Hvordan fungerer en multivibrator for dummies? Varianter av en krets (asymmetrisk multivibrator). Opplegg, beskrivelse. Drift av en symmetrisk multivibrator i "steady-state" generasjonsmodus
Multivibratorer er en annen form for oscillatorer. Generatoren er elektronisk krets, som er i stand til å støtte et AC-signal ved utgangen. Den kan generere kvadratiske, lineære eller pulssignaler. For å oscillere må generatoren tilfredsstille to Barkhausen-betingelser:
T-løkkeforsterkningen bør være litt større enn enhet.
Syklusens faseskift må være 0 grader eller 360 grader.
For å tilfredsstille begge betingelsene må oscillatoren ha en form for forsterker, og en del av utgangen må regenereres til inngangen. Hvis forsterkningen til forsterkeren er mindre enn én, vil ikke kretsen oscillere, og hvis den er større enn én, vil kretsen bli overbelastet og produsere en forvrengt bølgeform. En enkel generator kan generere en sinusbølge, men kan ikke generere en firkantbølge. En firkantbølge kan genereres ved hjelp av en multivibrator.
En multivibrator er en form for generator som har to trinn, takket være hvilke vi kan komme oss ut av hvilken som helst av statene. Dette er i utgangspunktet to forsterkerkretser kombinert med regenerativ tilbakemelding. I dette tilfellet leder ingen av transistorene samtidig. Bare én transistor leder om gangen, mens den andre er i av-tilstand. Noen kretser har visse tilstander; tilstanden med rask overgang kalles svitsjeprosesser, hvor det skjer en rask endring i strøm og spenning. Denne vekslingen kalles triggering. Derfor kan vi kjøre kretsen internt eller eksternt.
Kretser har to tilstander.
Den ene er steady state, der kretsen forblir for alltid uten utløsning.
Den andre tilstanden er ustabil: i denne tilstanden forblir kretsen i en begrenset periode uten ekstern utløsning og bytter til en annen tilstand. Derfor gjøres bruken av multivibartorer i to tilstandskretser som tidtakere og flip-flops.
Astabil multivibrator som bruker transistor
Det er en frittgående generator som kontinuerlig veksler mellom to ustabile tilstander. I fravær av et eksternt signal bytter transistorene vekselvis fra av-tilstand til metningstilstand med en frekvens som bestemmes av RC-tidskonstantene til kommunikasjonskretsene. Hvis disse tidskonstantene er like (R og C er like), vil en firkantbølge med en frekvens på 1/1,4 RC genereres. Derfor kalles en astabil multivibrator en pulsgenerator eller firkantbølgegenerator. Jo større verdi av grunnlasten R2 og R3 i forhold til kollektorlasten R1 og R4, jo større er strømforsterkningen og jo skarpere vil signalkanten være.
Det grunnleggende prinsippet for drift av en astabil multivibrator er en liten endring i de elektriske egenskapene eller egenskapene til transistoren. Denne forskjellen får en transistor til å slå seg på raskere enn den andre når strømmen først tilføres, noe som forårsaker oscillasjon.
Diagram Forklaring
En astabil multivibrator består av to krysskoblede RC-forsterkere.
Kretsen har to ustabile tilstander
Når V1 = LAV og V2 = HØY så Q1 PÅ og Q2 AV
Når V1 = HØY og V2 = LAV, er Q1 AV. og Q2 PÅ.
I dette tilfellet må R1 = R4, R2 = R3, R1 være større enn R2
C1 = C2
Når kretsen først slås på, er ingen av transistorene slått på.
Basisspenningen til begge transistorene begynner å øke. Begge transistorene slås på først på grunn av forskjellen i doping og elektriske egenskaper til transistoren.
Ris. 1: Skjematisk diagram over driften av en transistor-astabil multivibrator
Vi kan ikke si hvilken transistor som leder først, så vi antar at Q1 leder først og Q2 er av (C2 er fulladet).
Q1 er ledende og Q2 er av, derav VC1 = 0V siden all strøm til jord skyldes Q1 kortslutning, og VC2 = Vcc siden all spenning over VC2 faller på grunn av TR2 åpen krets (lik forsyningsspenning).
På grunn av høyspenning VC2-kondensator C2 begynner å lade gjennom Q1 til R4 og C1 begynner å lade gjennom R2 til Q1. Tiden det tar å lade C1 (T1 = R2C1) er lengre enn tiden det tar å lade C2 (T2 = R4C2).
Siden den høyre platen C1 er koblet til bunnen av Q2 og lades, har denne platen et høyt potensial og når den overstiger spenningen på 0,65V, slår den på Q2.
Siden C2 er fulladet, har venstre plate en spenning på -Vcc eller -5V og er koblet til bunnen av Q1. Derfor slår den av Q2
TR Nå er TR1 av og Q2 leder, derav VC1 = 5 V og VC2 = 0 V. Den venstre platen til C1 var tidligere på -0,65 V, som begynner å stige til 5 V og kobles til kollektoren til Q1. C1 utlades først fra 0 til 0,65V og begynner deretter å lade gjennom R1 til Q2. Under lading er høyre plate C1 på lavt potensial, noe som slår av Q2.
Den høyre platen til C2 er koblet til kollektoren til Q2 og er forhåndsposisjonert på +5V. Så C2 utlades først fra 5V til 0V og begynner deretter å lade gjennom motstand R3. Den venstre platen C2 har høyt potensial under lading, som slår på Q1 når den når 0,65V.
