Comment fonctionne un multivibrateur pour les nuls ? Variétés d'un circuit (multivibrateur asymétrique). Schéma, description. Fonctionnement d'un multivibrateur symétrique en mode génération « stationnaire »
Les multivibrateurs sont une autre forme d'oscillateurs. Le générateur est circuit électrique, qui est capable de prendre en charge un signal alternatif en sortie. Il peut générer des signaux carrés, linéaires ou impulsionnels. Pour osciller, le générateur doit satisfaire deux conditions de Barkhausen :
Le gain de la boucle T doit être légèrement supérieur à l'unité.
Le déphasage du cycle doit être de 0 degré ou 360 degrés.
Pour satisfaire les deux conditions, l'oscillateur doit avoir une forme d'amplificateur et une partie de sa sortie doit être régénérée dans l'entrée. Si le gain de l'amplificateur est inférieur à un, le circuit n'oscillera pas, et s'il est supérieur à un, le circuit sera surchargé et produira une forme d'onde déformée. Un simple générateur peut générer une onde sinusoïdale, mais ne peut pas générer une onde carrée. Une onde carrée peut être générée à l'aide d'un multivibrateur.
Un multivibrateur est une forme de générateur à deux étages, grâce auquel nous pouvons sortir de n'importe quel état. Il s'agit essentiellement de deux circuits amplificateurs combinés à des circuits régénératifs. retour. Dans ce cas, aucun des transistors ne conduit en même temps. Un seul transistor est conducteur à la fois, tandis que l’autre est bloqué. Certains circuits ont certains états ; l'état avec une transition rapide est appelé processus de commutation, où il y a un changement rapide du courant et de la tension. Cette commutation est appelée déclenchement. Par conséquent, nous pouvons faire fonctionner le circuit en interne ou en externe.
Les circuits ont deux états.
L’un est l’état stable, dans lequel le circuit reste indéfiniment sans aucun déclenchement.
L'autre état est instable : dans cet état, le circuit reste un temps limité sans aucun déclenchement extérieur et passe dans un autre état. Par conséquent, l’utilisation de multivibartors se fait dans des circuits à deux états tels que des minuteries et des bascules.
Multivibrateur astable utilisant un transistor
Il s'agit d'un générateur autonome qui bascule en permanence entre deux états instables. En l'absence de signal extérieur, les transistors passent alternativement de l'état bloqué à l'état de saturation à une fréquence déterminée par les constantes de temps RC des circuits de communication. Si ces constantes de temps sont égales (R et C sont égaux), alors une onde carrée avec une fréquence de 1/1,4 RC sera générée. Par conséquent, un multivibrateur astable est appelé générateur d’impulsions ou générateur d’ondes carrées. Plus la valeur de la charge de base R2 et R3 est élevée par rapport à la charge du collecteur R1 et R4, plus le gain de courant est important et plus le front du signal sera net.
Le principe de base de fonctionnement d'un multivibrateur astable est un léger changement dans les propriétés électriques ou les caractéristiques du transistor. Cette différence fait qu'un transistor s'allume plus rapidement que l'autre lors de la première mise sous tension, provoquant une oscillation.
Explication du diagramme
Un multivibrateur astable se compose de deux amplificateurs RC couplés de manière croisée.
Le circuit a deux états instables
Lorsque V1 = BAS et V2 = HAUT alors Q1 ON et Q2 OFF
Lorsque V1 = HIGH et V2 = LOW, Q1 est OFF. et Q2 activé.
Dans ce cas, R1 = R4, R2 = R3, R1 doit être supérieur à R2
C1 = C2
Lorsque le circuit est activé pour la première fois, aucun des transistors n'est activé.
La tension de base des deux transistors commence à augmenter. L’un ou l’autre transistor s’allume en premier en raison de la différence de dopage et de caractéristiques électriques du transistor.
Riz. 1 : Schéma de principe du fonctionnement d'un multivibrateur astable à transistor
Nous ne pouvons pas savoir quel transistor conduit en premier, nous supposons donc que Q1 conduit en premier et que Q2 est bloqué (C2 est complètement chargé).
Q1 est conducteur et Q2 est éteint, donc VC1 = 0 V puisque tout le courant à la terre est dû au court-circuit Q1, et VC2 = Vcc puisque toute la tension aux bornes de VC2 chute en raison du circuit ouvert TR2 (égal à la tension d'alimentation).
À cause de haute tension Le condensateur VC2 C2 commence à se charger via Q1 via R4 et C1 commence à se charger via R2 via Q1. Le temps nécessaire pour charger C1 (T1 = R2C1) est plus long que le temps nécessaire pour charger C2 (T2 = R4C2).
Puisque la plaque droite C1 est connectée à la base de Q2 et est en charge, alors cette plaque a un potentiel élevé et lorsqu'elle dépasse la tension de 0,65 V, elle allume Q2.
Puisque C2 est complètement chargé, sa plaque gauche a une tension de -Vcc ou -5V et est connectée à la base de Q1. Par conséquent, il désactive le deuxième trimestre
TR Maintenant, TR1 est éteint et Q2 est conducteur, donc VC1 = 5 V et VC2 = 0 V. La plaque gauche de C1 était auparavant à -0,65 V, qui commence à monter à 5 V et se connecte au collecteur de Q1. C1 se décharge d'abord de 0 à 0,65 V, puis commence à se charger via R1 jusqu'à Q2. Pendant la charge, la plaque droite C1 est à faible potentiel, ce qui désactive Q2.
La plaque droite de C2 est reliée au collecteur de Q2 et est prépositionnée à +5V. Ainsi, C2 se décharge d'abord de 5 V à 0 V, puis commence à se charger via la résistance R3. La plaque gauche C2 est à haut potentiel pendant la charge, ce qui active Q1 lorsqu'elle atteint 0,65 V.
