Генераторы импульсов на полевых транзисторах.

Полевые транзисторы с управляющим -переходом (ПТУП) и МДП-транзисторы и с изолированным затвором и индуцированным или встроенным каналом применяют при построении генераторов импульсов больших длительностей с внешним запуском (одновибраторы, ждущие мультивибраторы) или задающих генераторов низких и инфранизких частот (мультивибраторы, астабильные вибраторы). Это объясняется большим сопротивлением утечки тока в цепи затвора полевых транзисторов и возможностью получения больших постоянных времени времязадающих цепей за счет больших допустимых сопротивлений резисторов при относительно небольших емкостях конденсаторов. Уменьшение емкостей конденсаторов позволяет улучшить конструктивные и стоимостные показатели схем. Рассмотрим наиболее характерные схемы на полевых транзисторах.

Схема расширителя импульсэв на МДПТ с индуцированным каналом -типа [94] покачана на рис. 8.15. К расширителям этносят моностабильные регенеративные устройства, обеспечивающие при входном импульсе длительностью формирование выходного прямоугольного импульса, длительность где — приращение, являющееся параметром расширителя.

Расширитель рис. 8.15,а построен на основе -триггера (транзисторы ) и времязадающей цепи R, С коммутируемой ключей на транзисторе . Для управления состояниями -триггера используют транзистор , управляемый внешним сигналом, и , управляемый напряжением на конденсаторе С. В исходном состоянии входным напряжением транзисторы заперты, конденсатор С заряжен до напряжения и транзистор высоким потенциалом поддерживается открытым (в триодном режиме).

Рис. 8.15.

На стоке открытого транзистора действует низкий потенциал, благодаря чему транзистор заперт. На общем стоке запертых транзисторов потенциал близок к напряжению питания , поэтому транзистор открыт.

Входной импульс положительной полярности, удовлетворяющий условию , в момент , открывая транзистор VT1, переключает состояние триггера и вызывает разряд конденсатора С через открывшийся транзистор . Транзисторы открываются, транзисторы — закрываются, а конденсатор С разряжается. Это состояние расширитель сохраняет до окончания входного импульса. По заднему фронту входного импульса (момент рис. ) транзистор запирается и конденсатор С начинает заряжаться от источника питания через резистор R. Напряжение на конденсаторе С и затворе транзистора нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени . В момент — начинается обратное опрокидывание триггера и схема возвращается в исходное состояние. Приращение длительности выходного импульса

где — напряжение сток—исток МДП-транзистора в тргюдном режиме.

В качестве накопительного конденсатора С можно использовать эквивалентную емкость, состоящую из межэлектродных емкостей транзисторов . Длительность входного импульса должна быть достаточной для полного разряда конденсатора С через открытый транзистор . На практике вместо схемы на транзисторах можно использовать -триггер на МДПТ.

При построении одновибраторов, предназначенных для генерирования импульсов большой длительности (порядка миллисекунд и секунд), времязадающая -цепочка должна иметь соответственно большую постояннмо времени. В этом случае целесообразно использовать в качестве активных компонентов МДП-транзисторы, в цепи затвора которых для задания режима работы включают резисторы с сопротивлением в раз большим, чем в биполярных транзисторах.

Рис. 8.16.

При этом конденсатор времязадающей цепи имеет емкость соответственно в раз меньше, что улучшает массогабаритные параметры схемы и одновременно позволяет уменьшить время восстановления одновибратора.

В схеме на МДПТ с индуцированным каналом (рис. 8.16,а) собственно одновибратор построен на транзисторах со стокозатворными связями, а транзистор используется для запуска схемы внешним импульсом. В исходном состоянии транзистор открыт потенциалом на затворе. Потенциал тока , поэтому транзистор заперт. Поскольку также заперт , на общем стоке транзисторов имеется высокий потенциал и п. Конденсатор С времязадающей цепи разряжен, так как потенциалы на его электродах .

Входной импульс положительной полярности, удовлетворяющий условию . в момент (рис. ) открывает транзистор и потенциал его стока скачком падает до Отрицательный скачок потенциала на стоках через конденсатор С передается на затвор транзистора и запирает его. На стоке и затворе потенциал скачком увеличивается до и транзистор переключается в триодный режим. Схема переключилась в квазиустойчивов состояние, для которого характерен заряд конденсатора С черев резистор R и транзистор VT2.

Через открытый транзистор конденсатор С оказывается включенным между затвором и истоком транзистора . По мере заряда конденсатора напряжение затвор—исток экспоненциально с постоянной времени нарастает от стремясь асимптотически к . В момент потенциал затвора достигает уровня и транзистор открывается. Благодаря положительной обратной связи развивается регенеративный процесс обратного опрокидывания, в результате которого транзистор переключается в триодный режим, — в режим отсечки. На этапе восстановления одновибратора конденсатор С разряжается через резисторы R и с постоянной времени Ток разряда обусловливает скол вершины выходного сигнала и выброс напряжения на затворе транзистора .

Рис. 8.17.

Для ускорения процесса восстановления резистор R шунтируют диодом .

Длительность выходного импульса

(8.15)

Длительность восстановления одновибратора (без Шунтирующего диода)

при подключении диода

Сопротивление резистора R в данной схеме выбирают в диапазоне Ом, а емкость С определяют по формуле (8.15).

Существенным достоинством рассмотренной схемы является отсутствие дополнительного источника запирающего смещения, недостатком — зависимость длительности выходного импульса от температуры: с ростом температуры уменьшаются пороговое напряжение транзисторов и длительность выходного импульса .

Инфранизкочастотный генератор прямоугольных импульсов на ПТУП (рис. 8.17,а) представляет собой два инвертирующих ключевых каскада, включенных последовательно. Схема самовозбуждается при подключении питающего напряжения .

Она имеет два квазиустойчивых состояния, определяемые режимами работы ПТУП, транзистор заперт в то время, как другой открыт, и управляющий -переход смещен в прямом направлении. Пусть мультивибратор находится в квазиустойчивом сбстоянни, в котором транзистор VT1, открыт, заперт. При этом происходит быстрый заряд конденсатора через резистор и открытый -переход транзистора с постоянной времени . Одновременно конденсатор разряжается через резистор и канал открытого транзистора . Постоянная времени разряда определяет длителнность полупериода, который заканчивается в момент, когда потенциал на правой обкладке конденсатора и затворе транзистора возрастает до уровня порогового напряжения отпирается.

Рис. 8.18.

Под действием положительной обратной связи мультивибратор переключается в другое квазиустойчнвое состояние закрыт, открыт), в котором конденсатор быстро заряжается медленно разряжается .

Длительности полупериодов можно определить по временным диаграммам (рис. 8.17, б):

Для обеспечения работоспособности такого мультивибратора при выборе типа ПТУП и напряжения источника питания необходимо выполнить условие