Come funziona un multivibratore per manichini? Varietà di un circuito (multivibratore asimmetrico). Schema, descrizione. Funzionamento di un multivibratore simmetrico in modalità di generazione “stazionaria”.
I multivibratori sono un'altra forma di oscillatori. Il generatore è circuito elettronico, che è in grado di supportare un segnale CA in uscita. Può generare segnali quadrati, lineari o impulsivi. Per oscillare, il generatore deve soddisfare due condizioni di Barkhausen:
Il guadagno del circuito T dovrebbe essere leggermente maggiore dell'unità.
Lo sfasamento del ciclo deve essere di 0 gradi o 360 gradi.
Per soddisfare entrambe le condizioni, l'oscillatore deve avere una qualche forma di amplificatore e parte della sua uscita deve essere rigenerata nell'ingresso. Se il guadagno dell'amplificatore è inferiore a uno, il circuito non oscillerà, mentre se è maggiore di uno, il circuito sarà sovraccaricato e produrrà una forma d'onda distorta. Un semplice generatore può generare un'onda sinusoidale, ma non può generare un'onda quadra. Un'onda quadra può essere generata utilizzando un multivibratore.
Un multivibratore è una forma di generatore che ha due stadi, grazie ai quali possiamo uscire da qualsiasi stato. Si tratta sostanzialmente di due circuiti amplificatori abbinati al rigenerativo feedback. In questo caso nessuno dei transistor conduce contemporaneamente. Solo un transistor alla volta è in conduzione, mentre l'altro è spento. Alcuni circuiti hanno determinati stati; lo stato con transizione rapida è chiamato processo di commutazione, in cui si verifica un rapido cambiamento di corrente e tensione. Questa commutazione è chiamata triggering. Pertanto, possiamo eseguire il circuito internamente o esternamente.
I circuiti hanno due stati.
Uno è lo stato stazionario, in cui il circuito rimane per sempre senza alcun intervento.
L'altro stato è instabile: in questo stato il circuito rimane per un periodo di tempo limitato senza alcun intervento esterno e passa ad un altro stato. Pertanto, l'uso dei multivibartori avviene in circuiti a due stati come timer e flip-flop.
Multivibratore astabile a transistor
È un generatore a funzionamento libero che passa continuamente tra due stati instabili. In assenza di segnale esterno, i transistor passano alternativamente dallo stato spento allo stato di saturazione ad una frequenza determinata dalle costanti di tempo RC dei circuiti di comunicazione. Se queste costanti di tempo sono uguali (R e C sono uguali), verrà generata un'onda quadra con una frequenza di 1/1,4 RC. Pertanto, un multivibratore astabile è chiamato generatore di impulsi o generatore di onde quadre. Maggiore è il valore del carico di base R2 e R3 rispetto al carico del collettore R1 e R4, maggiore sarà il guadagno di corrente e più netto sarà il fronte del segnale.
Il principio di base di funzionamento di un multivibratore astabile è un leggero cambiamento nelle proprietà elettriche o caratteristiche del transistor. Questa differenza fa sì che un transistor si accenda più velocemente dell'altro quando viene applicata per la prima volta l'alimentazione, provocando l'oscillazione.
Spiegazione del diagramma
Un multivibratore astabile è costituito da due amplificatori RC accoppiati in modo incrociato.
Il circuito ha due stati instabili
Quando V1 = BASSO e V2 = ALTO allora Q1 ON e Q2 OFF
Quando V1 = ALTO e V2 = BASSO, Q1 è OFF. e Q2 acceso.
In questo caso, R1 = R4, R2 = R3, R1 deve essere maggiore di R2
C1 = C2
Quando il circuito viene acceso per la prima volta, nessuno dei transistor è acceso.
La tensione di base di entrambi i transistor inizia ad aumentare. Entrambi i transistor si accendono per primi a causa della differenza nel drogaggio e nelle caratteristiche elettriche del transistor.
Riso. 1: Schema schematico del funzionamento di un multivibratore astabile a transistor
Non possiamo dire quale transistor conduce per primo, quindi presupponiamo che Q1 conduca per primo e Q2 sia spento (C2 è completamente carico).
Q1 è in conduzione e Q2 è spento, quindi VC1 = 0 V poiché tutta la corrente verso terra è dovuta al cortocircuito di Q1 e VC2 = Vcc poiché tutta la tensione su VC2 diminuisce a causa del circuito aperto TR2 (uguale alla tensione di alimentazione).
Per colpa di alta tensione Il condensatore VC2 C2 inizia a caricarsi attraverso Q1 attraverso R4 e C1 inizia a caricarsi attraverso R2 attraverso Q1. Il tempo necessario per caricare C1 (T1 = R2C1) è più lungo del tempo necessario per caricare C2 (T2 = R4C2).
Poiché la piastra destra C1 è collegata alla base di Q2 e si sta caricando, questa piastra ha un potenziale elevato e quando supera la tensione di 0,65 V, accende Q2.
Poiché C2 è completamente carico, la sua piastra sinistra ha una tensione di -Vcc o -5V ed è collegata alla base di Q1. Pertanto spegne Q2
TR Ora TR1 è spento e Q2 conduce, quindi VC1 = 5 V e VC2 = 0 V. La piastra sinistra di C1 era precedentemente a -0,65 V, che inizia a salire a 5 V e si collega al collettore di Q1. C1 si scarica prima da 0 a 0,65 V e poi inizia a caricarsi da R1 a Q2. Durante la ricarica, la piastra destra C1 ha un potenziale basso, il che spegne Q2.
La piastra destra di C2 è collegata al collettore di Q2 ed è preposizionata a +5V. Quindi C2 prima si scarica da 5V a 0V e poi inizia a caricarsi attraverso la resistenza R3. La piastra sinistra C2 è ad alto potenziale durante la ricarica, che accende Q1 quando raggiunge 0,65 V.
