C_T=6.2nF, C=1nF, C_d=3.3nF, D=EFD 108, Q₁ si Q₂=EFT 373 U ( U_CES=75mV, U_BES=0.18V, I_BCO mA, 50 b Pentru E_C=5V, E_B=-1V se analizeaza static circuitul (relatiile (1)-(6)), verificand conditia de saturatie pentru Q₂ si conditia de blocare pentru Q₁ (R_T=68k).

3.2. Se masoara cu voltmetrul pe scara de 10V tensiunile U_A si U_C1.Acestea trebuie sa fie practic egale cu E_C. Se trece voltmetrul pe scara de 1V si se masoara U_B2, U_C2. Se schimba polaritatea si se masoara. Valorile se trec in tabel.

3.3. La intrarea circuitului se aplica impulsuri dreptunghiulare cu frecvente f=2kHz si amplitudinea A=1.5Vvv. Se masoara pe osciloscop durata t a impulsului generat. Se calculeaza t cu relatia (7), apoi cu relatia (8). Se compara valorile calculate intre ele si apoi cu valoarea masurata. Observatiile se trec in caiete. Cu valorile t calculate si masurate se completeaza tabelul de la punctul anterior.

3.4. Se vizualizeaza formele de unda din fig. 3 si se trec in caiete la aceeasi scara si corelate in timp. In acest scop se poate face o sincronizare exterioara a osciloscopului (aplicand impulsurile dreptunghiulare de la intrare si pe intrarea de sincronizare exterioara si trecand comutatorul pe pozitia “sincronizare exterioara” .

3.5. Se aplica impulsuri cu frecvente de 4.5kHz, apoi 7.5kHz. Se vizualizeaza semnalul de la intrare si cel de la iesire. Observatiile se trec in caiete.

3.6. Se revine la f=2kHz. Se scade apoi treptat amplitudinea impulsurilor aplicate la intrare si se noteaza valoarea la care circuitul mai basculeaza. Se desface apoi condensatorul de accelerare C=1nF si se determina analog noua valoare A_min la care C.B.M.-ul mai basculeaza. Se compara cu A_min , iar concluziile se trec in caiete.