Riz. 2 : Schéma de principe du fonctionnement d'un multivibrateur astable à transistor
Maintenant, le premier trimestre est en cours et le deuxième est désactivé. La séquence ci-dessus est répétée et nous obtenons un signal sur les deux collecteurs du transistor qui est déphasé l'un par rapport à l'autre. Pour obtenir une onde carrée parfaite par n'importe quel collecteur du transistor, on prend à la fois la résistance du collecteur du transistor, la résistance de base, c'est-à-dire (R1 = R4), (R2 = R3), et aussi la même valeur du condensateur, qui rend notre circuit symétrique. Par conséquent, le rapport cyclique pour un rendement faible et élevé est le même que celui qui génère une onde carrée.
Constante La constante de temps de la forme d'onde dépend de la résistance de base et du collecteur du transistor. Nous pouvons calculer sa période de temps par : Constante de temps = 0,693RC
Le principe de fonctionnement d'un multivibrateur en vidéo avec explication
Dans ce didacticiel vidéo de la chaîne de télévision Welding Iron, nous montrerons comment les éléments sont interconnectés. circuit électrique et se familiariser avec les processus qui s'y déroulent. Le premier circuit sur la base duquel le principe de fonctionnement sera considéré est un circuit multivibrateur utilisant des transistors. Le circuit peut être dans l’un des deux états et passer périodiquement de l’un à l’autre.
Analyse de 2 états du multivibrateur.
Tout ce que nous voyons maintenant, ce sont deux LED clignotant alternativement. Pourquoi cela arrive-t-il? Considérons d'abord premier état.
Le premier transistor VT1 est fermé et le deuxième transistor est complètement ouvert et n'interfère pas avec la circulation du courant du collecteur. Le transistor est à ce moment en mode saturation, ce qui réduit la chute de tension à ses bornes. La LED de droite s'allume donc à pleine puissance. Le condensateur C1 s'est déchargé au premier instant et le courant est passé librement à la base du transistor VT2, l'ouvrant complètement. Mais après un moment, le condensateur commence à se charger rapidement avec le courant de base du deuxième transistor à travers la résistance R1. Une fois complètement chargé (et comme vous le savez, un condensateur complètement chargé ne laisse pas passer le courant), le transistor VT2 se ferme donc et la LED s'éteint.
La tension aux bornes du condensateur C1 est égale au produit du courant de base par la résistance de la résistance R2. Remontons le temps. Alors que le transistor VT2 était ouvert et que la LED droite était allumée, le condensateur C2, précédemment chargé dans l'état précédent, commence à se décharger lentement à travers le transistor ouvert VT2 et la résistance R3. Jusqu'à ce qu'il soit déchargé, la tension à la base de VT1 sera négative, ce qui désactive complètement le transistor. La première LED n'est pas allumée. Il s'avère qu'au moment où la deuxième LED s'éteint, le condensateur C2 a le temps de se décharger et est prêt à faire passer le courant vers la base du premier transistor VT1. Au moment où la deuxième LED cesse de s'allumer, la première LED s'allume.
UN dans le deuxième état la même chose se produit, mais au contraire, le transistor VT1 est ouvert, VT2 est fermé. Le passage à un autre état se produit lorsque le condensateur C2 est déchargé, la tension à ses bornes diminue. Une fois complètement déchargé, il commence à se charger à verso. Lorsque la tension à la jonction base-émetteur du transistor VT1 atteint une tension suffisante pour l'ouvrir, environ 0,7 V, ce transistor commencera à s'ouvrir et la première LED s'allumera.
Regardons à nouveau le diagramme.
Grâce aux résistances R1 et R4, les condensateurs sont chargés et via R3 et R2, une décharge se produit. Les résistances R1 et R4 limitent le courant des première et deuxième LED. La luminosité des LED ne dépend pas seulement de leur résistance. Ils déterminent également le temps de charge des condensateurs. La résistance de R1 et R4 est choisie bien inférieure à celle de R2 et R3, de sorte que la charge des condensateurs se produit plus rapidement que leur décharge. Un multivibrateur est utilisé pour produire des impulsions rectangulaires qui sont retirées du collecteur du transistor. Dans ce cas, la charge est connectée en parallèle à l'une des résistances du collecteur R1 ou R4.
Le graphique montre les impulsions rectangulaires générées par ce circuit. L’une de ces régions s’appelle le front d’impulsion. La façade présente une pente, et plus le temps de charge des condensateurs est long, plus cette pente sera importante.
Si un multivibrateur utilise des transistors identiques, des condensateurs de même capacité, et si les résistances ont des résistances symétriques, alors un tel multivibrateur est dit symétrique. Il a la même durée d’impulsion et la même durée de pause. Et s'il y a des différences dans les paramètres, alors le multivibrateur sera asymétrique. Lorsque nous connectons le multivibrateur à une source d'alimentation, au premier instant, les deux condensateurs sont déchargés, ce qui signifie que le courant circulera vers la base des deux condensateurs et qu'un mode de fonctionnement instable apparaîtra, dans lequel un seul des transistors doit s'ouvrir. . Étant donné que ces éléments du circuit présentent des erreurs de valeurs nominales et de paramètres, l'un des transistors s'ouvrira en premier et le multivibrateur démarrera.
Si vous souhaitez simuler ce circuit dans le programme Multisim, vous devez alors définir les valeurs des résistances R2 et R3 de manière à ce que leurs résistances diffèrent d'au moins un dixième d'ohm. Faites de même avec la capacité des condensateurs, sinon le multivibrateur risque de ne pas démarrer. Dans la mise en œuvre pratique de ce circuit, je recommande de fournir une tension de 3 à 10 Volts, et vous découvrirez maintenant les paramètres des éléments eux-mêmes. A condition d'utiliser le transistor KT315. Les résistances R1 et R4 n'affectent pas la fréquence d'impulsion. Dans notre cas, ils limitent le courant des LED. La résistance des résistances R1 et R4 peut être comprise entre 300 Ohms et 1 kOhm. La résistance des résistances R2 et R3 est de 15 kOhm à 200 kOhm. La capacité du condensateur est de 10 à 100 µF. Présentons un tableau avec les valeurs des résistances et des capacités, qui montre la fréquence d'impulsion approximative attendue. Autrement dit, pour obtenir une impulsion d'une durée de 7 secondes, c'est-à-dire que la durée de lueur d'une LED est égale à 7 secondes, vous devez utiliser les résistances R2 et R3 d'une résistance de 100 kOhm et un condensateur d'une capacité de 100 µF.