Riso. 2: Rappresentazione schematica del funzionamento di un multivibratore astabile a transistor
Ora Q1 è in conduzione e Q2 è spento. La sequenza precedente viene ripetuta e otteniamo un segnale su entrambi i collettori del transistor che è sfasato tra loro. Per ottenere un'onda quadra perfetta da qualsiasi collettore del transistor, prendiamo sia la resistenza del collettore del transistor, la resistenza di base, cioè (R1 = R4), (R2 = R3), e anche lo stesso valore del condensatore, che rende il nostro circuito simmetrico. Pertanto, il ciclo di lavoro per l'uscita bassa e alta è lo stesso che genera un'onda quadra
Costante La costante di tempo della forma d'onda dipende dalla resistenza di base e dal collettore del transistor. Possiamo calcolare il suo periodo di tempo con: Costante di tempo = 0,693RC
Il principio di funzionamento di un multivibratore in video con spiegazione
In questo video tutorial del canale Soldering Iron TV mostreremo come sono interconnessi gli elementi circuito elettrico e conoscere i processi che si svolgono in esso. Il primo circuito in base al quale verrà considerato il principio di funzionamento è un circuito multivibratore che utilizza transistor. Il circuito può trovarsi in uno dei due stati e passare periodicamente dall'uno all'altro.
Analisi di 2 stati del multivibratore.
Tutto ciò che vediamo ora sono due LED che lampeggiano alternativamente. Perché sta succedendo? Consideriamo prima primo stato.
Il primo transistor VT1 è chiuso e il secondo transistor è completamente aperto e non interferisce con il flusso della corrente del collettore. In questo momento il transistor è in modalità saturazione, il che riduce la caduta di tensione ai suoi capi. E quindi il LED giusto si accende alla massima potenza. Il condensatore C1 è stato scaricato nel primo istante e la corrente è passata liberamente alla base del transistor VT2, aprendolo completamente. Ma dopo un attimo il condensatore inizia a caricarsi rapidamente con la corrente di base del secondo transistor attraverso il resistore R1. Dopo che è completamente carico (e come sapete, un condensatore completamente carico non lascia passare corrente), il transistor VT2 si chiude quindi e il LED si spegne.
La tensione sul condensatore C1 è uguale al prodotto della corrente di base e della resistenza del resistore R2. Torniamo indietro nel tempo. Mentre il transistor VT2 era aperto e il LED destro era acceso, il condensatore C2, precedentemente caricato nello stato precedente, inizia a scaricarsi lentamente attraverso il transistor aperto VT2 e il resistore R3. Fino alla scarica, la tensione alla base del VT1 sarà negativa, il che spegne completamente il transistor. Il primo LED non è acceso. Si scopre che quando il secondo LED si spegne, il condensatore C2 ha il tempo di scaricarsi e diventa pronto a passare la corrente alla base del primo transistor VT1. Quando il secondo LED smette di illuminarsi, il primo LED si accende.
UN nel secondo stato succede la stessa cosa, ma al contrario il transistor VT1 è aperto, VT2 è chiuso. La transizione ad un altro stato avviene quando il condensatore C2 viene scaricato, la tensione ai suoi capi diminuisce. Dopo essersi completamente scaricato, inizia a caricarsi rovescio. Quando la tensione alla giunzione base-emettitore del transistor VT1 raggiunge una tensione sufficiente per aprirlo, circa 0,7 V, questo transistor inizierà ad aprirsi e il primo LED si accenderà.
Guardiamo di nuovo il diagramma.
Attraverso i resistori R1 e R4, i condensatori vengono caricati e attraverso R3 e R2 avviene la scarica. I resistori R1 e R4 limitano la corrente del primo e del secondo LED. Non solo la luminosità dei LED dipende dalla loro resistenza. Determinano anche il tempo di carica dei condensatori. La resistenza di R1 e R4 è selezionata molto più bassa di R2 e R3, in modo che la carica dei condensatori avvenga più velocemente della loro scarica. Un multivibratore viene utilizzato per produrre impulsi rettangolari, che vengono rimossi dal collettore del transistor. In questo caso, il carico è collegato in parallelo a uno dei resistori del collettore R1 o R4.
Il grafico mostra gli impulsi rettangolari generati da questo circuito. Una delle regioni è chiamata fronte dell'impulso. La parte anteriore ha una pendenza e maggiore sarà il tempo di carica dei condensatori maggiore sarà questa pendenza.
Se un multivibratore utilizza transistor identici, condensatori della stessa capacità e se i resistori hanno resistenze simmetriche, tale multivibratore viene chiamato simmetrico. Ha la stessa durata dell'impulso e durata della pausa. E se ci sono differenze nei parametri, il multivibratore sarà asimmetrico. Quando colleghiamo il multivibratore a una fonte di alimentazione, nel primo momento entrambi i condensatori saranno scaricati, il che significa che la corrente fluirà alla base di entrambi i condensatori e apparirà una modalità operativa instabile, in cui solo uno dei transistor dovrebbe aprirsi . Poiché questi elementi del circuito presentano alcuni errori nei valori nominali e nei parametri, uno dei transistor si aprirà per primo e il multivibratore si avvierà.
Se vuoi simulare questo circuito nel programma Multisim, devi impostare i valori dei resistori R2 e R3 in modo che le loro resistenze differiscano di almeno un decimo di ohm. Fai lo stesso con la capacità dei condensatori, altrimenti il multivibratore potrebbe non avviarsi. Nell'implementazione pratica di questo circuito, consiglio di fornire una tensione da 3 a 10 Volt, e ora scoprirai i parametri degli elementi stessi. A condizione che venga utilizzato il transistor KT315. I resistori R1 e R4 non influenzano la frequenza degli impulsi. Nel nostro caso limitano la corrente del LED. La resistenza dei resistori R1 e R4 può essere presa da 300 Ohm a 1 kOhm. La resistenza dei resistori R2 e R3 va da 15 kOhm a 200 kOhm. La capacità del condensatore va da 10 a 100 µF. Presentiamo una tabella con i valori di resistenze e capacità, che mostra la frequenza approssimativa degli impulsi prevista. Cioè, per ottenere un impulso della durata di 7 secondi, cioè la durata del bagliore di un LED è pari a 7 secondi, è necessario utilizzare resistori R2 e R3 con una resistenza di 100 kOhm e un condensatore con una capacità di 100 µF.
