¿Cómo funciona un multivibrador para tontos? Variedades de un circuito (multivibrador asimétrico). Esquema, descripción. Funcionamiento de un multivibrador simétrico en modo de generación "estado estable"
Los multivibradores son otra forma de osciladores. El generador es circuito electrónico, que es capaz de soportar una señal de CA en la salida. Puede generar señales cuadradas, lineales o de pulsos. Para oscilar, el generador debe cumplir dos condiciones de Barkhausen:
La ganancia del bucle T debe ser ligeramente mayor que la unidad.
El cambio de fase del ciclo debe ser de 0 grados o 360 grados.
Para satisfacer ambas condiciones, el oscilador debe tener algún tipo de amplificador y parte de su salida debe regenerarse en la entrada. Si la ganancia del amplificador es menor que uno, el circuito no oscilará, y si es mayor que uno, el circuito se sobrecargará y producirá una forma de onda distorsionada. Un generador simple puede generar una onda sinusoidal, pero no una onda cuadrada. Se puede generar una onda cuadrada usando un multivibrador.
Un multivibrador es una forma de generador que tiene dos etapas, gracias a las cuales podemos salir de cualquiera de los estados. Estos son básicamente dos circuitos amplificadores combinados con regenerativo. comentario. En este caso ninguno de los transistores conduce simultáneamente. Sólo un transistor conduce a la vez, mientras que el otro está apagado. Algunos circuitos tienen ciertos estados; El estado con transición rápida se llama procesos de conmutación, donde hay un cambio rápido en la corriente y el voltaje. Este cambio se llama activación. Por tanto, podemos ejecutar el circuito de forma interna o externa.
Los circuitos tienen dos estados.
Uno es el estado estacionario, en el que el circuito permanece para siempre sin ningún disparo.
El otro estado es inestable: en este estado, el circuito permanece durante un período de tiempo limitado sin ningún disparo externo y cambia a otro estado. Por lo tanto, el uso de multivibartores se realiza en circuitos de dos estados, como temporizadores y flip-flops.
Multivibrador astable mediante transistor.
Es un generador de funcionamiento libre que cambia continuamente entre dos estados inestables. En ausencia de una señal externa, los transistores cambian alternativamente del estado apagado al estado de saturación a una frecuencia determinada por las constantes de tiempo RC de los circuitos de comunicación. Si estas constantes de tiempo son iguales (R y C son iguales), entonces se generará una onda cuadrada con una frecuencia de 1/1,4 RC. Por lo tanto, un multivibrador astable se denomina generador de impulsos o generador de ondas cuadradas. Cuanto mayor sea el valor de la carga base R2 y R3 en relación con la carga del colector R1 y R4, mayor será la ganancia de corriente y más agudo será el borde de la señal.
El principio básico de funcionamiento de un multivibrador astable es un ligero cambio en las propiedades o características eléctricas del transistor. Esta diferencia hace que un transistor se encienda más rápido que el otro cuando se aplica energía por primera vez, provocando una oscilación.
Explicación del diagrama
Un multivibrador astable consta de dos amplificadores RC de acoplamiento cruzado.
El circuito tiene dos estados inestables.
Cuando V1 = BAJO y V2 = ALTO entonces Q1 ON y Q2 OFF
Cuando V1 = ALTO y V2 = BAJO, Q1 está APAGADO. y Q2 ENCENDIDO.
En este caso, R1 = R4, R2 = R3, R1 debe ser mayor que R2
C1 = C2
Cuando el circuito se enciende por primera vez, ninguno de los transistores está encendido.
El voltaje base de ambos transistores comienza a aumentar. Cualquiera de los transistores se enciende primero debido a la diferencia en el dopaje y las características eléctricas del transistor.
Arroz. 1: Diagrama esquemático del funcionamiento de un multivibrador astable a transistores.
No podemos decir qué transistor conduce primero, por lo que suponemos que Q1 conduce primero y Q2 está apagado (C2 está completamente cargado).
Q1 está conduciendo y Q2 está apagado, por lo tanto, VC1 = 0 V ya que toda la corriente a tierra se debe al cortocircuito de Q1, y VC2 = Vcc ya que todo el voltaje a través de VC2 cae debido al circuito abierto de TR2 (igual al voltaje de suministro).
Porque Alto voltaje El condensador VC2 C2 comienza a cargarse desde Q1 hasta R4 y C1 comienza a cargarse desde R2 hasta Q1. El tiempo necesario para cargar C1 (T1 = R2C1) es mayor que el tiempo necesario para cargar C2 (T2 = R4C2).
Dado que la placa derecha C1 está conectada a la base de Q2 y se está cargando, entonces esta placa tiene un potencial alto y cuando supera el voltaje de 0,65 V, enciende Q2.
Como C2 está completamente cargado, su placa izquierda tiene un voltaje de -Vcc o -5V y está conectada a la base de Q1. Por lo tanto apaga Q2
TR Ahora TR1 está apagado y Q2 está conduciendo, por lo tanto VC1 = 5 V y VC2 = 0 V. La placa izquierda de C1 estaba anteriormente en -0,65 V, que comienza a subir a 5 V y se conecta al colector de Q1. C1 primero se descarga de 0 a 0,65 V y luego comienza a cargar desde R1 hasta Q2. Durante la carga, la placa derecha C1 tiene un potencial bajo, lo que apaga Q2.
La placa derecha de C2 está conectada al colector de Q2 y está preposicionada a +5V. Entonces, C2 primero se descarga de 5 V a 0 V y luego comienza a cargar a través de la resistencia R3. La placa izquierda C2 tiene un alto potencial durante la carga, que enciende Q1 cuando alcanza 0,65 V.