Conclusion.
Les éléments de synchronisation de ce circuit sont les résistances R2, R3 et les condensateurs C1 et C2. Plus leurs valeurs nominales sont basses, plus les transistors commuteront souvent et plus les LED clignoteront souvent.
Un multivibrateur peut être mis en œuvre non seulement sur des transistors, mais également sur des microcircuits. Laissez vos commentaires, n’oubliez pas de vous abonner à la chaîne « Soldering Iron TV » sur YouTube pour ne pas manquer de nouvelles vidéos intéressantes.
Une autre chose intéressante à propos de l'émetteur radio.
est un générateur d'impulsions de forme presque rectangulaire, réalisé sous la forme d'un élément amplificateur avec un circuit à rétroaction positive. Il existe deux types de multivibrateurs.
Le premier type est celui des multivibrateurs auto-oscillants, qui n’ont pas d’état stable. Il en existe deux types : symétrique - ses transistors sont les mêmes et les paramètres des éléments symétriques sont également les mêmes. En conséquence, les deux parties de la période d’oscillation sont égales et le rapport cyclique est égal à deux. Si les paramètres des éléments ne sont pas égaux, alors ce sera déjà un multivibrateur asymétrique.
Le deuxième type est celui des multivibrateurs en attente, qui ont un état d'équilibre stable et sont souvent appelés vibrateur unique. L'utilisation d'un multivibrateur dans divers appareils radioamateurs est assez courante.
Description du fonctionnement d'un multivibrateur à transistors
Analysons le principe de fonctionnement en prenant comme exemple le schéma suivant.
Il est facile de voir qu'elle copie pratiquement diagramme schématique gâchette symétrique. La seule différence est que les connexions entre les blocs de commutation, tant directes qu'inverses, sont réalisées en courant alternatif et non en courant continu. Cela change radicalement les caractéristiques de l'appareil, puisque par rapport à un déclencheur symétrique, le circuit multivibrateur n'a pas d'états d'équilibre stables dans lesquels il pourrait rester longtemps.
Au lieu de cela, il existe deux états d’équilibre quasi-stable, grâce auxquels l’appareil reste dans chacun d’eux pendant une durée strictement définie. Chacune de ces périodes de temps est déterminée par des processus transitoires se produisant dans le circuit. Le fonctionnement de l'appareil consiste en un changement constant de ces états, qui s'accompagne de l'apparition en sortie d'une tension de forme très proche d'une tension rectangulaire.
Essentiellement, un multivibrateur symétrique est amplificateur à deux étages, et le circuit est construit de telle sorte que la sortie du premier étage soit connectée à l'entrée du second. De ce fait, après avoir mis le circuit sous tension, il est sûr que l'un d'eux est ouvert et l'autre est fermé.
Supposons que le transistor VT1 soit ouvert et en état de saturation avec le courant circulant dans la résistance R3. Le transistor VT2, comme mentionné ci-dessus, est fermé. Des processus se produisent désormais dans le circuit associés à la recharge des condensateurs C1 et C2. Dans un premier temps, le condensateur C2 est complètement déchargé et, suite à la saturation de VT1, il se charge progressivement à travers la résistance R4.
Étant donné que le condensateur C2 contourne la jonction collecteur-émetteur du transistor VT2 via la jonction émetteur du transistor VT1, son taux de charge détermine le taux de variation de tension au niveau du collecteur VT2. Après avoir chargé C2, le transistor VT2 se ferme. La durée de ce processus (la durée de montée en tension du collecteur) peut être calculée à l'aide de la formule :
t1a = 2,3*R1*C1
Également lors du fonctionnement du circuit, un deuxième processus se produit, associé à la décharge du condensateur C1 précédemment chargé. Sa décharge se produit via le transistor VT1, la résistance R2 et la source d'alimentation. Lorsque le condensateur à la base du VT1 se décharge, un potentiel positif apparaît et il commence à s'ouvrir. Ce processus se termine après décharge complète C1. La durée de ce processus (impulsion) est égale à :
t2a = 0,7*R2*C1
Après le temps t2a, le transistor VT1 sera bloqué et le transistor VT2 sera saturé. Après cela, le processus sera répété selon un modèle similaire et la durée des intervalles des processus suivants peut également être calculée à l'aide des formules :
t1b = 2,3*R4*C2 Et t2b = 0,7*R3*C2
Pour déterminer la fréquence d'oscillation d'un multivibrateur, l'expression suivante est valable :
f = 1/ (t2a+t2b)
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Un multivibrateur est le générateur d'impulsions le plus simple qui fonctionne en mode auto-oscillation, c'est-à-dire que lorsqu'une tension est appliquée au circuit, il commence à générer des impulsions.
Le schéma le plus simple est présenté dans la figure ci-dessous :
circuit multivibrateur à transistors
De plus, les capacités des condensateurs C1, C2 sont toujours choisies aussi identiques que possible, et la valeur nominale des résistances de base R2, R3 doit être supérieure à celle du collecteur. C’est une condition importante pour le bon fonctionnement de la MT.
Comment fonctionne un multivibrateur à transistors ? Ainsi : à la mise sous tension, les condensateurs C1 et C2 commencent à se charger.
Le premier condensateur de la chaîne R1-C1-transition BE du deuxième corps.