Conclusione.
Gli elementi di temporizzazione di questo circuito sono i resistori R2, R3 e i condensatori C1 e C2. Più bassi sono i valori nominali, più spesso i transistor verranno commutati e più spesso i LED lampeggeranno.
Un multivibratore può essere implementato non solo sui transistor, ma anche sui microcircuiti. Lascia i tuoi commenti, non dimenticare di iscriverti al canale “Soldering Iron TV” su YouTube per non perdere nuovi video interessanti.
Un'altra cosa interessante del trasmettitore radio.
è un generatore di impulsi di forma quasi rettangolare, creato sotto forma di un elemento amplificatore con un circuito a feedback positivo. Esistono due tipi di multivibratori.
Il primo tipo sono i multivibratori autooscillanti, che non hanno uno stato stabile. Ne esistono di due tipi: simmetrico: i suoi transistor sono gli stessi e anche i parametri degli elementi simmetrici sono gli stessi. Di conseguenza, le due parti del periodo di oscillazione sono uguali tra loro e il ciclo di lavoro è uguale a due. Se i parametri degli elementi non sono uguali, sarà già un multivibratore asimmetrico.
Il secondo tipo è l'attesa dei multivibratori, che hanno uno stato di equilibrio stabile e sono spesso chiamati vibratori singoli. L'uso di un multivibratore in vari dispositivi radioamatoriali è abbastanza comune.
Descrizione del funzionamento di un multivibratore a transistor
Analizziamo il principio di funzionamento utilizzando come esempio il seguente schema.
È facile vedere che praticamente copia diagramma schematico grilletto simmetrico. L'unica differenza è che i collegamenti tra i blocchi di commutazione, sia diretti che inversi, vengono eseguiti utilizzando corrente alternata e non corrente continua. Ciò cambia radicalmente le caratteristiche del dispositivo, poiché rispetto ad un trigger simmetrico, il circuito multivibratore non ha stati di equilibrio stabili in cui potrebbe rimanere a lungo.
Esistono invece due stati di equilibrio quasi stabile, per cui il dispositivo rimane in ciascuno di essi per un tempo strettamente definito. Ciascuno di questi periodi di tempo è determinato dai processi transitori che si verificano nel circuito. Il funzionamento del dispositivo consiste in un cambiamento costante di questi stati, che è accompagnato dall'apparizione in uscita di una tensione di forma molto simile a quella rettangolare.
Essenzialmente, un multivibratore simmetrico lo è amplificatore a due stadi e il circuito è costruito in modo che l'uscita del primo stadio sia collegata all'ingresso del secondo. Di conseguenza, dopo aver alimentato il circuito, è sicuro che uno di essi sia aperto e l'altro sia chiuso.
Supponiamo che il transistor VT1 sia aperto e sia in uno stato di saturazione con la corrente che scorre attraverso il resistore R3. Il transistor VT2, come menzionato sopra, è chiuso. Ora si verificano processi nel circuito associato alla ricarica dei condensatori C1 e C2. Inizialmente il condensatore C2 è completamente scarico e, in seguito alla saturazione di VT1, viene progressivamente caricato tramite la resistenza R4.
Poiché il condensatore C2 bypassa la giunzione collettore-emettitore del transistor VT2 attraverso la giunzione emettitore del transistor VT1, la sua velocità di carica determina la velocità di variazione della tensione sul collettore VT2. Dopo aver caricato C2, il transistor VT2 si chiude. La durata di questo processo (la durata dell'aumento di tensione del collettore) può essere calcolata utilizzando la formula:
t1a = 2,3*R1*C1
Anche nel funzionamento del circuito si verifica un secondo processo, associato alla scarica del condensatore C1 precedentemente caricato. La sua scarica avviene attraverso il transistor VT1, il resistore R2 e la fonte di alimentazione. Quando il condensatore alla base del VT1 si scarica, appare un potenziale positivo e inizia ad aprirsi. Questo processo finisce dopo scarico completo C1. La durata di questo processo (impulso) è pari a:
t2a = 0,7*R2*C1
Dopo il tempo t2a, il transistor VT1 sarà spento e il transistor VT2 sarà in saturazione. Successivamente, il processo verrà ripetuto secondo uno schema simile e la durata degli intervalli dei processi successivi potrà essere calcolata anche utilizzando le formule:
t1b = 2,3*R4*C2 E t2b = 0,7*R3*C2
Per determinare la frequenza di oscillazione di un multivibratore vale la seguente espressione:
f = 1/ (t2a+t2b)
Oscilloscopio USB portatile, 2 canali, 40 MHz....
Un multivibratore è il generatore di impulsi più semplice che funziona in modalità auto-oscillazione, ovvero quando viene applicata tensione al circuito, inizia a generare impulsi.
Lo schema più semplice è mostrato nella figura seguente:
circuito multivibratore con transistor
Inoltre, le capacità dei condensatori C1, C2 sono sempre selezionate il più identiche possibile e il valore nominale delle resistenze di base R2, R3 dovrebbe essere superiore a quello del collettore. Questa è una condizione importante per il corretto funzionamento della MV.
Come funziona un multivibratore a transistor? Quindi: quando si accende l'alimentazione, i condensatori C1 e C2 iniziano a caricarsi.
Il primo condensatore nella catena R1-C1-transizione BE del secondo corpo.