Ris. 2: Skjematisk diagram over driften av en transistor-astabil multivibrator
Nå går Q1 og Q2 er av. Ovennevnte sekvens gjentas og vi får et signal ved begge kollektorene til transistoren som er ute av fase med hverandre. For å oppnå en perfekt firkantbølge av en hvilken som helst kollektor på transistoren, tar vi både kollektormotstanden til transistoren, basismotstanden, dvs. (R1 = R4), (R2 = R3), og også den samme verdien av kondensatoren, som gjør kretsen vår symmetrisk. Derfor er driftssyklusen for lav og høy effekt den samme som genererer en firkantbølge
Konstant Tidskonstanten til bølgeformen avhenger av basismotstanden og kollektoren til transistoren. Vi kan beregne tidsperioden ved: Tidskonstant = 0,693RC
Prinsippet for drift av en multivibrator på video med forklaring
I denne videoopplæringen fra TV-kanalen Soldering Iron vil vi vise hvordan elementene henger sammen elektrisk krets og bli kjent med prosessene som foregår i den. Den første kretsen som driftsprinsippet vil bli vurdert på grunnlag av er en multivibratorkrets som bruker transistorer. Kretsen kan være i en av to tilstander og går periodisk over fra den ene til den andre.
Analyse av 2 tilstander til multivibratoren.
Alt vi ser nå er to lysdioder som blinker vekselvis. Hvorfor skjer dette? La oss vurdere først første stat.
Den første transistoren VT1 er lukket, og den andre transistoren er helt åpen og forstyrrer ikke strømmen av kollektorstrøm. Transistoren er i metningsmodus for øyeblikket, noe som reduserer spenningsfallet over den. Og derfor lyser riktig LED for full styrke. Kondensator C1 ble utladet i det første øyeblikket, og strømmen gikk fritt til bunnen av transistoren VT2, og åpnet den fullstendig. Men etter et øyeblikk begynner kondensatoren raskt å lade med basisstrømmen til den andre transistoren gjennom motstand R1. Etter at den er fulladet (og som du vet, en fulladet kondensator gir ikke strøm), lukkes derfor transistoren VT2 og LED-en slukker.
Spenningen over kondensatoren C1 er lik produktet av basisstrømmen og motstanden til motstanden R2. La oss gå tilbake i tid. Mens transistor VT2 var åpen og høyre LED var på, begynner kondensator C2, tidligere ladet i forrige tilstand, sakte utlades gjennom den åpne transistoren VT2 og motstand R3. Inntil den er utladet, vil spenningen ved bunnen av VT1 være negativ, noe som slår av transistoren helt. Den første LED-en lyser ikke. Det viser seg at når den andre LED-en toner ut, har kondensator C2 tid til å utlades og blir klar til å sende strøm til bunnen av den første transistoren VT1. Når den andre LED-en slutter å lyse, lyser den første LED-en.
EN i den andre staten det samme skjer, men tvert imot er transistor VT1 åpen, VT2 er lukket. Overgangen til en annen tilstand skjer når kondensator C2 er utladet, spenningen over den avtar. Etter å ha blitt helt utladet begynner den å lade kl motsatt side. Når spenningen ved base-emitter-krysset til transistoren VT1 når en spenning som er tilstrekkelig til å åpne den, omtrent 0,7 V, vil denne transistoren begynne å åpne og den første LED-en vil lyse.
La oss se på diagrammet igjen.
Gjennom motstandene R1 og R4 lades kondensatorene, og gjennom R3 og R2 oppstår utladning. Motstander R1 og R4 begrenser strømmen til den første og andre lysdioden. Ikke bare lysstyrken til LED-ene avhenger av motstanden deres. De bestemmer også ladetiden til kondensatorene. Motstanden til R1 og R4 er valgt mye lavere enn R2 og R3, slik at ladningen av kondensatorene skjer raskere enn utladingen. En multivibrator brukes til å produsere rektangulære pulser, som fjernes fra transistorens kollektor. I dette tilfellet kobles lasten parallelt til en av kollektormotstandene R1 eller R4.
Grafen viser de rektangulære pulsene generert av denne kretsen. En av regionene kalles pulsfronten. Fronten har en helning, og jo lengre ladetid kondensatorene har, desto større blir denne helningen.
Hvis en multivibrator bruker identiske transistorer, kondensatorer med samme kapasitet, og hvis motstander har symmetriske motstander, kalles en slik multivibrator symmetrisk. Den har samme pulsvarighet og pausevarighet. Og hvis det er forskjeller i parametere, vil multivibratoren være asymmetrisk. Når vi kobler multivibratoren til en strømkilde, utlades begge kondensatorene i det første øyeblikket, noe som betyr at strømmen vil flyte til bunnen av begge kondensatorene og en ustabil driftsmodus vil vises, der bare en av transistorene skal åpnes. . Siden disse kretselementene har noen feil i karakterer og parametere, vil en av transistorene åpne først og multivibratoren vil starte.
Hvis du vil simulere denne kretsen i Multisim-programmet, må du stille inn verdiene til motstandene R2 og R3 slik at motstandene deres avviker med minst en tiendedel av en ohm. Gjør det samme med kapasitansen til kondensatorene, ellers kan det hende at multivibratoren ikke starter. I den praktiske implementeringen av denne kretsen anbefaler jeg å levere spenning fra 3 til 10 volt, og nå vil du finne ut parametrene til selve elementene. Forutsatt at KT315-transistoren brukes. Motstandene R1 og R4 påvirker ikke pulsfrekvensen. I vårt tilfelle begrenser de LED-strømmen. Motstanden til motstandene R1 og R4 kan tas fra 300 ohm til 1 kOhm. Motstanden til motstandene R2 og R3 er fra 15 kOhm til 200 kOhm. Kondensatorkapasiteten er fra 10 til 100 µF. La oss presentere en tabell med verdiene av motstander og kapasitanser, som viser den omtrentlige forventede pulsfrekvensen. Det vil si at for å få en puls som varer i 7 sekunder, det vil si at varigheten av gløden til en LED er lik 7 sekunder, må du bruke motstandene R2 og R3 med en motstand på 100 kOhm og en kondensator med en kapasitet på 100 μF.