La deuxième capacité sera chargée à travers le circuit R4 - C2 - transition BE du premier transistor - boîtier.
Comme il y a un courant de base sur les transistors, ils s'ouvrent presque. Mais comme il n'existe pas deux transistors identiques, l'un d'eux s'ouvrira un peu plus tôt que son confrère.
Supposons que notre premier transistor s'ouvre plus tôt. A son ouverture, il déchargera la capacité C1. De plus, il se déchargera en polarité inverse, fermant ainsi le deuxième transistor. Mais le premier n'est à l'état ouvert que pour le moment jusqu'à ce que le condensateur C2 soit chargé au niveau de la tension d'alimentation. A la fin du processus de charge C2, Q1 est verrouillé.
Mais à ce moment-là, C1 est presque déchargé. Cela signifie qu'un courant le traversera, ouvrant le deuxième transistor, qui déchargera le condensateur C2 et restera ouvert jusqu'à ce que le premier condensateur soit rechargé. Et ainsi de suite de cycle en cycle jusqu'à ce que nous coupions l'alimentation du circuit.
Comme il est facile de le constater, le temps de commutation est ici déterminé par la capacité nominale des condensateurs. À propos, la résistance des résistances de base R1, R3 contribue également ici dans une certaine mesure.
Revenons à l'état d'origine, lorsque le premier transistor est ouvert. A ce moment, la capacité C1 aura non seulement le temps de se décharger, mais commencera également à se charger en polarité inverse le long du circuit R2-C1-collecteur-émetteur de Q1 ouvert.
Mais la résistance de R2 est assez grande et C1 n'a pas le temps de se charger au niveau de la source d'alimentation, mais lorsque Q1 est verrouillé, il se déchargera à travers la chaîne de base de Q2, l'aidant à s'ouvrir plus rapidement. La même résistance augmente également le temps de charge du premier condensateur C1. Mais les résistances du collecteur R1, R4 sont une charge et n'ont pas beaucoup d'effet sur la fréquence de génération des impulsions.
A titre d'introduction pratique, je propose d'assembler, dans le même article la conception à trois transistors est également abordée.
circuit multivibrateur utilisant des transistors dans la conception d'un clignotant du Nouvel An
Regardons le fonctionnement d'un multivibrateur asymétrique utilisant deux transistors en utilisant l'exemple d'un simple circuit radio amateur fait maison qui fait le bruit d'une boule de métal rebondissante. Le circuit fonctionne de la manière suivante : au fur et à mesure que la capacité C1 se décharge, le volume des coups diminue. La durée totale du son dépend de la valeur de C1, et le condensateur C2 fixe la durée des pauses. Les transistors peuvent être absolument n'importe quel type pnp.
Il existe deux types de micro-multivibrateurs domestiques : auto-oscillants (GG) et veille (AG).
Les auto-oscillants génèrent une séquence périodique d’impulsions rectangulaires. Leur durée et leur période de répétition sont fixées par les paramètres des éléments externes de résistance et de capacité ou par le niveau de tension de commande.
Les microcircuits domestiques de MT auto-oscillants, par exemple, sont 530GG1, K531GG1, KM555GG2 plus des informations détaillées vous les trouverez, ainsi que bien d'autres, par exemple chez Yakubovsky S.V. Numérique et analogique circuits intégrés ou les CI et leurs analogues étrangers. Annuaire en 12 volumes édité par Nefedov
Pour les MV en attente, la durée de l'impulsion générée est également définie par les caractéristiques des composants radio connectés, et la période de répétition des impulsions est définie par la période de répétition des impulsions de déclenchement arrivant sur une entrée séparée.
Exemples: K155AG1 contient un multivibrateur de secours qui génère des impulsions rectangulaires uniques avec une bonne stabilité de durée ; 133AG3, K155AG3, 533AG3, KM555AG3, KR1533AG3 contient deux MV de secours qui génèrent des impulsions de tension rectangulaires uniques avec une bonne stabilité ; 533AG4, KM555AG4 deux MV en attente qui forment des impulsions de tension rectangulaires uniques.
Très souvent, dans la pratique de la radioamateur, ils préfèrent les microcircuits non spécialisés, mais les assemblent à l'aide de éléments logiques.
Le circuit multivibrateur le plus simple utilisant des portes NAND est illustré dans la figure ci-dessous. Il a deux états : dans un état, DD1.1 est verrouillé et DD1.2 est ouvert, dans l'autre, tout est à l'opposé.
Par exemple, si DD1.1 est fermé, DD1.2 est ouvert, alors la capacité C2 est chargée par le courant de sortie de DD1.1 traversant la résistance R2. La tension à l'entrée DD1.2 est positive. Il maintient DD1.2 ouvert. À mesure que le condensateur C2 se charge, le courant de charge diminue et la tension aux bornes de R2 chute. Au moment où le niveau seuil est atteint, DD1.2 commence à se fermer et son potentiel de sortie augmente. L'augmentation de cette tension est transmise via C1 à la sortie DD1.1, cette dernière s'ouvre et le processus inverse se développe, se terminant par le verrouillage complet de DD1.2 et le déverrouillage de DD1.1 - le passage de l'appareil au deuxième état instable . Maintenant, C1 sera chargé via R1 et la résistance de sortie du composant du microcircuit DD1.2, et C2 via DD1.1. Ainsi, nous observons un processus typique d’auto-oscillation.
Un autre de circuits simples, qui peut être assemblé à l'aide d'éléments logiques, est un générateur d'impulsions rectangulaires. De plus, un tel générateur fonctionnera en mode auto-génération, similaire à celui à transistor. La figure ci-dessous montre un générateur construit sur un micro-ensemble domestique numérique logique K155LA3
circuit multivibrateur sur K155LA3
Un exemple pratique d'une telle mise en œuvre peut être trouvé sur la page électronique dans la conception de l'appareil appelant.