La seconda capacità verrà caricata attraverso il circuito R4 - C2 - transizione BE del primo transistor - alloggiamento.
Poiché sui transistor è presente una corrente di base, si aprono quasi. Ma poiché non esistono due transistor identici, uno di essi si aprirà un po' prima del suo collega.
Supponiamo che il nostro primo transistor si apra prima. Quando si apre, scaricherà la capacità C1. Inoltre, si scaricherà con polarità inversa, chiudendo il secondo transistor. Ma il primo è nello stato aperto solo temporaneamente finché il condensatore C2 non viene caricato al livello della tensione di alimentazione. Al termine del processo di ricarica C2, Q1 viene bloccato.
Ma a questo punto C1 è quasi scarico. Ciò significa che una corrente lo attraverserà aprendo il secondo transistor, che scaricherà il condensatore C2 e rimarrà aperto finché il primo condensatore non verrà ricaricato. E così via di ciclo in ciclo finché non spegniamo l'alimentazione dal circuito.
Come è facile vedere, il tempo di commutazione qui è determinato dalla capacità nominale dei condensatori. A proposito, anche la resistenza delle resistenze di base R1, R3 contribuisce con un certo fattore.
Torniamo allo stato originale, quando il primo transistor è aperto. In questo momento, la capacità C1 non solo avrà il tempo di scaricarsi, ma inizierà anche a caricarsi con polarità inversa lungo il circuito R2-C1-collettore-emettitore di Q1 aperto.
Ma la resistenza di R2 è piuttosto grande e C1 non ha il tempo di caricarsi al livello della fonte di alimentazione, ma quando Q1 è bloccato, si scaricherà attraverso la catena base di Q2, aiutandolo ad aprirsi più velocemente. La stessa resistenza aumenta anche il tempo di carica del primo condensatore C1. Ma le resistenze del collettore R1, R4 sono un carico e non hanno molto effetto sulla frequenza di generazione degli impulsi.
Come introduzione pratica, propongo di assemblare, nello stesso articolo viene discussa anche la struttura con tre transistor.
circuito multivibratore che utilizza transistor nella progettazione di un lampeggiatore di Capodanno
Diamo un'occhiata al funzionamento di un multivibratore asimmetrico che utilizza due transistor usando l'esempio di un semplice circuito radioamatoriale fatto in casa che emette il suono di una palla di metallo che rimbalza. Il circuito funziona nel modo seguente: man mano che la capacità C1 si scarica, il volume dei colpi diminuisce. La durata totale del suono dipende dal valore di C1 e il condensatore C2 imposta la durata delle pause. I transistor possono essere assolutamente di qualsiasi tipo pnp.
Esistono due tipi di micro multivibratori domestici: auto-oscillante (GG) e standby (AG).
Quelli auto-oscillanti generano una sequenza periodica di impulsi rettangolari. La loro durata e il periodo di ripetizione sono stabiliti dai parametri degli elementi esterni di resistenza e capacità o dal livello della tensione di controllo.
Lo sono, ad esempio, i microcircuiti domestici delle MT autooscillanti 530GG1, K531GG1, KM555GG2 Di più informazioni dettagliate li troverete e molti altri, ad esempio, in Yakubovsky S.V. Digitale e analogico circuiti integrati o circuiti integrati e loro analoghi esteri. Directory in 12 volumi a cura di Nefedov
Per le MV in attesa, la durata dell'impulso generato è impostata anche dalle caratteristiche dei componenti radio collegati, e il periodo di ripetizione dell'impulso è impostato dal periodo di ripetizione degli impulsi di trigger che arrivano ad un ingresso separato.
Esempi: K155AG1 contiene un multivibratore di standby che genera singoli impulsi rettangolari con buona stabilità di durata; 133AG3, K155AG3, 533AG3, KM555AG3, KR1533AG3 contiene due MV di standby che generano singoli impulsi di tensione rettangolari con buona stabilità; 533AG4, KM555AG4 due MV in attesa che formano singoli impulsi di tensione rettangolari.
Molto spesso nella pratica radioamatoriale preferiscono microcircuiti non specializzati, ma assemblati utilizzando elementi logici.
Il circuito multivibratore più semplice che utilizza porte NAND è mostrato nella figura seguente. Ha due stati: in uno stato DD1.1 è bloccato e DD1.2 è aperto, nell'altro è tutto il contrario.
Ad esempio, se DD1.1 è chiuso, DD1.2 è aperto, quindi la capacità C2 viene caricata dalla corrente di uscita di DD1.1 che passa attraverso la resistenza R2. La tensione all'ingresso DD1.2 è positiva. Mantiene aperto DD1.2. Quando il condensatore C2 si carica, la corrente di carica diminuisce e la tensione su R2 diminuisce. Nel momento in cui viene raggiunto il livello di soglia, DD1.2 inizia a chiudersi e il suo potenziale di output aumenta. L'aumento di questa tensione viene trasmesso attraverso C1 all'uscita DD1.1, quest'ultima si apre e si sviluppa il processo inverso, che termina con il blocco completo di DD1.2 e lo sblocco di DD1.1 - la transizione del dispositivo al secondo stato instabile . Ora C1 verrà caricato tramite R1 e la resistenza di uscita del componente microcircuito DD1.2 e C2 tramite DD1.1. Pertanto, osserviamo un tipico processo auto-oscillatorio.
Un altro di circuiti semplici, assemblabile mediante elementi logici, è un generatore di impulsi rettangolare. Inoltre, tale generatore funzionerà in modalità di autogenerazione, simile a quella a transistor. La figura seguente mostra un generatore costruito su un microassemblaggio domestico digitale logico K155LA3
circuito multivibratore su K155LA3
Un esempio pratico di tale implementazione si trova nella pagina dell'elettronica nella progettazione del dispositivo chiamante.