Arroz. 2: Diagrama esquemático del funcionamiento de un multivibrador astable a transistores.
Ahora el primer trimestre se está llevando a cabo y el segundo está cancelado. La secuencia anterior se repite y obtenemos una señal en ambos colectores del transistor que está desfasada entre sí. Para obtener una onda cuadrada perfecta en cualquier colector del transistor, tomamos tanto la resistencia del colector del transistor, la resistencia de la base, es decir (R1 = R4), (R2 = R3), como también el mismo valor del condensador, que hace que nuestro circuito sea simétrico. Por lo tanto, el ciclo de trabajo para salida baja y alta es el mismo que genera una onda cuadrada.
Constante La constante de tiempo de la forma de onda depende de la resistencia de la base y del colector del transistor. Podemos calcular su periodo de tiempo mediante: Constante de tiempo = 0,693RC
El principio de funcionamiento de un multivibrador en vídeo con explicación.
En este vídeo tutorial del canal Soldador TV mostraremos cómo se interconectan los elementos circuito eléctrico y familiarizarse con los procesos que en él tienen lugar. El primer circuito a partir del cual se considerará el principio de funcionamiento es un circuito multivibrador que utiliza transistores. El circuito puede estar en uno de dos estados y cambia periódicamente de uno a otro.
Análisis de 2 estados del multivibrador.
Lo único que vemos ahora son dos LED parpadeando alternativamente. ¿Por qué está pasando esto? Consideremos primero primer estado.
El primer transistor VT1 está cerrado y el segundo transistor está completamente abierto y no interfiere con el flujo de corriente del colector. El transistor en este momento está en modo de saturación, lo que reduce la caída de voltaje a través de él. Y, por tanto, el LED derecho se ilumina con toda su potencia. El condensador C1 se descargó en el primer momento y la corriente pasó libremente a la base del transistor VT2, abriéndolo por completo. Pero después de un momento, el capacitor comienza a cargarse rápidamente con la corriente base del segundo transistor a través de la resistencia R1. Una vez que está completamente cargado (y como usted sabe, un capacitor completamente cargado no pasa corriente), el transistor VT2 se cierra y el LED se apaga.
El voltaje a través del capacitor C1 es igual al producto de la corriente de base y la resistencia de la resistencia R2. Retrocedamos en el tiempo. Mientras el transistor VT2 estaba abierto y el LED derecho estaba encendido, el condensador C2, previamente cargado en el estado anterior, comienza a descargarse lentamente a través del transistor abierto VT2 y la resistencia R3. Hasta que se descargue, el voltaje en la base de VT1 será negativo, lo que apaga completamente el transistor. El primer LED no está encendido. Resulta que cuando el segundo LED se apaga, el condensador C2 tiene tiempo de descargarse y está listo para pasar corriente a la base del primer transistor VT1. Cuando el segundo LED deja de encenderse, el primer LED se enciende.
A en el segundo estado Sucede lo mismo, pero por el contrario, el transistor VT1 está abierto, el VT2 está cerrado. La transición a otro estado se produce cuando se descarga el condensador C2 y el voltaje a través de él disminuye. Una vez descargado por completo, comienza a cargarse a reverso. Cuando el voltaje en la unión base-emisor del transistor VT1 alcance un voltaje suficiente para abrirlo, aproximadamente 0,7 V, este transistor comenzará a abrirse y el primer LED se encenderá.
Miremos el diagrama nuevamente.
A través de las resistencias R1 y R4 se cargan los condensadores y a través de R3 y R2 se descarga. Las resistencias R1 y R4 limitan la corriente del primer y segundo LED. De su resistencia no sólo depende la luminosidad de los LED. También determinan el tiempo de carga de los condensadores. La resistencia de R1 y R4 se selecciona mucho más baja que la de R2 y R3, de modo que la carga de los condensadores se produce más rápido que su descarga. Se utiliza un multivibrador para producir pulsos rectangulares, que se retiran del colector del transistor. En este caso, la carga está conectada en paralelo a una de las resistencias del colector R1 o R4.
El gráfico muestra los pulsos rectangulares generados por este circuito. Una de las regiones se llama frente de pulso. El frente tiene pendiente, y cuanto mayor sea el tiempo de carga de los condensadores, mayor será esta pendiente.
Si un multivibrador utiliza transistores idénticos, condensadores de la misma capacidad y si las resistencias tienen resistencias simétricas, entonces dicho multivibrador se llama simétrico. Tiene la misma duración de pulso y duración de pausa. Y si hay diferencias en los parámetros, entonces el multivibrador será asimétrico. Cuando conectamos el multivibrador a una fuente de alimentación, en el primer momento ambos condensadores se descargan, lo que significa que la corriente fluirá hacia la base de ambos condensadores y aparecerá un modo de funcionamiento inestable, en el que solo uno de los transistores debería abrirse. . Dado que estos elementos del circuito tienen algunos errores en las clasificaciones y parámetros, uno de los transistores se abrirá primero y se iniciará el multivibrador.