Un exemple pratique de mise en œuvre du fonctionnement d'une MV en attente sur un déclencheur dans la conception d'un interrupteur d'éclairage optique utilisant des rayons IR est considéré.
Des LED sont installées sur la carte multivibrateur
Clignotant LED - multivibrateur symétrique L'application du circuit multivibrateur symétrique est très large. Des éléments des circuits multivibrateurs peuvent être trouvés dans la technologie informatique, radiomesure et équipements médicaux.
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Dans cet article nous parlerons du multivibrateur, de son fonctionnement, de la façon de connecter une charge au multivibrateur et du calcul d'un multivibrateur symétrique à transistor.
Multivibrateur est un simple générateur d'impulsions rectangulaires qui fonctionne en mode auto-oscillateur. Pour le faire fonctionner, vous n’avez besoin que d’une alimentation provenant d’une batterie ou d’une autre source d’alimentation. Considérons le multivibrateur symétrique le plus simple utilisant des transistors. Son schéma est représenté sur la figure. Le multivibrateur peut être plus compliqué en fonction des fonctions nécessaires exécutées, mais tous les éléments présentés sur la figure sont obligatoires, sans eux le multivibrateur ne fonctionnera pas.
Le fonctionnement d'un multivibrateur symétrique est basé sur les processus de charge-décharge de condensateurs qui, avec les résistances, forment des circuits RC.
J'ai écrit plus tôt sur le fonctionnement des circuits RC dans mon article Condensateur, que vous pouvez lire sur mon site Web. Sur Internet, si vous trouvez des informations sur un multivibrateur symétrique, elles sont présentées brièvement et de manière inintelligible. Cette circonstance ne permet pas aux radioamateurs novices de comprendre quoi que ce soit, mais aide seulement les ingénieurs électroniciens expérimentés à se souvenir de quelque chose. A la demande d'un des visiteurs de mon site, j'ai décidé de supprimer cette lacune.
Comment fonctionne un multivibrateur ?
Au moment initial de l'alimentation, les condensateurs C1 et C2 sont déchargés, leur résistance au courant est donc faible. La faible résistance des condensateurs conduit à l’ouverture « rapide » des transistors provoquée par la circulation du courant :
— VT2 le long du trajet (indiqué en rouge) : « + alimentation > résistance R1 > faible résistance de C1 déchargé > jonction base-émetteur VT2 > — alimentation » ;
— VT1 le long du chemin (indiqué en bleu) : "+ alimentation > résistance R4 > faible résistance de C2 déchargé > jonction base-émetteur VT1 > — alimentation."
C'est le mode de fonctionnement « instationnaire » du multivibrateur. Cela dure très peu de temps, déterminé uniquement par la vitesse des transistors. Et il n’existe pas deux transistors dont les paramètres sont absolument identiques. Quel que soit le transistor qui s’ouvre le plus rapidement, il restera ouvert : le « gagnant ». Supposons que dans notre diagramme, il s'agisse de VT2. Ensuite, grâce à la faible résistance du condensateur déchargé C2 et à la faible résistance de la jonction collecteur-émetteur VT2, la base du transistor VT1 sera court-circuitée vers l'émetteur VT1. En conséquence, le transistor VT1 sera obligé de se fermer - "devenu vaincu".
Puisque le transistor VT1 est fermé, une charge « rapide » du condensateur C1 se produit le long du chemin : « + alimentation > résistance R1 > faible résistance du C1 déchargé > jonction base-émetteur VT2 > — alimentation ». Cette charge se produit presque jusqu'à la tension de l'alimentation.
Dans le même temps, le condensateur C2 est chargé avec un courant de polarité inversée le long du trajet : "+ alimentation > résistance R3 > faible résistance du C2 déchargé > jonction collecteur-émetteur VT2 > — source d'alimentation." La durée de charge est déterminée par les valeurs R3 et C2. Ils déterminent l'heure à laquelle VT1 est à l'état fermé.
Lorsque le condensateur C2 est chargé à une tension approximativement égale à la tension de 0,7-1,0 volts, sa résistance augmentera et le transistor VT1 s'ouvrira avec la tension appliquée le long du chemin : « + alimentation > résistance R3 > jonction base-émetteur VT1 > - source de courant." Dans ce cas, la tension du condensateur chargé C1, à travers la jonction collecteur ouvert-émetteur VT1, sera appliquée à la jonction émetteur-base du transistor VT2 avec polarité inversée. En conséquence, VT2 se fermera et le courant qui traversait auparavant la jonction collecteur ouvert-émetteur VT2 circulera à travers le circuit : « + alimentation > résistance R4 > faible résistance C2 > jonction base-émetteur VT1 > — alimentation. » Ce circuit rechargera rapidement le condensateur C2. A partir de ce moment, le mode d'auto-génération « en régime permanent » commence.
Fonctionnement d'un multivibrateur symétrique en mode génération « stationnaire »
Le premier demi-cycle de fonctionnement (oscillation) du multivibrateur commence.
Lorsque le transistor VT1 est ouvert et VT2 est fermé, comme je viens de l'écrire, le condensateur C2 est rapidement rechargé (d'une tension de 0,7...1,0 volts d'une polarité, à la tension de la source d'alimentation de polarité opposée) le long du circuit : "+ alimentation > résistance R4 > faible résistance C2 > jonction base-émetteur VT1 > - alimentation." De plus, le condensateur C1 se recharge lentement (de la tension d'alimentation d'une polarité à une tension de 0,7...1,0 volts de polarité opposée) le long du circuit : « + alimentation > résistance R2 > plaque droite C1 > gauche plaque C1 > jonction collecteur-émetteur du transistor VT1 > - - source d'alimentation.
Lorsque, suite à la recharge de C1, la tension à la base de VT2 atteint une valeur de +0,6 volts par rapport à l'émetteur de VT2, le transistor s'ouvrira. Par conséquent, la tension du condensateur chargé C2, à travers la jonction collecteur ouvert-émetteur VT2, sera appliquée à la jonction émetteur-base du transistor VT1 avec polarité inversée. VT1 va se fermer.