Viene considerato un esempio pratico dell'implementazione del funzionamento di una MV in attesa su un trigger nella progettazione di un interruttore ottico di illuminazione che utilizza raggi IR.
I LED sono installati sulla scheda multivibratore
Lampeggiatore a LED - multivibratore simmetrico L'applicazione del circuito multivibratore simmetrico è molto ampia. Gli elementi dei circuiti multivibratore possono essere trovati in informatica, misurazioni radio e apparecchiature mediche.
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In questo articolo parleremo del multivibratore, di come funziona, di come collegare un carico al multivibratore e del calcolo di un multivibratore simmetrico a transistor.
Multivibratoreè un semplice generatore di impulsi rettangolare che funziona in modalità auto-oscillatore. Per farlo funzionare è sufficiente l'alimentazione fornita da una batteria o da un'altra fonte di alimentazione. Consideriamo il multivibratore simmetrico più semplice che utilizza transistor. Il suo diagramma è mostrato in figura. Il multivibratore può essere più complicato a seconda delle funzioni necessarie eseguite, ma tutti gli elementi presentati in figura sono obbligatori, senza di essi il multivibratore non funzionerà.
Il funzionamento di un multivibratore simmetrico si basa sui processi di carica-scarica dei condensatori, che insieme ai resistori formano circuiti RC.
Ho scritto in precedenza su come funzionano i circuiti RC nel mio articolo Condensatore, che puoi leggere sul mio sito web. Su Internet, se trovi materiale su un multivibratore simmetrico, viene presentato in modo breve e non intelligibile. Questa circostanza non consente ai radioamatori alle prime armi di capire nulla, ma aiuta solo gli ingegneri elettronici esperti a ricordare qualcosa. Su richiesta di uno dei visitatori del mio sito, ho deciso di eliminare questa lacuna.
Come funziona un multivibratore?
Nel momento iniziale dell'alimentazione, i condensatori C1 e C2 sono scarichi, quindi la loro resistenza attuale è bassa. La bassa resistenza dei condensatori porta all'apertura “rapida” dei transistor causata dal passaggio di corrente:
— VT2 lungo il percorso (mostrato in rosso): “+ alimentazione > resistore R1 > bassa resistenza di C1 scarico > giunzione base-emettitore VT2 > — alimentazione”;
— VT1 lungo il percorso (mostrato in blu): "+ alimentazione > resistore R4 > bassa resistenza di C2 scarico > giunzione base-emettitore VT1 > — alimentazione."
Questa è la modalità di funzionamento "instabile" del multivibratore. Ha una durata molto breve, determinata solo dalla velocità dei transistor. E non esistono due transistor assolutamente identici nei parametri. Qualunque transistor si apra più velocemente rimarrà aperto: il “vincitore”. Supponiamo che nel nostro diagramma risulti essere VT2. Quindi, attraverso la bassa resistenza del condensatore scaricato C2 e la bassa resistenza della giunzione collettore-emettitore VT2, la base del transistor VT1 verrà cortocircuitata verso l'emettitore VT1. Di conseguenza, il transistor VT1 sarà costretto a chiudersi - "diventare sconfitto".
Poiché il transistor VT1 è chiuso, si verifica una carica "veloce" del condensatore C1 lungo il percorso: "+ alimentazione > resistore R1 > bassa resistenza di C1 scaricato > giunzione base-emettitore VT2 > — alimentazione." Questa carica avviene quasi fino alla tensione dell'alimentatore.
Allo stesso tempo, il condensatore C2 viene caricato con una corrente di polarità inversa lungo il percorso: "+ fonte di alimentazione > resistore R3 > bassa resistenza di C2 scarico > giunzione collettore-emettitore VT2 > — fonte di alimentazione." La durata della carica è determinata dai valori R3 e C2. Determinano il momento in cui VT1 è nello stato chiuso.
Quando il condensatore C2 viene caricato a una tensione approssimativamente uguale alla tensione di 0,7-1,0 volt, la sua resistenza aumenterà e il transistor VT1 si aprirà con la tensione applicata lungo il percorso: “+ alimentazione > resistore R3 > giunzione base-emettitore VT1 > - Alimentazione elettrica." In questo caso, la tensione del condensatore carico C1, attraverso la giunzione collettore aperto-emettitore VT1, verrà applicata alla giunzione emettitore-base del transistor VT2 con polarità inversa. Di conseguenza, VT2 si chiuderà e la corrente che in precedenza passava attraverso la giunzione collettore aperto-emettitore VT2 fluirà attraverso il circuito: “+ alimentazione > resistore R4 > bassa resistenza C2 > giunzione base-emettitore VT1 > — alimentazione. " Questo circuito ricaricherà rapidamente il condensatore C2. Da questo momento inizia la modalità di autogenerazione “steady state”.
Funzionamento di un multivibratore simmetrico in modalità di generazione “stazionaria”.
Inizia il primo semiciclo di funzionamento (oscillazione) del multivibratore.
Quando il transistor VT1 è aperto e VT2 è chiuso, come ho appena scritto, il condensatore C2 si ricarica rapidamente (da una tensione di 0,7...1,0 volt di una polarità alla tensione della fonte di alimentazione della polarità opposta) lungo il circuito : “+ alimentazione > resistenza R4 > bassa resistenza C2 > giunzione base-emettitore VT1 > - alimentazione.” Inoltre, il condensatore C1 viene ricaricato lentamente (dalla tensione di alimentazione di una polarità a una tensione di 0,7...1,0 volt della polarità opposta) lungo il circuito: “+ alimentazione > resistenza R2 > piastra destra C1 > piastra sinistra C1 > giunzione collettore-emettitore del transistor VT1 > - - fonte di alimentazione."