Si desea simular este circuito en el programa Multisim, debe configurar los valores de las resistencias R2 y R3 para que sus resistencias difieran en al menos una décima de ohmio. Haga lo mismo con la capacitancia de los condensadores; de lo contrario, es posible que el multivibrador no arranque. En la implementación práctica de este circuito, recomiendo suministrar un voltaje de 3 a 10 Voltios, y ahora conocerás los parámetros de los propios elementos. Siempre que se utilice el transistor KT315. Las resistencias R1 y R4 no afectan la frecuencia del pulso. En nuestro caso, limitan la corriente del LED. La resistencia de las resistencias R1 y R4 se puede tomar desde 300 ohmios hasta 1 kOhm. La resistencia de las resistencias R2 y R3 varía de 15 kOhm a 200 kOhm. La capacidad del condensador es de 10 a 100 µF. Presentemos una tabla con los valores de resistencias y capacitancias, que muestra la frecuencia de pulso esperada aproximada. Es decir, para obtener un pulso que dure 7 segundos, es decir, la duración del brillo de un LED sea igual a 7 segundos, es necesario utilizar resistencias R2 y R3 con una resistencia de 100 kOhm y un condensador con una capacidad de 100 µF.
Conclusión.
Los elementos de temporización de este circuito son las resistencias R2, R3 y los condensadores C1 y C2. Cuanto más bajas sean sus clasificaciones, más a menudo cambiarán los transistores y más a menudo parpadearán los LED.
Se puede implementar un multivibrador no solo en transistores, sino también en microcircuitos. Deja tus comentarios, no olvides suscribirte al canal “Soldering Iron TV” en YouTube para no perderte nuevos videos interesantes.
Otra cosa interesante sobre el transmisor de radio.
es un generador de impulsos de forma casi rectangular, creado en forma de elemento amplificador con un circuito de retroalimentación positiva. Hay dos tipos de multivibradores.
El primer tipo son los multivibradores autooscilantes, que no tienen un estado estable. Hay dos tipos: simétrico: sus transistores son los mismos y los parámetros de los elementos simétricos también son los mismos. Como resultado, las dos partes del período de oscilación son iguales entre sí y el ciclo de trabajo es igual a dos. Si los parámetros de los elementos no son iguales, entonces ya será un multivibrador asimétrico.
El segundo tipo son los multivibradores en espera, que tienen un estado de equilibrio estable y a menudo se denominan monovibradores. El uso de un multivibrador en varios dispositivos de radioaficionado es bastante común.
Descripción del funcionamiento de un multivibrador de transistores.
Analicemos el principio de funcionamiento utilizando el siguiente diagrama como ejemplo.
Es fácil ver que ella prácticamente copia diagrama esquemático gatillo simétrico. La única diferencia es que las conexiones entre los bloques de conmutación, tanto directas como inversas, se realizan mediante corriente alterna y no con corriente continua. Esto cambia radicalmente las características del dispositivo, ya que, en comparación con un disparador simétrico, el circuito multivibrador no tiene estados de equilibrio estables en los que pueda permanecer durante mucho tiempo.
En cambio, existen dos estados de equilibrio casi estable, por lo que el dispositivo permanece en cada uno de ellos durante un tiempo estrictamente definido. Cada uno de esos períodos de tiempo está determinado por procesos transitorios que ocurren en el circuito. El funcionamiento del dispositivo consiste en un cambio constante de estos estados, que va acompañado de la aparición en la salida de una tensión de forma muy similar a una rectangular.
Esencialmente, un multivibrador simétrico es amplificador de dos etapas, y el circuito se construye de modo que la salida de la primera etapa esté conectada a la entrada de la segunda. Como resultado, después de aplicar energía al circuito, es seguro que uno de ellos está abierto y el otro cerrado.
Supongamos que el transistor VT1 está abierto y en estado de saturación con corriente que fluye a través de la resistencia R3. El transistor VT2, como se mencionó anteriormente, está cerrado. Ahora ocurren procesos en el circuito asociados con la recarga de los condensadores C1 y C2. Inicialmente, el condensador C2 se descarga completamente y, tras la saturación de VT1, se carga gradualmente a través de la resistencia R4.
Dado que el condensador C2 pasa por alto la unión colector-emisor del transistor VT2 a través de la unión emisor del transistor VT1, su tasa de carga determina la tasa de cambio de voltaje en el colector VT2. Después de cargar C2, el transistor VT2 se cierra. La duración de este proceso (la duración del aumento de voltaje del colector) se puede calcular mediante la fórmula:
t1a = 2,3*R1*C1
También en el funcionamiento del circuito se produce un segundo proceso, asociado a la descarga del condensador C1 previamente cargado. Su descarga se produce a través del transistor VT1, la resistencia R2 y la fuente de alimentación. A medida que el condensador en la base de VT1 se descarga, aparece un potencial positivo y comienza a abrirse. Este proceso termina después descarga completa C1. La duración de este proceso (pulso) es igual a:
t2a = 0,7*R2*C1
Después del tiempo t2a, el transistor VT1 estará apagado y el transistor VT2 estará saturado. Después de esto, el proceso se repetirá de acuerdo con un patrón similar y la duración de los intervalos de los siguientes procesos también se puede calcular utilizando las fórmulas:
t1b = 2,3*R4*C2 Y t2b = 0,7*R3*C2
Para determinar la frecuencia de oscilación de un multivibrador es válida la siguiente expresión:
f = 1/ (t2a+t2b)
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Un multivibrador es el generador de impulsos más simple que funciona en modo de autooscilación, es decir, cuando se aplica voltaje al circuito, comienza a generar impulsos.
El diagrama más simple se muestra en la siguiente figura:
circuito de transistores multivibrador
Además, las capacitancias de los condensadores C1, C2 siempre se seleccionan lo más idénticas posible y el valor nominal de las resistencias base R2, R3 debe ser mayor que el del colector. Esta es una condición importante para el correcto funcionamiento del MV.
¿Cómo funciona un multivibrador basado en transistores? Entonces: cuando se enciende la alimentación, los condensadores C1 y C2 comienzan a cargarse.
El primer condensador de la cadena R1-C1-transición BE del segundo cuerpo.