Konklusjon.
Tidselementene til denne kretsen er motstandene R2, R3 og kondensatorene C1 og C2. Jo lavere rangeringer, jo oftere vil transistorene bytte, og jo oftere vil lysdiodene flimre.
En multivibrator kan implementeres ikke bare på transistorer, men også på mikrokretser. Legg igjen kommentarene dine, ikke glem å abonnere på "Soldering Iron TV"-kanalen på YouTube slik at du ikke går glipp av nye interessante videoer.
En annen interessant ting om radiosenderen.
er en pulsgenerator av nesten rektangulær form, laget i form av et forsterkerelement med en positiv tilbakemeldingskrets. Det finnes to typer multivibratorer.
Den første typen er selvsvingende multivibratorer, som ikke har en stabil tilstand. Det er to typer: symmetrisk - transistorene er de samme og parametrene til de symmetriske elementene er også de samme. Som et resultat er de to delene av oscillasjonsperioden lik hverandre, og arbeidssyklusen er lik to. Hvis parametrene til elementene ikke er like, vil det allerede være en asymmetrisk multivibrator.
Den andre typen er ventende multivibratorer, som har en tilstand av stabil likevekt og ofte kalles en enkeltvibrator. Bruken av en multivibrator i forskjellige amatørradioenheter er ganske vanlig.
Beskrivelse av driften av en transistor multivibrator
La oss analysere driftsprinsippet ved å bruke følgende diagram som eksempel.
Det er lett å se at hun praktisk talt kopierer skjematisk diagram symmetrisk trigger. Den eneste forskjellen er at koblingene mellom koblingsblokkene, både direkte og revers, utføres med vekselstrøm, og ikke likestrøm. Dette endrer funksjonene til enheten radikalt, siden multivibratorkretsen sammenlignet med en symmetrisk trigger ikke har stabile likevektstilstander der den kan forbli i lang tid.
I stedet er det to tilstander med kvasi-stabil likevekt, på grunn av hvilke enheten forblir i hver av dem i en strengt definert tid. Hver slik tidsperiode bestemmes av forbigående prosesser som forekommer i kretsen. Driften av enheten består av en konstant endring i disse tilstandene, som er ledsaget av utseendet ved utgangen av en spenning som i form er veldig lik en rektangulær.
I hovedsak er en symmetrisk multivibrator to-trinns forsterker, og kretsen er konstruert slik at utgangen til det første trinnet er koblet til inngangen til det andre. Som et resultat, etter å ha brukt strøm til kretsen, er det sikkert at en av dem er åpen og den andre er i lukket tilstand.
La oss anta at transistor VT1 er åpen og er i metningstilstand med strøm som flyter gjennom motstand R3. Transistor VT2, som nevnt ovenfor, er lukket. Nå skjer det prosesser i kretsen knyttet til opplading av kondensatorene C1 og C2. Til å begynne med blir kondensator C2 fullstendig utladet, og etter metningen av VT1 lades den gradvis opp gjennom motstand R4.
Siden kondensator C2 omgår kollektor-emitter-overgangen til transistoren VT2 gjennom emitter-forbindelsen til transistoren VT1, bestemmer ladehastigheten endringshastigheten i spenningen ved kollektoren VT2. Etter lading C2 lukkes transistor VT2. Varigheten av denne prosessen (varigheten av kollektorspenningsøkningen) kan beregnes ved hjelp av formelen:
tla = 2,3*R1*C1
Også i driften av kretsen skjer en andre prosess, assosiert med utladningen av den tidligere ladede kondensatoren Cl. Utladningen skjer gjennom transistor VT1, motstand R2 og strømkilden. Når kondensatoren ved bunnen av VT1 utlades, vises et positivt potensial og det begynner å åpne seg. Denne prosessen slutter etter full utladning C1. Varigheten av denne prosessen (puls) er lik:
t2a = 0,7*R2*C1
Etter tid t2a vil transistor VT1 være av, og transistor VT2 vil være i metning. Etter dette vil prosessen gjentas i henhold til et lignende mønster, og varigheten av intervallene til følgende prosesser kan også beregnes ved hjelp av formlene:
tlb = 2,3*R4*C2 Og t2b = 0,7*R3*C2
For å bestemme oscillasjonsfrekvensen til en multivibrator, er følgende uttrykk gyldig:
f = 1/ (t2a+t2b)
Bærbart USB-oscilloskop, 2 kanaler, 40 MHz....
En multivibrator er den enkleste pulsgeneratoren som fungerer i selvsvingningsmodus, det vil si at når spenning påføres kretsen, begynner den å generere pulser.
Det enkleste diagrammet er vist i figuren nedenfor:
multivibratorkrets med transistorer
Dessuten er kapasitansene til kondensatorene C1, C2 alltid valgt så identiske som mulig, og den nominelle verdien av basismotstandene R2, R3 bør være høyere enn kollektoren. Dette er en viktig forutsetning for riktig drift av MV.
Hvordan fungerer en transistorbasert multivibrator Så: når strømmen slås på begynner kondensatorene C1 og C2 å lades.