Le deuxième demi-cycle de fonctionnement (oscillation) du multivibrateur commence.
Lorsque le transistor VT2 est ouvert et VT1 est fermé, le condensateur C1 se recharge rapidement (d'une tension de 0,7...1,0 volts d'une polarité, à la tension de la source d'alimentation de polarité opposée) le long du circuit : « + alimentation > résistance R1 > faible résistance C1 > jonction base-émetteur VT2 > - alimentation. De plus, le condensateur C2 se recharge lentement (de la tension de la source d'alimentation d'une polarité à une tension de 0,7...1,0 volts de polarité opposée) le long du circuit : « plaque droite de C2 > jonction collecteur-émetteur de transistor VT2 > - alimentation > + source d'alimentation > résistance R3 > plaque gauche C2". Lorsque la tension à la base de VT1 atteint +0,6 volts par rapport à l'émetteur de VT1, le transistor s'ouvrira. Par conséquent, la tension du condensateur chargé C1, à travers la jonction collecteur ouvert-émetteur VT1, sera appliquée à la jonction émetteur-base du transistor VT2 avec polarité inversée. VT2 se fermera. À ce stade, le deuxième demi-cycle de l’oscillation du multivibrateur se termine et le premier demi-cycle recommence.
Le processus est répété jusqu'à ce que le multivibrateur soit déconnecté de la source d'alimentation.
Méthodes de connexion d'une charge à un multivibrateur symétrique
Des impulsions rectangulaires sont supprimées de deux points d'un multivibrateur symétrique– des collecteurs de transistors. Lorsqu'il y a un potentiel « élevé » sur un collecteur, alors il y a un potentiel « faible » sur l'autre collecteur (il est absent), et vice versa - lorsqu'il y a un potentiel « faible » sur une sortie, alors il y a un « fort » potentiel d’autre part. Ceci est clairement montré dans le graphique temporel ci-dessous.
La charge du multivibrateur doit être connectée en parallèle avec l'une des résistances du collecteur, mais en aucun cas en parallèle avec la jonction du transistor collecteur-émetteur. Vous ne pouvez pas contourner le transistor avec une charge. Si cette condition n'est pas remplie, alors au minimum la durée des impulsions changera et au maximum le multivibrateur ne fonctionnera pas. La figure ci-dessous montre comment connecter correctement la charge et comment ne pas le faire.
Pour que la charge n'affecte pas le multivibrateur lui-même, celui-ci doit avoir une résistance d'entrée suffisante. A cet effet, des étages à transistors tampons sont généralement utilisés.
L'exemple montre connexion d'une tête dynamique basse impédance à un multivibrateur. Une résistance supplémentaire augmente la résistance d'entrée de l'étage tampon et élimine ainsi l'influence de l'étage tampon sur le transistor multivibrateur. Sa valeur ne doit pas être inférieure à 10 fois la valeur de la résistance du collecteur. La connexion de deux transistors dans un circuit « transistor composite » augmente considérablement le courant de sortie. Dans ce cas, il est correct de connecter le circuit base-émetteur de l'étage tampon en parallèle avec la résistance collecteur du multivibrateur, et non en parallèle avec la jonction collecteur-émetteur du transistor multivibrateur.
Pour connecter une tête dynamique haute impédance à un multivibrateur un étage tampon n’est pas nécessaire. La tête est connectée à la place de l'une des résistances du collecteur. La seule condition à respecter est que le courant circulant dans la tête dynamique ne dépasse pas le courant de collecteur maximum du transistor.
Si vous souhaitez connecter des LED ordinaires au multivibrateur– pour faire un « feu clignotant », alors les cascades tampons ne sont pas nécessaires pour cela. Ils peuvent être connectés en série avec des résistances de collecteur. Cela est dû au fait que le courant de la LED est faible et que la chute de tension à ses bornes pendant le fonctionnement ne dépasse pas un volt. Ils n’ont donc aucun effet sur le fonctionnement du multivibrateur. Certes, cela ne s'applique pas aux LED très lumineuses, pour lesquelles le courant de fonctionnement est plus élevé et la chute de tension peut aller de 3,5 à 10 volts. Mais dans ce cas, il existe une solution : augmenter la tension d'alimentation et utiliser des transistors à haute puissance, fournissant un courant de collecteur suffisant.
Veuillez noter que les condensateurs à oxyde (électrolytiques) sont connectés avec leurs positifs aux collecteurs des transistors. Cela est dû au fait que sur les bases des transistors bipolaires, la tension ne dépasse pas 0,7 volt par rapport à l'émetteur, et dans notre cas, les émetteurs sont le moins de l'alimentation. Mais au niveau des collecteurs des transistors, la tension passe presque de zéro à la tension de la source d'alimentation. Les condensateurs à oxyde ne sont pas capables de remplir leur fonction lorsqu'ils sont connectés avec une polarité inversée. Naturellement, si vous utilisez des transistors de structure différente (pas N-P-N, mais Structures PNP), puis en plus de changer la polarité de l'alimentation, il faut orienter les LED avec leurs cathodes « vers le haut du circuit », et les condensateurs avec leurs plus vers les bases des transistors.
Voyons cela maintenant Quels paramètres des éléments du multivibrateur déterminent les courants de sortie et la fréquence de génération du multivibrateur ?