La segunda capacitancia se cargará a través del circuito R4 - C2 - transición BE del primer transistor - carcasa.
Como hay una corriente de base en los transistores, casi se abren. Pero como no hay dos transistores idénticos, uno de ellos se abrirá un poco antes que su colega.
Supongamos que nuestro primer transistor se abre antes. Cuando se abra, descargará la capacidad C1. Además, se descargará con polaridad inversa, cerrando el segundo transistor. Pero el primero está en estado abierto sólo por el momento hasta que el condensador C2 se carga al nivel de tensión de alimentación. Al final del proceso de carga C2, Q1 queda bloqueado.
Pero en ese momento C1 está casi descargado. Esto significa que por él circulará una corriente abriendo el segundo transistor, lo que descargará el condensador C2 y permanecerá abierto hasta que se recargue el primer condensador. Y así sucesivamente de ciclo en ciclo hasta que cortamos la alimentación del circuito.
Como es fácil de ver, el tiempo de conmutación aquí está determinado por la capacidad nominal de los condensadores. Por cierto, la resistencia de las resistencias básicas R1, R3 también influye en este caso.
Volvamos al estado original, cuando el primer transistor está abierto. En este momento, la capacitancia C1 no solo tendrá tiempo de descargarse, sino que también comenzará a cargarse en polaridad inversa a lo largo del circuito R2-C1-colector-emisor del Q1 abierto.
Pero la resistencia de R2 es bastante grande y C1 no tiene tiempo de cargarse al nivel de la fuente de energía, pero cuando Q1 está bloqueado, se descargará a través de la cadena base de Q2, lo que le ayudará a abrirse más rápido. La misma resistencia también aumenta el tiempo de carga del primer condensador C1. Pero las resistencias del colector R1, R4 son una carga y no tienen mucho efecto sobre la frecuencia de generación de pulsos.
Como introducción práctica propongo montar, en el mismo artículo también se comenta el diseño con tres transistores.
circuito multivibrador que utiliza transistores en el diseño de un intermitente de Año Nuevo
Veamos el funcionamiento de un multivibrador asimétrico que utiliza dos transistores usando el ejemplo de un circuito de radioaficionado casero simple que emite el sonido de una bola de metal que rebota. El circuito funciona de la siguiente manera: a medida que se descarga la capacitancia C1, el volumen de los golpes disminuye. La duración total del sonido depende del valor de C1 y el condensador C2 establece la duración de las pausas. Los transistores pueden ser absolutamente de cualquier tipo p-n-p.
Hay dos tipos de micromultivibradores domésticos: autooscilantes (GG) y de reserva (AG).
Los autooscilantes generan una secuencia periódica de pulsos rectangulares. Su duración y período de repetición están determinados por los parámetros de los elementos externos de resistencia y capacitancia o el nivel de voltaje de control.
Por ejemplo, los microcircuitos domésticos de MT autooscilantes son 530GG1, K531GG1, KM555GG2 más información detallada Estos y muchos otros los encontrará, por ejemplo, en Yakubovsky S.V. Digital y analógico. circuitos integrados o circuitos integrados y sus análogos extranjeros. Directorio en 12 volúmenes editado por Nefedov.
Para los MV en espera, la duración del pulso generado también se establece mediante las características de los componentes de radio conectados, y el período de repetición del pulso se establece mediante el período de repetición de los pulsos de activación que llegan a una entrada separada.
Ejemplos: K155AG1 contiene un multivibrador de reserva que genera pulsos rectangulares individuales con buena estabilidad de duración; 133AG3, K155AG3, 533AG3, KM555AG3, KR1533AG3 contiene dos MV de reserva que generan pulsos de voltaje rectangulares individuales con buena estabilidad; 533AG4, KM555AG4 dos MV en espera que forman pulsos de voltaje rectangulares únicos.
Muy a menudo, en la práctica de la radioafición, no se prefieren microcircuitos especializados, sino que se ensamblan utilizando elementos lógicos.
En la siguiente figura se muestra el circuito multivibrador más simple que utiliza puertas NAND. Tiene dos estados: en un estado, DD1.1 está bloqueado y DD1.2 está abierto, en el otro, todo es al revés.
Por ejemplo, si DD1.1 está cerrado, DD1.2 está abierto, entonces la capacitancia C2 se carga mediante la corriente de salida de DD1.1 que pasa a través de la resistencia R2. El voltaje en la entrada DD1.2 es positivo. Mantiene abierto DD1.2. A medida que se carga el condensador C2, la corriente de carga disminuye y el voltaje en R2 cae. En el momento en que se alcanza el nivel umbral, DD1.2 comienza a cerrarse y su potencial de producción aumenta. El aumento de este voltaje se transmite a través de C1 a la salida DD1.1, este último se abre y se desarrolla el proceso inverso, que finaliza con el bloqueo completo de DD1.2 y el desbloqueo de DD1.1: la transición del dispositivo al segundo estado inestable. . Ahora C1 se cargará a través de R1 y la resistencia de salida del componente del microcircuito DD1.2, y C2 a través de DD1.1. Por tanto, observamos un proceso autooscilatorio típico.
Otro de circuitos simples, que se puede montar mediante elementos lógicos, es un generador de impulsos rectangular. Además, dicho generador funcionará en modo de autogeneración, similar a uno de transistores. La siguiente figura muestra un generador construido sobre un microconjunto doméstico digital lógico K155LA3.
circuito multivibrador en K155LA3
Un ejemplo práctico de esta implementación se puede encontrar en la página de electrónica en el diseño del dispositivo de llamada.