Quando, a seguito della ricarica di C1, la tensione alla base di VT2 raggiunge un valore di +0,6 volt rispetto all'emettitore di VT2, il transistor si aprirà. Pertanto, la tensione del condensatore carico C2, attraverso la giunzione collettore aperto-emettitore VT2, verrà applicata alla giunzione emettitore-base del transistor VT1 con polarità inversa. VT1 si chiuderà.
Inizia il secondo semiciclo di funzionamento (oscillazione) del multivibratore.
Quando il transistor VT2 è aperto e VT1 è chiuso, il condensatore C1 viene ricaricato rapidamente (da una tensione di 0,7...1,0 volt di una polarità, alla tensione della fonte di alimentazione della polarità opposta) lungo il circuito: “+ alimentazione > resistore R1 > bassa resistenza C1 > giunzione base-emettitore VT2 > - alimentazione." Inoltre, il condensatore C2 viene ricaricato lentamente (dalla tensione della fonte di alimentazione di una polarità, alla tensione di 0,7...1,0 volt della polarità opposta) lungo il circuito: “piastra destra di C2 > giunzione collettore-emettitore di transistor VT2 > - alimentazione > + sorgente di alimentazione > resistenza R3 > piastra sinistra C2". Quando la tensione alla base di VT1 raggiunge +0,6 volt rispetto all'emettitore di VT1, il transistor si aprirà. Pertanto, la tensione del condensatore carico C1, attraverso la giunzione collettore aperto-emettitore VT1, verrà applicata alla giunzione emettitore-base del transistor VT2 con polarità inversa. VT2 si chiuderà. A questo punto termina il secondo semiciclo dell'oscillazione del multivibratore e ricomincia il primo semiciclo.
Il processo viene ripetuto finché il multivibratore non viene scollegato dalla fonte di alimentazione.
Metodi per collegare un carico a un multivibratore simmetrico
Gli impulsi rettangolari vengono rimossi da due punti di un multivibratore simmetrico– collettori di transistor. Quando c'è un potenziale "alto" su un collettore, allora c'è un potenziale "basso" sull'altro collettore (è assente) e viceversa - quando c'è un potenziale "basso" su un'uscita, allora c'è un potenziale "basso" su un collettore. potenziale “alto” dall’altro. Ciò è chiaramente mostrato nel grafico temporale qui sotto.
Il carico del multivibratore deve essere collegato in parallelo con uno dei resistori del collettore, ma in nessun caso in parallelo con la giunzione del transistor collettore-emettitore. Non è possibile bypassare il transistor con un carico. Se questa condizione non viene soddisfatta, come minimo la durata degli impulsi cambierà e come massimo il multivibratore non funzionerà. La figura seguente mostra come collegare correttamente il carico e come non farlo.
Affinché il carico non influisca sul multivibratore stesso, deve avere una resistenza di ingresso sufficiente. A questo scopo vengono solitamente utilizzati stadi a transistor buffer.
L'esempio mostra collegamento di una testa dinamica a bassa impedenza ad un multivibratore. Un resistore aggiuntivo aumenta la resistenza di ingresso dello stadio buffer ed elimina quindi l'influenza dello stadio buffer sul transistor multivibratore. Il suo valore non dovrebbe essere inferiore a 10 volte il valore della resistenza del collettore. Il collegamento di due transistor in un circuito “transistor composito” aumenta significativamente la corrente di uscita. In questo caso, è corretto collegare il circuito base-emettitore dello stadio buffer in parallelo con il resistore del collettore del multivibratore e non in parallelo con la giunzione collettore-emettitore del transistor del multivibratore.
Per collegare una testa dinamica ad alta impedenza ad un multivibratore non è necessaria una fase buffer. La testa è collegata al posto di uno dei resistori del collettore. L'unica condizione che deve essere soddisfatta è che la corrente che scorre attraverso la testa dinamica non deve superare la corrente massima di collettore del transistor.
Se vuoi collegare i normali LED al multivibratore– per realizzare una “luce lampeggiante”, non sono necessarie cascate buffer. Possono essere collegati in serie con resistori di collettore. Ciò è dovuto al fatto che la corrente del LED è piccola e la caduta di tensione ai suoi capi durante il funzionamento non è superiore a un volt. Pertanto non hanno alcun effetto sul funzionamento del multivibratore. È vero, questo non si applica ai LED super luminosi, per i quali la corrente operativa è maggiore e la caduta di tensione può variare da 3,5 a 10 volt. Ma in questo caso c'è una via d'uscita: aumentare la tensione di alimentazione e utilizzare transistor ad alta potenza, fornendo una corrente di collettore sufficiente.
Si prega di notare che i condensatori all'ossido (elettrolitici) sono collegati con i loro positivi ai collettori dei transistor. Ciò è dovuto al fatto che sulle basi dei transistor bipolari la tensione non supera i 0,7 volt rispetto all'emettitore, e nel nostro caso gli emettitori sono il meno dell'alimentatore. Ma sui collettori dei transistor la tensione cambia quasi da zero alla tensione della fonte di alimentazione. I condensatori all'ossido non sono in grado di svolgere la loro funzione se collegati con polarità inversa. Naturalmente, se si utilizzano transistor di struttura diversa (non N-P-N, ma Strutture PNP), quindi oltre a cambiare la polarità della fonte di alimentazione, è necessario rivolgere i LED con i loro catodi “in alto nel circuito”, e i condensatori con i loro positivi verso le basi dei transistor.
Scopriamolo adesso Quali parametri degli elementi multivibratore determinano le correnti di uscita e la frequenza di generazione del multivibratore?