Den første kondensatoren i kjeden R1-C1-overgang BE av den andre kroppen.
Den andre kapasitansen vil bli ladet gjennom kretsen R4 - C2 - overgang BE til den første transistoren - huset.
Siden det er en grunnstrøm på transistorene åpner de seg nesten. Men siden det ikke er to identiske transistorer, vil en av dem åpne litt tidligere enn sin kollega.
La oss anta at vår første transistor åpner tidligere. Når den åpner, vil den utlade kapasitet C1. Dessuten vil den utlades i motsatt polaritet, og lukke den andre transistoren. Men den første er i åpen tilstand bare for øyeblikket til kondensator C2 er ladet til forsyningsspenningsnivået. Ved slutten av ladeprosessen C2 er Q1 låst.
Men på dette tidspunktet er C1 nesten utladet. Dette betyr at en strøm vil flyte gjennom den og åpne den andre transistoren, som vil utlade kondensator C2 og vil forbli åpen til den første kondensatoren er ladet. Og så videre fra syklus til syklus til vi slår av strømmen fra kretsen.
Som det er lett å se, er koblingstiden her bestemt av kapasitansvurderingen til kondensatorene. Forresten, motstanden til de grunnleggende motstandene R1, R3 bidrar også med en viss faktor her.
La oss gå tilbake til den opprinnelige tilstanden, når den første transistoren er åpen. I dette øyeblikket vil kapasitansen C1 ikke bare ha tid til å lades ut, men vil også begynne å lade i motsatt polaritet langs kretsen R2-C1-kollektor-emitter av åpen Q1.
Men motstanden til R2 er ganske stor og C1 har ikke tid til å lade til nivået til strømkilden, men når Q1 er låst, vil den utlades gjennom basekjeden til Q2, og hjelpe den til å åpne seg raskere. Den samme motstanden øker også ladetiden til den første kondensatoren C1. Men kollektormotstandene R1, R4 er en belastning og har ikke mye effekt på frekvensen av pulsgenerering.
Som en praktisk introduksjon foreslår jeg å sette sammen, i samme artikkel diskuteres også design med tre transistorer.
multivibratorkrets som bruker transistorer i utformingen av en nyttårsblinker
La oss se på driften av en asymmetrisk multivibrator ved å bruke to transistorer ved å bruke eksemplet på en enkel hjemmelaget amatørradiokrets som lager lyden av en sprettende metallkule. Kretsen fungerer som følger: når kapasitansen C1 utlades, reduseres volumet av slagene. Den totale varigheten av lyden avhenger av verdien til C1, og kondensator C2 setter varigheten av pausene. Transistorer kan være absolutt hvilken som helst p-n-p-type.
Det er to typer innenlandske mikro-multivibratorer - selvsvingende (GG) og standby (AG).
Selvoscillerende genererer en periodisk sekvens av rektangulære pulser. Deres varighet og repetisjonsperiode er satt av parametrene til eksterne elementer av motstand og kapasitans eller nivået av kontrollspenning.
Innenlandske mikrokretser av selvsvingende MV-er er for eksempel 530GG1, K531GG1, KM555GG2 mer detaljert informasjon du finner dem og mange andre i for eksempel Yakubovsky S.V. Digital og analog integrerte kretser eller IC-er og deres utenlandske analoger. Katalog i 12 bind redigert av Nefedov
For ventende MVer blir varigheten av den genererte pulsen også satt av karakteristikkene til de tilknyttede radiokomponentene, og pulsrepetisjonsperioden settes av repetisjonsperioden for triggerpulsene som kommer til en separat inngang.
Eksempler: K155AG1 inneholder en standby multivibrator som genererer enkelt rektangulære pulser med god varighetsstabilitet; 133AG3, K155AG3, 533AG3, KM555AG3, KR1533AG3 inneholder to standby-MV-er som genererer enkle rektangulære spenningspulser med god stabilitet; 533AG4, KM555AG4 to ventende MV-er som danner enkle rektangulære spenningspulser.
Svært ofte i amatørradiopraksis foretrekker de ikke spesialiserte mikrokretser, men setter dem sammen ved hjelp av logiske elementer.
Den enkleste multivibratorkretsen som bruker NAND-porter er vist i figuren nedenfor. Den har to tilstander: i en tilstand er DD1.1 låst og DD1.2 er åpen, i den andre - alt er motsatt.
For eksempel, hvis DD1.1 er lukket, er DD1.2 åpen, så lades kapasitansen C2 av utgangsstrømmen til DD1.1 som går gjennom motstand R2. Spenningen på DD1.2-inngangen er positiv. Den holder DD1.2 åpen. Når kondensator C2 lades, synker ladestrømmen og spenningen over R2 synker. I det øyeblikket terskelnivået er nådd, begynner DD1.2 å lukke og utgangspotensialet øker. Økningen i denne spenningen overføres gjennom C1 til utgang DD1.1, sistnevnte åpner, og den omvendte prosessen utvikler seg, og ender med fullstendig låsing av DD1.2 og opplåsing av DD1.1 - overgangen til enheten til den andre ustabile tilstanden . Nå vil C1 bli ladet gjennom R1 og utgangsmotstanden til mikrokretskomponenten DD1.2, og C2 gjennom DD1.1. Dermed observerer vi en typisk selvsvingende prosess.
En annen av enkle kretser, som kan settes sammen ved hjelp av logiske elementer, er en rektangulær pulsgenerator. Dessuten vil en slik generator fungere i selvgenereringsmodus, lik en transistor. Figuren nedenfor viser en generator bygget på en logisk digital mikroenhet K155LA3
multivibratorkrets på K155LA3
Et praktisk eksempel på en slik implementering finner du på elektronikksiden i utformingen av den anropende enheten.
