CIRCUITE BASCULANTE CU ELEMENTE DISCRETE

CIRCUITE BASCULANTE CU ELEMENTE DISCRETE

1. Scopul lucrarii: in lucrare sunt testate un circuit basculant monostabil si un circuit basculant astabil, ambele realizate cu tranzistoare bipolare, cu cuplaje colector baza; se urmareste masurarea formelor de unda in diferite puncte ale montajelor (amplitudine, durata, fronturi), dependenta impulsurilor generate de elementele circuitului precum si experimentarea unor circuite de declansare a circuitului basculant monostabil.

2. Circuitul basculant monostabil cu cuplaj colector-baza are schema de principiu reprezentata in fig.1, iar formele de unda rezultate in diferite puncte, in urma aplicarii unui impuls de declansare, sunt reprezentate in fig.2.

In starea stabila (de asteptare), tranzistorul T₂ este in conductie (deoarece are baza cuplata la un potential pozitiv, V_cc, prin rezistenta R_b), de obicei, la saturatie, iar tranzistorul T₁ este blocat datorita tensiunii de iesire V₀ care are o valoare mica, V_CEsat si datorita tensiunii de polarizare V_BB (negative). Aceasta stare este conditionata de relatiile:

(1)

In absenta unei sarcini care sa incarce suplimentar tranzistorul T₂.

(2)

unde V_BE0 este tensiunea de deschidere a tranzistorului T₁.

In starea asistabila, obisnuita, in urma unui impuls de declansare care provoaca schimbarea starii tranzistoarelor, tranzistorul T₂ este blocat datorita saltului de tensiune, negativ, de pe baza sa, transmis din colectorul tranzistorului T₁ prin capacitatea C, iar tranzistorul T₁ este saturat. Pentru ca tranzistorul T₁ sa functioneze la saturatie, este necesara indeplinirea conditiei:

(3)

In starea astabila, capacitatea C se incarca de la sursa de alimentare V_cc prin rezistenta R_b si prin tranzistorul T₂ saturat si determina variatia tensiunii de pe baza tranzistorului T₂ dupa legea:

V_B2(t) = V_cc + (V_BE - 2V_cc) exp(-t/t (4)

cu t = Cr_b    (5)

Prin cresterea tensiunii pe baza tranzistorului T₂, se va atinge tensiunea de deschidere a acestuia; in urma deschiderii tranzistorului T₂, tranzistorul T₁ iese si el din saturatie si se inchide bucla de reactie pozitiva din circuit care duce la revenirea in starea initiala.

Durata impulsului generat se calculeaza cu relatia:

(6)

Impulsul de la iesirea circuitului (considerata la colectorul tranzistorului T₂) va avea amplitudinea:

(7)

si frontul crescator:

t_f⁺ C₁R_c2    (8)

Capacitatea C₁, cuplata in paralel pe rezistenta R₁, are rolul de a accelera procesele de comutare ale tranzistorului T₂.

Timpul de revenire al schemei, necesar pentru reincarcarea capacitatii C si pus in evidenta pe tensiunea din colectorul tranzistorului T₁, va fi:

t_rev 2,3 n_c1C (9)

3. Micsorarea timpului de revenire al schemei se face prin micsorarea rezistentei de colector R_c1 (micsorare limitata de indeplinirea conditiei de saturatie a tranzistorului T₁), prin divizarea rezistentei R_c1 in doua rezistente inseriate (dar se micsoreaza si durata impulsului), prin introducerea unui circuit de limitare a excursiei de tensiune pe colectorul tranzistorului T₁ (dar se micsoreaza amplitudinea impulsului disponibil la aceasta iesire si durata impulsului) sau prin cuplarea capacitatii C la colectorul tranzistorului T₁ printr-un repetor pe emitor, ca in fig.3. In acest ultim caz, timpul de revenire se micsoreaza foarte mult, devenind:

(10)

unde este rezistenta de intrare a tranzistorului T₃, mediata, avand in vedere modificarea curentului prin tranzistor.

4. Declansarea circuitului basculant monostabil se poate face fie cu impulsuri pozitive aplicate pe baza tranzistorului T₁, blocat, obtinute printr-un circuit de derivare si de limitare, ca in fig.4.b, fie prin impulsuri negative, aplicate pe baza tranzistorului T₂, saturat, obtinute printr-un circuit de derivare si de limitare, ca in fig.4.a. Duratele impulsurilor de declansare sunt determinate de timpul necesar scoaterii din saturatie a tranzistorului T₂ si deblocarii tranzistorului T₁.

Fig.3 a)

Fig.4

b)

5. Pentru circuitul basculant astabil cu cuplaj colector-baza reprezentat in fig.5, formele de unda in diferite puncte ale schemei sunt desenate in fig.6.

Fig.5

Fig.6

Daca sunt indeplinite conditiile:

t_rev1 = t_f1⁺ < T₁ si t_rev2 < T₂ (11)

se deduc duratele starilor astabile ale circuitului:

T₁ = R_b1C₂ ln 2 (12)

T₂ = R_b2C₁ ln 2 (13)

Timpii de revenire, pentru tensiunile din colectoare, vor fi:

t_rev1 = tf1+ R_c1C₁ (14)

t_rev2 = 2 R^''_c2C₂ (15)

Frontul anterior al impulsului generat la iesirea colectorului tranzistorului T_b va fi abrupt, deoarece circuitul de reincarcare a capacitatii C₂ este separat de circuitul de iesire prin dioda de izolare D.

Frecventa impulsurilor generate va fi:

(16)

6. In starea de conductie, ambele tranzistoare lucreaza in regiunea de saturatie, daca sunt indeplinite conditiile:

(17)

(18)

7. Atat pentru circuitul basculant monostabil cat si pentru circuitul basculant astabil, in cazul in care saltul de tensiune negativa din baza tranzistorului depaseste tensiunea de strapungere, acesta se deschide ca o dioda stabilizatoare de tensiune si modifica (micsoreaza) durata impulsului generat.

Un montaj mai simplu pentru acest circuit este cel din figura 7.

Fig.7. Circuit basculant monostabil cu semnalizare prin LED-uri a starilor circuitului.