Qu'affectent les valeurs des résistances du collecteur ? J'ai vu dans certains articles Internet médiocres que les valeurs des résistances du collecteur n'affectent pas de manière significative la fréquence du multivibrateur. Tout cela n’a aucun sens ! Si le multivibrateur est correctement calculé, un écart des valeurs de ces résistances de plus de cinq fois par rapport à la valeur calculée ne modifiera pas la fréquence du multivibrateur. L'essentiel est que leur résistance soit inférieure à celle des résistances de base, car les résistances de collecteur assurent une charge rapide des condensateurs. Mais d'un autre côté, les valeurs des résistances du collecteur sont les principales pour calculer la consommation électrique de la source d'alimentation, dont la valeur ne doit pas dépasser la puissance des transistors. Si vous le regardez, s'ils sont correctement connectés, ils sont même puissance de sortie le multivibrateur n'a pas d'effet direct. Mais la durée entre les commutations (fréquence du multivibrateur) est déterminée par la recharge « lente » des condensateurs. Le temps de recharge est déterminé par les valeurs nominales des circuits RC - résistances de base et condensateurs (R2C1 et R3C2).
Un multivibrateur, bien qu'il soit appelé symétrique, cela fait uniquement référence aux circuits de sa construction, et il peut produire des impulsions de sortie symétriques et asymétriques en durée. La durée d'impulsion (niveau haut) sur le collecteur VT1 est déterminée par les valeurs R3 et C2, et la durée d'impulsion (niveau haut) sur le collecteur VT2 est déterminée par les valeurs R2 et C1.
La durée de recharge des condensateurs est déterminée par une formule simple, où Tau– durée d'impulsion en secondes, R.– résistance résistance en Ohms, AVEC– capacité du condensateur en Farads :
Ainsi, si vous n’avez pas déjà oublié ce qui a été écrit dans cet article quelques paragraphes plus tôt :
S'il y a égalité R2=R3 Et C1=C2, aux sorties du multivibrateur, il y aura un "méandre" - des impulsions rectangulaires d'une durée égale aux pauses entre les impulsions, que vous voyez sur la figure.
La période complète d'oscillation du multivibrateur est Tégal à la somme des durées d'impulsion et de pause :
Fréquence d'oscillation F(Hz) lié à la période T(sec) à travers le rapport :
En règle générale, s'il existe des calculs de circuits radio sur Internet, ils sont maigres. C'est pourquoi Calculons les éléments d'un multivibrateur symétrique à l'aide de l'exemple .
Comme pour tout étage de transistor, le calcul doit être effectué depuis la fin : la sortie. Et en sortie nous avons un étage tampon, puis il y a des résistances de collecteur. Les résistances de collecteur R1 et R4 remplissent la fonction de chargement des transistors. Les résistances du collecteur n'ont aucun effet sur la fréquence de génération. Ils sont calculés en fonction des paramètres des transistors sélectionnés. Ainsi, nous calculons d'abord les résistances du collecteur, puis les résistances de base, puis les condensateurs, et enfin l'étage tampon.
Procédure et exemple de calcul d'un multivibrateur symétrique à transistor
Donnée initiale:
Tension d'alimentation Ui.p. = 12 V.
Fréquence multivibrateur requise F = 0,2 Hz (T = 5 secondes), et la durée de l'impulsion est égale à 1 (une seconde.
Une ampoule à incandescence de voiture est utilisée comme charge. 12 volts, 15 watts.
Comme vous l'avez deviné, nous calculerons une « lumière clignotante » qui clignotera une fois toutes les cinq secondes et la durée de la lueur sera de 1 seconde.
Sélection de transistors pour le multivibrateur. Par exemple, nous avons les transistors les plus courants à l'époque soviétique KT315G.
Pour eux: Pmax = 150 mW ; Imax=150 mA ; h21>50.
Les transistors pour l'étage tampon sont sélectionnés en fonction du courant de charge.
Afin de ne pas représenter le schéma deux fois, j'ai déjà signé les valeurs des éléments sur le schéma. Leur calcul est indiqué plus loin dans la Décision.
Solution:
1. Tout d'abord, vous devez comprendre que faire fonctionner un transistor à des courants élevés en mode commutation est plus sûr pour le transistor lui-même que de fonctionner en mode amplification. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de calculer la puissance pour l'état de transition aux moments de passage d'un signal alternatif à travers le point de fonctionnement "B" du mode statique du transistor - le passage de l'état ouvert à l'état fermé et retour . Pour les circuits d'impulsions construits sur des transistors bipolaires, la puissance est généralement calculée pour les transistors à l'état ouvert.
Tout d'abord, nous déterminons la dissipation de puissance maximale des transistors, qui doit être inférieure de 20 % (facteur 0,8) à la puissance maximale du transistor indiquée dans l'ouvrage de référence. Mais pourquoi devons-nous enfoncer le multivibrateur dans le cadre rigide des courants élevés ? Et même avec une puissance accrue, la consommation d'énergie de la source d'alimentation sera importante, mais il y aura peu d'avantages. Par conséquent, après avoir déterminé Puissance maximum dissipation des transistors, réduisez-la de 3 fois. Une réduction supplémentaire de la dissipation de puissance n'est pas souhaitable car le fonctionnement d'un multivibrateur basé sur des transistors bipolaires en mode faible courant est un phénomène « instable ». Si la source d'alimentation n'est pas utilisée uniquement pour le multivibrateur, ou si elle n'est pas entièrement stable, la fréquence du multivibrateur « flottera » également.
On détermine la puissance dissipée maximale : Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW
On détermine la puissance nominale dissipée : Pdis.nom. = 120 / 3 = 40mW
2. Déterminez le courant du collecteur à l'état ouvert : Ik0 = Pdis.nom. / Ui.p. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA
Prenons-le comme courant maximum du collecteur.
3. Trouvons la valeur de la résistance et de la puissance de la charge du collecteur : Rk.total = Ui.p./Ik0 = 12V/3,3mA = 3,6 kOhm
Nous sélectionnons dans la plage nominale existante des résistances aussi proches que possible de 3,6 kOhm. La série nominale de résistances a une valeur nominale de 3,6 kOhm, on calcule donc d'abord la valeur des résistances collectrices R1 et R4 du multivibrateur : Rк = R1 = R4 = 3,6 kOhm.