Et praktisk eksempel på implementering av driften av en ventende MV på en trigger i utformingen av en optisk lysbryter ved bruk av IR-stråler vurderes.
LED er installert på multivibratorkortet
LED-blinklys - symmetrisk multivibrator Anvendelsen av den symmetriske multivibratorkretsen er veldig bred. Elementer av multivibratorkretser kan finnes i datateknologi, radiomåling og medisinsk utstyr.
Et sett med deler for montering av LED-blinklys kan kjøpes på følgende lenke http://ali.pub/2bk9qh . Hvis du seriøst vil øve på lodding enkle design Mesteren anbefaler å kjøpe et sett med 9 sett, noe som i stor grad vil spare fraktkostnadene dine. Her er linken til kjøp http://ali.pub/2bkb42 . Mesteren samlet alle settene og de begynte å jobbe. Suksess og vekst av ferdigheter innen lodding.
I denne artikkelen vil vi snakke om multivibratoren, hvordan den fungerer, hvordan du kobler en last til multivibratoren og beregningen av en transistorsymmetrisk multivibrator.
Multivibrator er en enkel rektangulær pulsgenerator som opererer i selvoscillatormodus. For å betjene den trenger du bare strøm fra et batteri eller annen strømkilde. La oss vurdere den enkleste symmetriske multivibratoren som bruker transistorer. Diagrammet er vist i figuren. Multivibratoren kan være mer komplisert avhengig av de nødvendige funksjonene som utføres, men alle elementene som er presentert i figuren er obligatoriske, uten dem vil ikke multivibratoren fungere.
Driften av en symmetrisk multivibrator er basert på ladnings-utladingsprosessene til kondensatorer, som sammen med motstander danner RC-kretser.
Jeg skrev tidligere om hvordan RC-kretser fungerer i artikkelen min Kondensator, som du kan lese på nettsiden min. På Internett, hvis du finner materiale om en symmetrisk multivibrator, presenteres det kort og ikke forståelig. Denne omstendigheten tillater ikke nybegynnere av radioamatører å forstå noe, men hjelper bare erfarne elektronikkingeniører med å huske noe. På forespørsel fra en av mine besøkende på nettstedet bestemte jeg meg for å eliminere dette gapet.
Hvordan fungerer en multivibrator?
I det første øyeblikket av strømforsyning utlades kondensatorene C1 og C2, så deres strømmotstand er lav. Den lave motstanden til kondensatorene fører til den "raske" åpningen av transistorene forårsaket av strømmen:
— VT2 langs banen (vist i rødt): “+ strømforsyning > motstand R1 > lav motstand av utladet C1 > base-emitter-overgang VT2 > — strømforsyning”;
— VT1 langs banen (vist i blått): "+ strømforsyning > motstand R4 > lav motstand for utladet C2 > base-emitter-kryss VT1 > — strømforsyning."
Dette er den "ustødige" driftsmodusen til multivibratoren. Den varer i svært kort tid, kun bestemt av hastigheten til transistorene. Og det er ikke to transistorer som er helt identiske i parametere. Uansett hvilken transistor som åpnes raskere vil forbli åpen - "vinneren". La oss anta at det i diagrammet vårt viser seg å være VT2. Deretter, gjennom den lave motstanden til den utladede kondensatoren C2 og den lave motstanden til kollektor-emitterforbindelsen VT2, vil basen til transistoren VT1 kortsluttes til emitteren VT1. Som et resultat vil transistor VT1 bli tvunget til å lukke - "bli beseiret."
Siden transistor VT1 er lukket, oppstår en "rask" ladning av kondensator C1 langs banen: "+ strømforsyning > motstand R1 > lav motstand til utladet C1 > base-emitter-kryss VT2 > - strømforsyning." Denne ladningen skjer nesten opp til spenningen til strømforsyningen.
Samtidig lades kondensator C2 med en strøm med motsatt polaritet langs banen: "+ strømkilde > motstand R3 > lav motstand av utladet C2 > kollektor-emitter-kryss VT2 > - strømkilde." Ladevarigheten bestemmes av karakterene R3 og C2. De bestemmer tidspunktet da VT1 er i lukket tilstand.
Når kondensator C2 lades til en spenning som er omtrent lik spenningen på 0,7-1,0 volt, vil motstanden øke og transistor VT1 åpnes med spenningen påført langs banen: "+ strømforsyning > motstand R3 > base-emitter-overgang VT1 > - strømforsyning." I dette tilfellet vil spenningen til den ladede kondensatoren C1, gjennom det åpne kollektor-emitter-krysset VT1, påføres emitter-base-krysset til transistoren VT2 med omvendt polaritet. Som et resultat vil VT2 lukkes, og strømmen som tidligere gikk gjennom det åpne kollektor-emitter-krysset VT2 vil strømme gjennom kretsen: "+ strømforsyning > motstand R4 > lav motstand C2 > base-emitter-kryss VT1 > - strømforsyning. ” Denne kretsen vil raskt lade opp kondensator C2. Fra dette øyeblikket begynner "steady-state" selvgenereringsmodus.
Drift av en symmetrisk multivibrator i "steady-state" generasjonsmodus
Den første halve syklusen av drift (oscillasjon) av multivibratoren begynner.