Se considera un ejemplo práctico de la implementación del funcionamiento de un MV en espera en un disparador en el diseño de un interruptor de iluminación óptico que utiliza rayos IR.
Los LED están instalados en la placa multivibradora.
Intermitente LED - multivibrador simétrico La aplicación del circuito multivibrador simétrico es muy amplia. Los elementos de los circuitos multivibradores se pueden encontrar en tecnologia computacional, radiomedición y equipos médicos.
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En este artículo hablaremos sobre el multivibrador, cómo funciona, cómo conectar una carga al multivibrador y el cálculo de un multivibrador simétrico de transistor.
multivibrador es un generador de impulsos rectangular simple que funciona en modo autooscilador. Para operarlo, solo necesita energía de una batería u otra fuente de energía. Consideremos el multivibrador simétrico más simple que utiliza transistores. Su diagrama se muestra en la figura. El multivibrador puede ser más complicado dependiendo de las funciones necesarias que realice, pero todos los elementos presentados en la figura son obligatorios, sin ellos el multivibrador no funcionará.
El funcionamiento de un multivibrador simétrico se basa en los procesos de carga-descarga de condensadores, que junto con resistencias forman circuitos RC.
Escribí anteriormente sobre cómo funcionan los circuitos RC en mi artículo Capacitor, que puedes leer en mi sitio web. En Internet, si encuentra material sobre un multivibrador simétrico, se presenta de forma breve y no inteligible. Esta circunstancia no permite que los radioaficionados novatos comprendan nada, solo ayuda a los ingenieros electrónicos experimentados a recordar algo. A petición de uno de los visitantes de mi sitio, decidí eliminar esta brecha.
¿Cómo funciona un multivibrador?
En el momento inicial del suministro de energía, los condensadores C1 y C2 se descargan, por lo que su resistencia a la corriente es baja. La baja resistencia de los condensadores provoca la apertura “rápida” de los transistores provocada por el flujo de corriente:
— VT2 a lo largo del camino (que se muestra en rojo): “+ fuente de alimentación > resistencia R1 > baja resistencia del C1 descargado > unión base-emisor VT2 > — fuente de alimentación”;
— VT1 a lo largo del camino (que se muestra en azul): “+ fuente de alimentación > resistencia R4 > baja resistencia del C2 descargado > unión base-emisor VT1 > — fuente de alimentación”.
Este es el modo de funcionamiento "inestable" del multivibrador. Dura muy poco tiempo, determinado únicamente por la velocidad de los transistores. Y no hay dos transistores que sean absolutamente idénticos en parámetros. El transistor que se abra más rápido permanecerá abierto: el "ganador". Supongamos que en nuestro diagrama resulta ser VT2. Luego, debido a la baja resistencia del condensador C2 descargado y la baja resistencia de la unión colector-emisor VT2, la base del transistor VT1 se cortocircuitará con el emisor VT1. Como resultado, el transistor VT1 se verá obligado a cerrarse, "quedará derrotado".
Dado que el transistor VT1 está cerrado, se produce una carga "rápida" del condensador C1 a lo largo del camino: "+ fuente de alimentación > resistencia R1 > baja resistencia del C1 descargado > unión base-emisor VT2 > — fuente de alimentación". Esta carga se produce casi hasta el voltaje de la fuente de alimentación.
Al mismo tiempo, el condensador C2 se carga con una corriente de polaridad inversa a lo largo del camino: “+ fuente de energía > resistencia R3 > baja resistencia del C2 descargado > unión colector-emisor VT2 > — fuente de energía”. La duración de la carga está determinada por las clasificaciones R3 y C2. Determinan el momento en el que VT1 está en estado cerrado.
Cuando el condensador C2 se carga a un voltaje aproximadamente igual al voltaje de 0,7-1,0 voltios, su resistencia aumentará y el transistor VT1 se abrirá con el voltaje aplicado a lo largo del camino: “+ fuente de alimentación > resistencia R3 > unión base-emisor VT1 > - fuente de alimentación." En este caso, el voltaje del condensador cargado C1, a través de la unión colector-emisor abierta VT1, se aplicará a la unión emisor-base del transistor VT2 con polaridad inversa. Como resultado, VT2 se cerrará y la corriente que previamente pasó a través de la unión colector-emisor abierta VT2 fluirá a través del circuito: “+ fuente de alimentación > resistencia R4 > baja resistencia C2 > unión base-emisor VT1 > — fuente de alimentación. " Este circuito recargará rápidamente el condensador C2. A partir de este momento se inicia el modo de autogeneración “estado estacionario”.
Funcionamiento de un multivibrador simétrico en modo de generación "estado estable"
Comienza el primer medio ciclo de funcionamiento (oscilación) del multivibrador.
Cuando el transistor VT1 está abierto y VT2 está cerrado, como acabo de escribir, el condensador C2 se recarga rápidamente (de un voltaje de 0,7...1,0 voltios de una polaridad al voltaje de la fuente de alimentación de la polaridad opuesta) a lo largo del circuito. : “+ fuente de alimentación > resistencia R4 > baja resistencia C2 > unión base-emisor VT1 > - fuente de alimentación”. Además, el condensador C1 se recarga lentamente (desde el voltaje de la fuente de alimentación de una polaridad hasta un voltaje de 0,7...1,0 voltios de la polaridad opuesta) a lo largo del circuito: “+ fuente de alimentación > resistencia R2 > placa derecha C1 > placa izquierda C1 > unión colector-emisor del transistor VT1 > - - fuente de alimentación”.