La puissance des résistances de collecteur R1 et R4 est égale à la puissance dissipée nominale des transistors Pras.nom. = 40 mW. Nous utilisons des résistances d'une puissance supérieure au Pras.nom spécifié. - tapez MLT-0.125.
4. Passons au calcul des résistances de base R2 et R3. Leur valeur est déterminée en fonction du gain des transistors h21. Dans le même temps, pour un fonctionnement fiable du multivibrateur, la valeur de la résistance doit être comprise dans la plage : 5 fois supérieure à la résistance des résistances du collecteur et inférieure au produit Rк * h21. Dans notre cas Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm et Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm
Ainsi, les valeurs de résistance Rb (R2 et R3) peuvent être comprises entre 18 et 180 kOhm. On sélectionne d'abord la valeur moyenne = 100 kOhm. Mais ce n'est pas définitif, puisqu'il faut fournir la fréquence requise du multivibrateur, et comme je l'ai écrit plus tôt, la fréquence du multivibrateur dépend directement des résistances de base R2 et R3, ainsi que de la capacité des condensateurs.
5. Calculez les capacités des condensateurs C1 et C2 et, si nécessaire, recalculez les valeurs de R2 et R3.
Les valeurs de la capacité du condensateur C1 et de la résistance R2 déterminent la durée de l'impulsion de sortie sur le collecteur VT2. C'est lors de cette impulsion que notre ampoule doit s'allumer. Et dans cette condition, la durée de l'impulsion était réglée sur 1 seconde.
Déterminons la capacité du condensateur : C1 = 1 sec / 100 kOhm = 10 µF
Un condensateur d'une capacité de 10 μF est inclus dans la plage nominale, cela nous convient donc.
Les valeurs de la capacité du condensateur C2 et de la résistance R3 déterminent la durée de l'impulsion de sortie sur le collecteur VT1. C'est pendant cette impulsion qu'il y a une « pause » sur le collecteur VT2 et notre ampoule ne doit pas s'allumer. Et dans la condition, une période complète de 5 secondes avec une durée d'impulsion de 1 seconde a été spécifiée. La durée de la pause est donc de 5 secondes – 1 seconde = 4 secondes.
Après avoir transformé la formule de durée de recharge, nous Déterminons la capacité du condensateur : C2 = 4 sec / 100 kOhm = 40 µF
Un condensateur d'une capacité de 40 µF n'est pas inclus dans la plage nominale, il ne nous convient donc pas, et nous prendrons le condensateur d'une capacité de 47 µF qui s'en rapproche le plus possible. Mais comme vous l'avez compris, le temps de « pause » changera également. Pour éviter que cela ne se produise, nous Recalculons la résistance de la résistance R3 en fonction de la durée de la pause et de la capacité du condensateur C2 : R3 = 4 secondes / 47 µF = 85 kOhm
Selon la série nominale, la valeur la plus proche de la résistance est de 82 kOhm.
Ainsi, nous avons obtenu les valeurs des éléments du multivibrateur :
R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.
6. Calculer la valeur de la résistance R5 de l'étage tampon.
Pour éliminer l'influence sur le multivibrateur, la résistance de la résistance de limitation supplémentaire R5 est choisie pour être au moins 2 fois supérieure à la résistance de la résistance collectrice R4 (et dans certains cas plus). Sa résistance, ainsi que la résistance des jonctions émetteur-base VT3 et VT4, n'affecteront pas dans ce cas les paramètres du multivibrateur.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhms
Selon la série nominale, la résistance la plus proche est de 7,5 kOhm.
Avec une valeur de résistance de R5 = 7,5 kOhm, le courant de commande de l'étage tampon sera égal à :
Je contrôle = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12v - 1,2v) / 7,5 kOhm = 1,44 mA
De plus, comme je l'ai écrit plus tôt, la charge nominale du collecteur des transistors du multivibrateur n'affecte pas sa fréquence, donc si vous n'avez pas une telle résistance, vous pouvez la remplacer par une autre valeur « proche » (5 ... 9 kOhm ). Il est préférable que ce soit dans le sens d'une diminution, afin qu'il n'y ait pas de chute du courant de commande dans l'étage tampon. Mais gardez à l'esprit que la résistance supplémentaire est une charge supplémentaire pour le transistor VT2 du multivibrateur, donc le courant circulant à travers cette résistance s'ajoute au courant de la résistance de collecteur R4 et constitue une charge pour le transistor VT2 : Itotal = Ik + Icontrôle. = 3,3 mA + 1,44 mA = 4,74 mA
La charge totale sur le collecteur du transistor VT2 se situe dans les limites normales. S'il dépasse le courant maximum du collecteur spécifié dans l'ouvrage de référence et multiplié par un facteur de 0,8, augmentez la résistance R4 jusqu'à ce que le courant de charge soit suffisamment réduit, ou utilisez un transistor plus puissant.
7. Nous devons fournir du courant à l'ampoule In = Рн / Ui.p. = 15 W / 12 V = 1,25 A
Mais le courant de commande de l'étage tampon est de 1,44 mA. Le courant du multivibrateur doit être augmenté d'une valeur égale au rapport :
Dans / Icontrol = 1,25A / 0,00144A = 870 fois.
Comment faire? Pour une amplification significative du courant de sortie utiliser des cascades de transistors construites selon le circuit « transistor composite ». Le premier transistor est généralement de faible puissance (nous utiliserons le KT361G), il a le gain le plus élevé et le second doit fournir un courant de charge suffisant (prenons le non moins courant KT814B). Puis leurs coefficients de transmission h21 sont multipliés. Ainsi, pour le transistor KT361G h21>50, et pour le transistor KT814B h21=40. Et le coefficient de transmission global de ces transistors connectés selon le circuit « transistor composite » : h21 = 50 * 40 = 2000. Ce chiffre est supérieur à 870, ces transistors sont donc largement suffisants pour contrôler une ampoule.
Eh bien voilà tout!