Når transistor VT1 er åpen og VT2 er lukket, som jeg nettopp skrev, lades kondensator C2 raskt opp (fra en spenning på 0,7...1,0 volt av en polaritet, til spenningen til strømkilden med motsatt polaritet) langs kretsen : "+ strømforsyning > motstand R4 > lav motstand C2 > base-emitter-kryss VT1 > - strømforsyning." I tillegg lades kondensator C1 sakte opp (fra strømkildespenningen på en polaritet til en spenning på 0,7...1,0 volt av motsatt polaritet) langs kretsen: "+ strømkilde > motstand R2 > høyre plate C1 > venstre plate C1 > kollektor-emitter-overgangen til transistor VT1 > - - strømkilde."
Når, som et resultat av opplading av C1, spenningen ved bunnen av VT2 når en verdi på +0,6 volt i forhold til emitteren til VT2, vil transistoren åpne. Derfor vil spenningen til den ladede kondensatoren C2, gjennom den åpne kollektor-emitter-forbindelsen VT2, påføres emitter-base-overgangen til transistoren VT1 med omvendt polaritet. VT1 vil stenge.
Den andre halve driftssyklusen (oscillasjon) av multivibratoren begynner.
Når transistor VT2 er åpen og VT1 er lukket, lades kondensator C1 raskt opp igjen (fra en spenning på 0,7...1,0 volt av en polaritet, til spenningen til strømkilden med motsatt polaritet) langs kretsen: "+ strømforsyning > motstand R1 > lav motstand C1 > base emitter junction VT2 > - strømforsyning." I tillegg lades kondensator C2 sakte opp (fra spenningen til strømkilden med én polaritet, til en spenning på 0,7...1,0 volt av motsatt polaritet) langs kretsen: "høyre plate av C2 > kollektor-emitter-kryss av transistor VT2 > - strømforsyning > + kildestrøm > motstand R3 > venstre plate C2". Når spenningen ved bunnen av VT1 når +0,6 volt i forhold til emitteren til VT1, vil transistoren åpnes. Derfor vil spenningen til den ladede kondensatoren C1, gjennom den åpne kollektor-emitter-forbindelsen VT1, påføres emitter-base-overgangen til transistoren VT2 med omvendt polaritet. VT2 vil stenge. På dette tidspunktet slutter den andre halvsyklusen av multivibratoroscillasjonen, og den første halvsyklusen begynner på nytt.
Prosessen gjentas til multivibratoren er koblet fra strømkilden.
Metoder for å koble en last til en symmetrisk multivibrator
Rektangulære pulser fjernes fra to punkter i en symmetrisk multivibrator– transistorkollektorer. Når det er et "høyt" potensial på en kollektor, så er det et "lavt" potensial på den andre kollektoren (det er fraværende), og omvendt - når det er et "lavt" potensial på en utgang, så er det en "høyt" potensial på den andre. Dette vises tydelig i tidsgrafen nedenfor.
Multivibratorbelastningen må kobles parallelt med en av kollektormotstandene, men ikke i noe tilfelle parallelt med kollektor-emitter-transistorovergangen. Du kan ikke omgå transistoren med en last. Hvis denne betingelsen ikke er oppfylt, vil minimum varigheten av pulsene endres, og maksimalt vil ikke multivibratoren fungere. Figuren nedenfor viser hvordan du kobler lasten riktig og hvordan du ikke gjør det.
For at belastningen ikke skal påvirke selve multivibratoren, må den ha tilstrekkelig inngangsmotstand. Til dette formål brukes vanligvis buffertransistortrinn.
Eksempelet viser koble et lavimpedans dynamisk hode til en multivibrator. En ekstra motstand øker inngangsmotstanden til buffertrinnet, og eliminerer dermed påvirkningen av buffertrinnet på multivibratortransistoren. Verdien bør ikke være mindre enn 10 ganger verdien av kollektormotstanden. Å koble to transistorer i en "sammensatt transistor"-krets øker utgangsstrømmen betydelig. I dette tilfellet er det riktig å koble base-emitterkretsen til buffertrinnet parallelt med kollektormotstanden til multivibratoren, og ikke parallelt med kollektor-emitter-overgangen til multivibratortransistoren.
For å koble et dynamisk hode med høy impedans til en multivibrator et buffertrinn er ikke nødvendig. Hodet er koblet i stedet for en av kollektormotstandene. Den eneste betingelsen som må oppfylles er at strømmen som går gjennom det dynamiske hodet ikke må overstige transistorens maksimale kollektorstrøm.
Hvis du ønsker å koble vanlige lysdioder til multivibratoren– for å lage et "blinkende lys", er det ikke nødvendig med bufferkaskader for dette. De kan kobles i serie med kollektormotstander. Dette skyldes det faktum at LED-strømmen er liten, og spenningsfallet over den under drift er ikke mer enn en volt. Derfor har de ingen effekt på driften av multivibratoren. Riktignok gjelder dette ikke superlyse lysdioder, der driftsstrømmen er høyere og spenningsfallet kan være fra 3,5 til 10 volt. Men i dette tilfellet er det en vei ut - øk forsyningsspenningen og bruk transistorer med høy effekt, noe som gir tilstrekkelig kollektorstrøm.
Vær oppmerksom på at oksid (elektrolytiske) kondensatorer er koblet med sine positive til transistorenes kollektorer. Dette skyldes det faktum at på basis av bipolare transistorer stiger ikke spenningen over 0,7 volt i forhold til emitteren, og i vårt tilfelle er emitterne minus til strømforsyningen. Men ved transistorenes kollektorer endres spenningen nesten fra null til spenningen til strømkilden. Oksydkondensatorer er ikke i stand til å utføre sin funksjon når de er koblet med omvendt polaritet. Naturligvis, hvis du bruker transistorer med en annen struktur (ikke N-P-N, men P-N-P strukturer), så i tillegg til å endre polariteten til strømkilden, er det nødvendig å snu lysdiodene med katodene deres "opp i kretsen", og kondensatorene med deres plusser mot basene til transistorene.