Cosa influenzano i valori delle resistenze del collettore? Ho visto in alcuni mediocri articoli su Internet che i valori delle resistenze del collettore non influenzano in modo significativo la frequenza del multivibratore. Tutto questo è una totale assurdità! Se il multivibratore viene calcolato correttamente, una deviazione dei valori di questi resistori superiore a cinque volte dal valore calcolato non modificherà la frequenza del multivibratore. La cosa principale è che la loro resistenza è inferiore a quella dei resistori di base, poiché i resistori del collettore forniscono una ricarica rapida dei condensatori. D'altra parte, i principali per il calcolo del consumo energetico dalla fonte di alimentazione sono i valori dei resistori del collettore, il cui valore non deve superare la potenza dei transistor. Se lo guardi, se collegati correttamente, sono pari potenza di uscita il multivibratore non ha un effetto diretto. Ma la durata tra le commutazioni (frequenza del multivibratore) è determinata dalla ricarica “lenta” dei condensatori. Il tempo di ricarica è determinato dai valori nominali dei circuiti RC: resistori di base e condensatori (R2C1 e R3C2).
Un multivibratore, sebbene sia chiamato simmetrico, si riferisce solo al circuito della sua costruzione e può produrre impulsi di uscita sia simmetrici che asimmetrici nella durata. La durata dell'impulso (livello alto) sul collettore VT1 è determinata dai valori nominali di R3 e C2, mentre la durata dell'impulso (livello alto) sul collettore VT2 è determinata dai valori nominali R2 e C1.
La durata della ricarica dei condensatori è determinata da una semplice formula, dove Tau– durata dell'impulso in secondi, R– resistenza del resistore in Ohm, CON– capacità del condensatore in Farad:
Quindi, se non hai già dimenticato ciò che è stato scritto in questo articolo un paio di paragrafi prima:
Se c'è uguaglianza R2=R3 E C1=C2, alle uscite del multivibratore ci sarà un "meandro" - impulsi rettangolari con una durata pari alle pause tra gli impulsi, che vedete in figura.
L'intero periodo di oscillazione del multivibratore è T pari alla somma delle durate degli impulsi e delle pause:
Frequenza di oscillazione F(Hz) relativo al periodo T(sec) attraverso il rapporto:
Di norma, se ci sono calcoli sui circuiti radio su Internet, sono scarsi. Ecco perché Calcoliamo gli elementi di un multivibratore simmetrico usando l'esempio .
Come ogni stadio a transistor, il calcolo deve essere eseguito dalla fine: l'uscita. E in uscita abbiamo uno stadio buffer, poi ci sono i resistori del collettore. I resistori del collettore R1 e R4 svolgono la funzione di caricare i transistor. Le resistenze del collettore non hanno alcun effetto sulla frequenza di generazione. Sono calcolati in base ai parametri dei transistor selezionati. Pertanto, prima calcoliamo i resistori del collettore, poi i resistori di base, poi i condensatori e infine lo stadio buffer.
Procedura ed esempio di calcolo di un multivibratore simmetrico a transistor
Dati iniziali:
Tensione di alimentazione Ui.p. = 12 V.
Frequenza del multivibratore richiesta F = 0,2 Hz (T = 5 secondi) e la durata dell'impulso è uguale a 1 (un secondo.
Come carico viene utilizzata la lampadina a incandescenza di un'auto. 12 volt, 15 watt.
Come hai intuito, calcoleremo una "luce lampeggiante" che lampeggerà una volta ogni cinque secondi e la durata del bagliore sarà di 1 secondo.
Selezione dei transistor per il multivibratore. Ad esempio, abbiamo i transistor più comuni in epoca sovietica KT315G.
Per loro: Pmax=150mW; Imax=150mA; h21>50.
I transistor per lo stadio buffer vengono selezionati in base alla corrente di carico.
Per non rappresentare il diagramma due volte, ho già firmato i valori degli elementi sul diagramma. Il loro calcolo è precisato ulteriormente nella decisione.
Soluzione:
1. Prima di tutto, devi capire che il funzionamento del transistor a correnti elevate in modalità di commutazione è più sicuro per il transistor stesso rispetto al funzionamento in modalità di amplificazione. Pertanto, non è necessario calcolare la potenza per lo stato di transizione nei momenti di passaggio di un segnale alternato attraverso il punto operativo “B” della modalità statica del transistor - la transizione dallo stato aperto allo stato chiuso e viceversa . Per i circuiti a impulsi costruiti su transistor bipolari, la potenza viene solitamente calcolata per i transistor nello stato aperto.
Innanzitutto, determiniamo la massima dissipazione di potenza dei transistor, che dovrebbe essere un valore inferiore del 20% (fattore 0,8) rispetto alla potenza massima del transistor indicata nel libro di consultazione. Ma perché dobbiamo guidare il multivibratore nella struttura rigida delle correnti elevate? E anche con una maggiore potenza, il consumo di energia dalla fonte di alimentazione sarà elevato, ma i benefici saranno scarsi. Pertanto, avendo determinato massima potenza dissipazione dei transistor, ridurla di 3 volte. Un'ulteriore riduzione della dissipazione di potenza non è auspicabile perché il funzionamento di un multivibratore basato su transistor bipolari in modalità a bassa corrente è un fenomeno "instabile". Se la fonte di alimentazione viene utilizzata non solo per il multivibratore, o non è del tutto stabile, anche la frequenza del multivibratore “fluttuerà”.
Determiniamo la massima dissipazione di potenza: Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW
Determiniamo la potenza dissipata nominale: Pdis.nom. = 120/3 = 40 mW
2. Determinare la corrente del collettore nello stato aperto: Ik0 = Pdis.nom. /Ui.p. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA
Prendiamolo come corrente massima del collettore.
3. Troviamo il valore della resistenza e della potenza del carico del collettore: Rk.totale = Ui.p./Ik0 = 12V/3,3mA = 3,6 kOhm
Selezioniamo dall'intervallo nominale esistente resistori il più vicino possibile a 3,6 kOhm. La serie nominale dei resistori ha un valore nominale di 3,6 kOhm, quindi calcoliamo prima il valore dei resistori del collettore R1 e R4 del multivibratore: Rê = R1 = R4 = 3,6 kOhm.
