Как отмечалось выше релаксационными генераторами или мультивибраторами называются генераторы, генерирующие колебания не гармонической формы, в основном это импульсные периодические последовательности различной формы (треугольной, треугольной, трапециидальной и т. д.). Для получения периодических импульсных колебаний необходимо чтобы условия самовозбуждения в автогенераторе выполнялись не на одной частоте, а в широком диапазоне. Поэтому мультивибраторы не содержат избирательных цепей. Рассмотрим принцип работы мультивибраторов на примере симметричного автоколебательного мультивибратора вырабатывающий периодическую последовательность прямоугольных импульсов со скважностью q=2 (рисунок 25).
Рисунок 25 - Принципиальная электрическая схема симметричного автоколебательного мультивибратора
Данный мультивибратор собран на двух усилителях. Напряжение смещения на транзисторы подается фиксированным током базы через резисторы R2 и R3.
Напряжение с выхода первого усилителя на транзисторе VT1 подается через конденсатор С1 на вход второго усилителя на транзисторе VT2. Это напряжение сдвинуто по фазе на 180° относительно входного напряжения на базе VT1. Второй усилитель в свою очередь изменяет фазу входного напряжения на базе VT2 на 180°. Таким образом, сдвиг фаз выходного напряжения Uвых и напряжения на базе VT1 равен 0, а следовательно баланс фаз выполняется.
При включении источника питания Ек в схеме протекают токи iК1 и iК2. Вследствие незначительного различия параметров схемы один из токов будет отличаться от другого. Пусть iК1 > iК2, тогда потенциал базы первого транзистора возрастает, а значит и возрастает iК1 и уменьшается iК2. Этот процесс является быстропротекающим. В результате ток iК2 стремится к нулю (режим отсечки), а ток iК1 возрастает до максимального значения. Сопротивления R1 и R4 выбираются такими, чтобы открытый транзистор находился в режиме насыщения.
В таком состоянии начинается перезарядка конденсаторов C1 и C2. С2 с практически нулевым начальным напряжением начинает заряжаться от источника Ек через резистор R4 и переход эмиттер-база транзистора VT1. Одновременно происходит разряд С1 с начальным напряжением Ек через открытый транзистор VT1. Когда напряжение на открытом VT1 станет равным нулю при токе базы VT2 также равным нулю, произойдет переключение транзисторов (VT1 закроется, а VT2 откроется).
Для рассмотренного мультивибратора частота генерируемых колебаний определяется:
fг= 1/(tи + tп) (34)
где tп — длительность паузы между импульсами и равна tи:
tи — длительность выходного импульса:
tи = R2 C1 ln(1+ Ек/U0) (35)