Cuando, como resultado de la recarga de C1, el voltaje en la base de VT2 alcanza un valor de +0,6 voltios con respecto al emisor de VT2, el transistor se abrirá. Por lo tanto, el voltaje del condensador cargado C2, a través de la unión colector-emisor abierta VT2, se aplicará a la unión emisor-base del transistor VT1 con polaridad inversa. VT1 se cerrará.
Comienza el segundo medio ciclo de funcionamiento (oscilación) del multivibrador.
Cuando el transistor VT2 está abierto y VT1 está cerrado, el condensador C1 se recarga rápidamente (de un voltaje de 0,7...1,0 voltios de una polaridad al voltaje de la fuente de alimentación de la polaridad opuesta) a lo largo del circuito: “+ fuente de alimentación > resistencia R1 > baja resistencia C1 > unión base emisor VT2 > - fuente de alimentación.” Además, el condensador C2 se recarga lentamente (desde el voltaje de la fuente de alimentación de una polaridad hasta un voltaje de 0,7...1,0 voltios de polaridad opuesta) a lo largo del circuito: “placa derecha de C2 > unión colector-emisor de transistor VT2 > - fuente de alimentación > + fuente de alimentación > resistencia R3 > placa izquierda C2". Cuando el voltaje en la base de VT1 alcance +0,6 voltios en relación con el emisor de VT1, el transistor se abrirá. Por lo tanto, el voltaje del condensador cargado C1, a través de la unión colector-emisor abierta VT1, se aplicará a la unión emisor-base del transistor VT2 con polaridad inversa. VT2 se cerrará. En este punto, finaliza el segundo semiciclo de la oscilación del multivibrador y comienza de nuevo el primer semiciclo.
El proceso se repite hasta que el multivibrador se desconecta de la fuente de alimentación.
Métodos para conectar una carga a un multivibrador simétrico.
Se eliminan pulsos rectangulares de dos puntos de un multivibrador simétrico.– colectores de transistores. Cuando hay un potencial "alto" en un colector, entonces hay un potencial "bajo" en el otro colector (está ausente), y viceversa: cuando hay un potencial "bajo" en una salida, entonces hay un potencial “alto” por el otro. Esto se muestra claramente en el siguiente gráfico de tiempo.
La carga multivibradora debe conectarse en paralelo con una de las resistencias del colector, pero en ningún caso en paralelo con la unión del transistor colector-emisor. No se puede pasar por alto el transistor con una carga. Si no se cumple esta condición, como mínimo la duración de los pulsos cambiará y como máximo el multivibrador no funcionará. La siguiente figura muestra cómo conectar la carga correctamente y cómo no hacerlo.
Para que la carga no afecte al multivibrador, este debe tener suficiente resistencia de entrada. Para ello se suelen utilizar etapas de transistores buffer.
El ejemplo muestra conectar un cabezal dinámico de baja impedancia a un multivibrador. Una resistencia adicional aumenta la resistencia de entrada de la etapa buffer y, por lo tanto, elimina la influencia de la etapa buffer en el transistor multivibrador. Su valor no debe ser inferior a 10 veces el valor de la resistencia del colector. Conectar dos transistores en un circuito de "transistor compuesto" aumenta significativamente la corriente de salida. En este caso, es correcto conectar el circuito base-emisor de la etapa buffer en paralelo con la resistencia del colector del multivibrador, y no en paralelo con la unión colector-emisor del transistor multivibrador.
Para conectar un cabezal dinámico de alta impedancia a un multivibrador no se necesita una etapa intermedia. El cabezal está conectado en lugar de una de las resistencias del colector. La única condición que se debe cumplir es que la corriente que fluye a través del cabezal dinámico no debe exceder la corriente máxima del colector del transistor.
Si desea conectar LED normales al multivibrador– para hacer una “luz intermitente”, entonces no se necesitan cascadas de buffer para esto. Se pueden conectar en serie con resistencias colectoras. Esto se debe al hecho de que la corriente del LED es pequeña y la caída de voltaje durante el funcionamiento no es más de un voltio. Por tanto, no tienen ningún efecto sobre el funcionamiento del multivibrador. Es cierto que esto no se aplica a los LED ultrabrillantes, para los cuales la corriente de funcionamiento es mayor y la caída de voltaje puede ser de 3,5 a 10 voltios. Pero en este caso hay una salida: aumentar la tensión de alimentación y utilizar transistores de alta potencia que proporcionen suficiente corriente de colector.
Tenga en cuenta que los condensadores de óxido (electrolíticos) están conectados con sus positivos a los colectores de los transistores. Esto se debe al hecho de que en las bases de los transistores bipolares el voltaje no supera los 0,7 voltios con respecto al emisor, y en nuestro caso los emisores son el inconveniente de la fuente de alimentación. Pero en los colectores de los transistores, el voltaje cambia casi de cero al voltaje de la fuente de energía. Los condensadores de óxido no pueden realizar su función cuando se conectan con polaridad inversa. Naturalmente, si utiliza transistores de otra estructura (no N-P-N, pero Estructuras PNP), luego, además de cambiar la polaridad de la fuente de alimentación, es necesario girar los LED con sus cátodos “hacia arriba en el circuito”, y los condensadores con sus ventajas hacia las bases de los transistores.
Vamos a resolverlo ahora ¿Qué parámetros de los elementos del multivibrador determinan las corrientes de salida y la frecuencia de generación del multivibrador?