La oss finne ut av det nå Hvilke parametere til multivibratorelementene bestemmer utgangsstrømmene og generasjonsfrekvensen til multivibratoren?
Hva påvirker verdiene til kollektormotstander? Jeg har sett i noen middelmådige Internett-artikler at verdiene til kollektormotstander ikke påvirker frekvensen til multivibratoren nevneverdig. Alt dette er fullstendig tull! Hvis multivibratoren er riktig beregnet, vil et avvik av verdiene til disse motstandene med mer enn fem ganger fra den beregnede verdien ikke endre frekvensen til multivibratoren. Det viktigste er at motstanden deres er mindre enn basismotstandene, fordi kollektormotstander gir rask lading av kondensatorer. Men på den annen side er verdiene til kollektormotstander de viktigste for å beregne strømforbruket fra strømkilden, hvis verdi ikke skal overstige transistorenes kraft. Hvis du ser på det, hvis riktig tilkoblet, er de jevne utgangseffekt multivibratoren har ingen direkte effekt. Men varigheten mellom byttene (multivibratorfrekvens) bestemmes av den "langsomme" oppladingen av kondensatorene. Ladetiden bestemmes av karakterene til RC-kretsene - basismotstander og kondensatorer (R2C1 og R3C2).
En multivibrator, selv om den kalles symmetrisk, refererer denne bare til kretsløpet i dens konstruksjon, og den kan produsere både symmetriske og asymmetriske utgangspulser i varighet. Pulsvarigheten (høyt nivå) på VT1-kollektoren bestemmes av klassifiseringene til R3 og C2, og pulsvarigheten (høyt nivå) på VT2-kollektoren bestemmes av klassifiseringene R2 og C1.
Varigheten av ladekondensatorer bestemmes av en enkel formel, hvor Tau- pulsvarighet i sekunder, R- motstandsmotstand i ohm, MED– kapasitans til kondensatoren i Farads:
Så hvis du ikke allerede har glemt hva som ble skrevet i denne artikkelen et par avsnitt tidligere:
Hvis det er likestilling R2=R3 Og C1=C2, ved utgangene til multivibratoren vil det være en "meander" - rektangulære pulser med en varighet lik pausene mellom pulsene, som du ser på figuren.
Hele oscillasjonsperioden til multivibratoren er T lik summen av puls- og pausevarighetene:
Oscillasjonsfrekvens F(Hz) relatert til periode T(sek) gjennom forholdet:
Som regel, hvis det er noen beregninger av radiokretser på Internett, er de magre. Derfor La oss beregne elementene i en symmetrisk multivibrator ved å bruke eksemplet .
Som alle transistortrinn, må beregningen utføres fra slutten - utgangen. Og ved utgangen har vi et buffertrinn, så er det kollektormotstander. Kollektormotstandene R1 og R4 utfører funksjonen med å belaste transistorene. Kollektormotstander har ingen effekt på generasjonsfrekvensen. De beregnes basert på parametrene til de valgte transistorene. Derfor beregner vi først kollektormotstandene, deretter basismotstandene, deretter kondensatorene og deretter buffertrinnet.
Fremgangsmåte og eksempel på beregning av en transistorsymmetrisk multivibrator
Opprinnelige data:
Forsyningsspenningen Ui.p. = 12 V.
Nødvendig multivibratorfrekvens F = 0,2 Hz (T = 5 sekunder), og pulsvarigheten er lik 1 (ett sekund.
En bilglødepære brukes som last. 12 volt, 15 watt.
Som du gjettet, vil vi beregne et "blinkende lys" som vil blinke hvert femte sekund, og varigheten av gløden vil være 1 sekund.
Velge transistorer for multivibratoren. For eksempel har vi de vanligste transistorene i sovjettiden KT315G.
For dem: Pmax = 150 mW; Imax=150 mA; h21>50.
Transistorer for buffertrinnet velges basert på laststrømmen.
For ikke å skildre diagrammet to ganger, har jeg allerede signert verdiene til elementene på diagrammet. Beregningen deres er gitt videre i vedtaket.
Løsning:
1. Først av alt må du forstå at det er tryggere for transistoren selv å bruke en transistor ved høye strømmer i byttemodus enn å operere i forsterkningsmodus. Derfor er det ikke nødvendig å beregne kraften for overgangstilstanden i øyeblikkene for passasje av et vekslende signal gjennom driftspunktet "B" til den statiske modusen til transistoren - overgangen fra åpen tilstand til lukket tilstand og tilbake . For pulskretser bygget på bipolare transistorer beregnes effekten vanligvis for transistorene i åpen tilstand.
Først bestemmer vi transistorenes maksimale effekttap, som skal være en verdi 20 prosent mindre (faktor 0,8) enn den maksimale effekten til transistoren som er angitt i referanseboken. Men hvorfor trenger vi å drive multivibratoren inn i den stive rammen av høye strømmer? Og selv med økt effekt vil energiforbruket fra strømkilden være stort, men det vil være liten nytte. Derfor, etter å ha bestemt maksimal effekt spredning av transistorer, reduser den med 3 ganger. En ytterligere reduksjon i effekttap er uønsket fordi driften av en multivibrator basert på bipolare transistorer i lavstrømsmodus er et "ustabilt" fenomen. Hvis strømkilden ikke bare brukes til multivibratoren, eller den ikke er helt stabil, vil frekvensen til multivibratoren også "flyte".