La potenza dei resistori del collettore R1 e R4 è uguale alla dissipazione di potenza nominale dei transistor Pras.nom. = 40 mW. Utilizziamo resistori con una potenza superiore al Pras.nom specificato. - digitare MLT-0.125.
4. Passiamo al calcolo dei resistori di base R2 e R3. La loro valutazione è determinata in base al guadagno dei transistor h21. Allo stesso tempo, per un funzionamento affidabile del multivibratore, il valore della resistenza deve essere compreso nell'intervallo: 5 volte maggiore della resistenza dei resistori del collettore e inferiore al prodotto Rк * h21. Nel nostro caso Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm e Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm
Pertanto, i valori della resistenza Rb (R2 e R3) possono essere compresi tra 18 e 180 kOhm. Selezioniamo innanzitutto il valore medio = 100 kOhm. Ma questo non è definitivo, poiché dobbiamo fornire la frequenza richiesta del multivibratore e, come ho scritto prima, la frequenza del multivibratore dipende direttamente dai resistori di base R2 e R3, nonché dalla capacità dei condensatori.
5. Calcolare le capacità dei condensatori C1 e C2 e, se necessario, ricalcolare i valori di R2 e R3.
I valori della capacità del condensatore C1 e della resistenza del resistore R2 determinano la durata dell'impulso di uscita sul collettore VT2. È durante questo impulso che la nostra lampadina dovrebbe accendersi. E nella condizione la durata dell'impulso era impostata su 1 secondo.
Determiniamo la capacità del condensatore: C1 = 1 sec / 100 kOhm = 10 µF
Un condensatore con una capacità di 10 μF è incluso nell'intervallo nominale, quindi è adatto a noi.
I valori della capacità del condensatore C2 e della resistenza del resistore R3 determinano la durata dell'impulso di uscita sul collettore VT1. È durante questo impulso che c'è una “pausa” sul collettore VT2 e la nostra lampadina non deve accendersi. E nella condizione è stato specificato un periodo completo di 5 secondi con una durata dell'impulso di 1 secondo. Pertanto la durata della pausa è di 5 secondi – 1 secondo = 4 secondi.
Avendo trasformato la formula della durata della ricarica, noi Determiniamo la capacità del condensatore: C2 = 4 sec / 100 kOhm = 40 μF
Un condensatore con una capacità di 40 μF non è incluso nell'intervallo nominale, quindi non è adatto a noi e prenderemo un condensatore con una capacità di 47 μF il più vicino possibile ad esso. Ma come capisci cambierà anche il tempo di “pausa”. Per evitare che ciò accada, noi Ricalcoliamo la resistenza del resistore R3 in base alla durata della pausa e alla capacità del condensatore C2: R3 = 4sec / 47 µF = 85 kOhm
Secondo la serie nominale, il valore più vicino della resistenza del resistore è 82 kOhm.
Quindi, abbiamo ottenuto i valori degli elementi multivibratore:
R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.
6. Calcolare il valore del resistore R5 dello stadio buffer.
Per eliminare l'influenza sul multivibratore, la resistenza del resistore limitatore aggiuntivo R5 viene selezionata in modo che sia almeno 2 volte maggiore della resistenza del resistore del collettore R4 (e in alcuni casi di più). La sua resistenza, insieme alla resistenza delle giunzioni emettitore-base VT3 e VT4, in questo caso non influirà sui parametri del multivibratore.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhm
Secondo la serie nominale, il resistore più vicino è 7,5 kOhm.
Con un valore del resistore di R5 = 7,5 kOhm, la corrente di controllo dello stadio buffer sarà pari a:
Io controllo = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12v - 1,2v) / 7,5 kOhm = 1,44 mA
Inoltre, come ho scritto prima, il valore di carico del collettore dei transistor multivibratore non influisce sulla sua frequenza, quindi se non si dispone di un tale resistore, è possibile sostituirlo con un altro valore "vicino" (5 ... 9 kOhm ). È meglio che ciò avvenga nella direzione della diminuzione, in modo che non si verifichi una caduta della corrente di controllo nello stadio buffer. Ma tieni presente che il resistore aggiuntivo è un carico aggiuntivo per il transistor VT2 del multivibratore, quindi la corrente che scorre attraverso questo resistore si somma alla corrente del resistore del collettore R4 ed è un carico per il transistor VT2: Itotale = Ik + Icontrollo. = 3,3 mA + 1,44 mA = 4,74 mA
Il carico totale sul collettore del transistor VT2 rientra nei limiti normali. Se supera la corrente massima del collettore specificata nel libro di consultazione e moltiplicata per un fattore di 0,8, aumentare la resistenza R4 finché la corrente di carico non è sufficientemente ridotta oppure utilizzare un transistor più potente.
7. Dobbiamo fornire corrente alla lampadina In = Рн / Ui.p. = 15 W / 12 V = 1,25 A
Ma la corrente di controllo dello stadio buffer è 1,44 mA. La corrente del multivibratore deve essere aumentata di un valore pari al rapporto:
In/Icontrollo = 1,25 A / 0,00144 A = 870 volte.
Come farlo? Per un'amplificazione significativa della corrente di uscita utilizzare cascate di transistor costruite secondo il circuito "transistor composito". Il primo transistor è solitamente a bassa potenza (useremo KT361G), ha il guadagno più alto e il secondo deve fornire una corrente di carico sufficiente (prendiamo il non meno comune KT814B). Successivamente si moltiplicano i loro coefficienti di trasmissione h21. Quindi per il transistor KT361G h21>50 e per il transistor KT814B h21=40. E il coefficiente di trasmissione complessivo di questi transistor collegati secondo il circuito "transistor composito": h21 = 50 * 40 = 2000. Questa cifra è maggiore di 870, quindi questi transistor sono sufficienti per controllare una lampadina.
Bene, questo è tutto!