¿A qué afectan los valores de las resistencias del colector? He visto en algunos artículos mediocres de Internet que los valores de las resistencias del colector no afectan significativamente la frecuencia del multivibrador. ¡Todo esto es una completa tontería! Si el multivibrador se calcula correctamente, una desviación de los valores de estas resistencias de más de cinco veces del valor calculado no cambiará la frecuencia del multivibrador. Lo principal es que su resistencia es menor que la de las resistencias base, porque las resistencias colectoras proporcionan una carga rápida de los condensadores. Pero, por otro lado, los valores de las resistencias del colector son los principales para calcular el consumo de energía de la fuente de energía, cuyo valor no debe exceder la potencia de los transistores. Si lo miras bien, si están conectados correctamente, son incluso potencia de salida el multivibrador no tiene un efecto directo. Pero la duración entre conmutaciones (frecuencia del multivibrador) está determinada por la recarga "lenta" de los condensadores. El tiempo de recarga está determinado por las clasificaciones de los circuitos RC: resistencias base y condensadores (R2C1 y R3C2).
Un multivibrador, aunque se llama simétrico, esto se refiere sólo al circuito de su construcción, y puede producir pulsos de salida tanto simétricos como asimétricos en duración. La duración del pulso (nivel alto) en el colector VT1 está determinada por las clasificaciones de R3 y C2, y la duración del pulso (nivel alto) en el colector VT2 está determinada por las clasificaciones R2 y C1.
La duración de la recarga de los condensadores está determinada por una fórmula simple, donde tau– duración del pulso en segundos, R– resistencia de resistencia en ohmios, CON– capacitancia del condensador en Faradios:
Así, si aún no te has olvidado de lo escrito en este artículo un par de párrafos antes:
si hay igualdad R2=R3 Y C1=C2, en las salidas del multivibrador habrá un "meandro": pulsos rectangulares con una duración igual a las pausas entre pulsos, que se ve en la figura.
El período completo de oscilación del multivibrador es t igual a la suma de las duraciones del pulso y la pausa:
Frecuencia de oscilación F(Hz) relacionado con el período t(seg) a través de la relación:
Como regla general, si hay cálculos sobre circuitos de radio en Internet, son escasos. Es por eso Calculemos los elementos de un multivibrador simétrico usando el ejemplo. .
Como cualquier etapa de transistor, el cálculo debe realizarse desde el final: la salida. Y en la salida tenemos una etapa de búfer, luego están las resistencias colectoras. Las resistencias colectoras R1 y R4 realizan la función de cargar los transistores. Las resistencias del colector no tienen ningún efecto sobre la frecuencia de generación. Se calculan en función de los parámetros de los transistores seleccionados. Así, primero calculamos las resistencias del colector, luego las resistencias de base, luego los condensadores y finalmente la etapa de búfer.
Procedimiento y ejemplo de cálculo de un multivibrador simétrico de transistores.
Datos iniciales:
Tensión de alimentación Ui.p. = 12V.
Frecuencia multivibradora requerida F = 0,2 Hz (T = 5 segundos), y la duración del pulso es igual a 1 (un segundo.
Como carga se utiliza una bombilla incandescente de automóvil. 12 voltios, 15 vatios.
Como habrás adivinado, calcularemos una "luz intermitente" que parpadeará una vez cada cinco segundos y la duración del brillo será de 1 segundo.
Selección de transistores para el multivibrador. Por ejemplo, tenemos los transistores más comunes en la época soviética. KT315G.
Para ellos: Pmáx=150 mW; Imáx=150 mA; h21>50.
Los transistores para la etapa de búfer se seleccionan en función de la corriente de carga.
Para no representar el diagrama dos veces, ya firmé los valores de los elementos en el diagrama. Su cálculo se proporciona más adelante en la Decisión.
Solución:
1. En primer lugar, debe comprender que operar un transistor a altas corrientes en modo de conmutación es más seguro para el transistor en sí que operar en modo de amplificación. Por lo tanto, no es necesario calcular la potencia para el estado de transición en los momentos en que una señal alterna pasa a través del punto de operación "B" del modo estático del transistor: la transición del estado abierto al estado cerrado y viceversa. . Para los circuitos de impulsos construidos sobre transistores bipolares, la potencia generalmente se calcula para los transistores en estado abierto.
Primero, determinamos la disipación de potencia máxima de los transistores, que debe ser un valor un 20 por ciento menor (factor 0,8) que la potencia máxima del transistor indicada en el libro de referencia. Pero, ¿por qué es necesario introducir el multivibrador en un marco rígido de altas corrientes? E incluso con mayor potencia, el consumo de energía de la fuente de energía será grande, pero habrá pocos beneficios. Por lo tanto, habiendo determinado poder maximo disipación de transistores, redúzcala 3 veces. Una reducción adicional en la disipación de potencia no es deseable porque el funcionamiento de un multivibrador basado en transistores bipolares en modo de baja corriente es un fenómeno "inestable". Si la fuente de alimentación se utiliza no sólo para el multivibrador, o si no es del todo estable, la frecuencia del multivibrador también “flotará”.
Determinamos la potencia máxima disipada: Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW
Determinamos la potencia nominal disipada: Pdis.nom. = 120 / 3 = 40mW
2. Determine la corriente del colector en estado abierto: Ik0 = Pdis.nom. / Ui.p. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA
Tomémoslo como la corriente máxima del colector.
3. Encontremos el valor de la resistencia y potencia de la carga del colector: Rk.total = Ui.p./Ik0 = 12V/3.3mA = 3.6 kOhm
Seleccionamos resistencias del rango nominal existente que se acerquen lo más posible a 3,6 kOhm. La serie nominal de resistencias tiene un valor nominal de 3,6 kOhm, por lo que primero calculamos el valor de las resistencias del colector R1 y R4 del multivibrador: Rê = R1 = R4 = 3,6 kOhmios.
La potencia de las resistencias del colector R1 y R4 es igual a la potencia disipada nominal de los transistores Pras.nom. = 40mW. Utilizamos resistencias con una potencia superior al Pras.nom especificado. - tipo MLT-0.125.
4. Pasemos al cálculo de las resistencias básicas R2 y R3.. Su clasificación se determina en función de la ganancia de los transistores h21. Al mismo tiempo, para un funcionamiento confiable del multivibrador, el valor de la resistencia debe estar dentro del rango: 5 veces mayor que la resistencia de las resistencias del colector y menor que el producto Rк * h21. En nuestro caso Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm y Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm
Por tanto, los valores de resistencia Rb (R2 y R3) pueden estar en el rango de 18...180 kOhm. Primero seleccionamos el valor medio = 100 kOhm. Pero esto no es definitivo, ya que necesitamos proporcionar la frecuencia requerida del multivibrador y, como escribí anteriormente, la frecuencia del multivibrador depende directamente de las resistencias base R2 y R3, así como de la capacitancia de los condensadores.
5. Calcule las capacitancias de los condensadores C1 y C2 y, si es necesario, vuelva a calcular los valores de R2 y R3..
Los valores de la capacitancia del condensador C1 y la resistencia de la resistencia R2 determinan la duración del pulso de salida en el colector VT2. Es durante este impulso que nuestra bombilla debería encenderse. Y en la condición, la duración del pulso se fijó en 1 segundo.
Determinemos la capacitancia del capacitor: C1 = 1 seg / 100 kOhm = 10 µF
En el rango nominal se incluye un condensador con una capacidad de 10 μF, por lo que nos conviene.
Los valores de la capacitancia del condensador C2 y la resistencia de la resistencia R3 determinan la duración del pulso de salida en el colector VT1. Es durante este pulso que se produce una “pausa” en el colector VT2 y nuestra bombilla no debería encenderse. Y en la condición se especificó un período completo de 5 segundos con una duración de pulso de 1 segundo. Por tanto, la duración de la pausa es de 5 segundos – 1 segundo = 4 segundos.
Habiendo transformado la fórmula de duración de la recarga, tenemos Determinemos la capacitancia del capacitor: C2 = 4 seg / 100 kOhm = 40 µF
Un condensador con una capacidad de 40 μF no está incluido en el rango nominal, por lo que no nos conviene, y tomaremos el condensador con una capacidad de 47 μF que se acerque lo más posible a él. Pero como comprenderá, el tiempo de "pausa" también cambiará. Para evitar que esto suceda, nosotros Volvamos a calcular la resistencia de la resistencia R3. basado en la duración de la pausa y la capacitancia del condensador C2: R3 = 4 segundos / 47 µF = 85 kOhmios
Según la serie nominal, el valor más cercano de la resistencia de la resistencia es 82 kOhm.
Entonces, obtuvimos los valores de los elementos multivibradores:
R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.
6. Calcule el valor de la resistencia R5 de la etapa de búfer..
Para eliminar la influencia en el multivibrador, la resistencia de la resistencia limitadora adicional R5 se selecciona para que sea al menos 2 veces mayor que la resistencia de la resistencia colectora R4 (y en algunos casos más). Su resistencia, junto con la resistencia de las uniones emisor-base VT3 y VT4, en este caso no afectará los parámetros del multivibrador.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhmios
Según la serie nominal, la resistencia más cercana es de 7,5 kOhm.
Con un valor de resistencia de R5 = 7,5 kOhm, la corriente de control de la etapa buffer será igual a:
Yo controlo = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12v - 1,2v) / 7,5 kOhm = 1,44 mA
Además, como escribí anteriormente, la capacidad de carga del colector de los transistores multivibradores no afecta su frecuencia, por lo que si no tiene dicha resistencia, puede reemplazarla con otra capacidad "cercana" (5 ... 9 kOhm ). Es mejor que esto sea en dirección decreciente, para que no se produzca una caída de la corriente de control en la etapa intermedia. Pero tenga en cuenta que la resistencia adicional es una carga adicional para el transistor VT2 del multivibrador, por lo que la corriente que fluye a través de esta resistencia se suma a la corriente de la resistencia del colector R4 y es una carga para el transistor VT2: Itotal = Ik + Icontrol. = 3,3 mA + 1,44 mA = 4,74 mA
La carga total en el colector del transistor VT2 está dentro de los límites normales. Si excede la corriente máxima del colector especificada en el libro de referencia y multiplicada por un factor de 0,8, aumente la resistencia R4 hasta que la corriente de carga se reduzca lo suficiente o use un transistor más potente.
7. Necesitamos proporcionar corriente a la bombilla. En = Рн / Ui.p. = 15W / 12V = 1,25A
Pero la corriente de control de la etapa intermedia es de 1,44 mA. La corriente del multivibrador debe aumentarse en un valor igual a la relación:
En / yo controlo = 1,25A / 0,00144A = 870 veces.
¿Cómo hacerlo? Para una amplificación significativa de la corriente de salida Utilice cascadas de transistores construidas según el circuito de "transistor compuesto". El primer transistor suele ser de baja potencia (usaremos KT361G), tiene la ganancia más alta y el segundo debe proporcionar suficiente corriente de carga (tomemos el no menos común KT814B). Luego se multiplican sus coeficientes de transmisión h21. Entonces, para el transistor KT361G h21>50 y para el transistor KT814B h21=40. Y el coeficiente de transmisión general de estos transistores conectados según el circuito de "transistor compuesto": h21 = 50 * 40 = 2000. Esta cifra es mayor que 870, por lo que estos transistores son suficientes para controlar una bombilla.
¡Bueno eso es todo!