Vi bestemmer maksimal effekttap: Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW
Vi bestemmer den nominelle tapte effekten: Pdis.nom. = 120 / 3 = 40mW
2. Bestem kollektorstrømmen i åpen tilstand: Ik0 = Pdis.nom. / Ui.p. = 40mW / 12V = 3,3mA
La oss ta det som den maksimale kollektorstrømmen.
3. La oss finne verdien av motstanden og effekten til kollektorlasten: Rk.total = Ui.p./Ik0 = 12V/3.3mA = 3.6 kOhm
Vi velger motstander fra det eksisterende nominelle området som er så nær 3,6 kOhm som mulig. Den nominelle serien av motstander har en nominell verdi på 3,6 kOhm, så vi beregner først verdien av kollektormotstandene R1 og R4 til multivibratoren: Rк = R1 = R4 = 3,6 kOhm.
Effekten til kollektormotstandene R1 og R4 er lik nominell effekttapet til transistorene Pras.nom. = 40 mW. Vi bruker motstander med en effekt som overstiger spesifisert Pras.nom. - type MLT-0.125.
4. La oss gå videre til å beregne de grunnleggende motstandene R2 og R3. Rangeringen deres bestemmes basert på forsterkningen til transistorene h21. Samtidig, for pålitelig drift av multivibratoren, må motstandsverdien være innenfor området: 5 ganger større enn motstanden til kollektormotstandene, og mindre enn produktet Rк * h21. I vårt tilfelle Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm, og Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm
Dermed kan verdiene til motstanden Rb (R2 og R3) være i området 18...180 kOhm. Vi velger først gjennomsnittsverdien = 100 kOhm. Men det er ikke endelig, siden vi må gi den nødvendige frekvensen til multivibratoren, og som jeg skrev tidligere, avhenger frekvensen til multivibratoren direkte av basemotstandene R2 og R3, så vel som av kapasitansen til kondensatorene.
5. Beregn kapasitansene til kondensatorene C1 og C2 og om nødvendig beregne verdiene til R2 og R3 på nytt.
Verdiene til kapasitansen til kondensatoren C1 og motstanden til motstanden R2 bestemmer varigheten av utgangspulsen på kollektoren VT2. Det er under denne impulsen at lyspæren vår skal lyse. Og i tilstanden ble pulsvarigheten satt til 1 sekund.
La oss bestemme kapasitansen til kondensatoren: C1 = 1 sek / 100 kOhm = 10 µF
En kondensator med en kapasitet på 10 μF er inkludert i det nominelle området, så det passer oss.
Verdiene til kapasitansen til kondensatoren C2 og motstanden til motstanden R3 bestemmer varigheten av utgangspulsen på kollektoren VT1. Det er under denne pulsen at det er en "pause" på VT2-samleren og lyspæren vår skal ikke lyse. Og i tilstanden ble det spesifisert en full periode på 5 sekunder med en pulsvarighet på 1 sekund. Derfor er varigheten av pausen 5 sekunder – 1 sekund = 4 sekunder.
Etter å ha transformert formelen for ladevarighet, har vi La oss bestemme kapasitansen til kondensatoren: C2 = 4 sek / 100 kOhm = 40 μF
En kondensator med en kapasitet på 40 μF er ikke inkludert i det nominelle området, så det passer ikke oss, og vi tar en kondensator med en kapasitet på 47 μF som er nærmest mulig. Men som du forstår, vil "pause"-tiden også endre seg. For å forhindre at dette skjer, har vi La oss beregne motstanden til motstand R3 på nytt basert på varigheten av pausen og kapasitansen til kondensator C2: R3 = 4 sek / 47 µF = 85 kOhm
I henhold til den nominelle serien er den nærmeste verdien av motstandsmotstanden 82 kOhm.
Så vi fikk verdiene til multivibratorelementene:
R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.
6. Beregn verdien av motstand R5 til buffertrinnet.
For å eliminere påvirkningen på multivibratoren, er motstanden til den ekstra begrensende motstanden R5 valgt til å være minst 2 ganger større enn motstanden til kollektormotstanden R4 (og i noen tilfeller mer). Dens motstand, sammen med motstanden til emitter-base-kryssene VT3 og VT4, vil i dette tilfellet ikke påvirke parametrene til multivibratoren.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhm
I følge den nominelle serien er den nærmeste motstanden 7,5 kOhm.
Med en motstandsverdi på R5 = 7,5 kOhm, vil styrestrømmen for buffertrinn være lik:
Jeg kontrollerer = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12v - 1,2v) / 7,5 kOhm = 1,44 mA
I tillegg, som jeg skrev tidligere, påvirker ikke kollektorbelastningen til multivibratortransistorene frekvensen, så hvis du ikke har en slik motstand, kan du erstatte den med en annen "nær" vurdering (5 ... 9 kOhm) ). Det er bedre hvis dette er i retning av nedgang, slik at det ikke er noe fall i styrestrømmen i buffertrinnet. Men husk at tilleggsmotstanden er en ekstra belastning for transistor VT2 til multivibratoren, så strømmen som strømmer gjennom denne motstanden legger seg opp til strømmen til kollektormotstand R4 og er en belastning for transistor VT2: Ittotal = Ik + Icontrol. = 3,3mA + 1,44mA = 4,74mA
Den totale belastningen på kollektoren til transistoren VT2 er innenfor normale grenser. Hvis den overskrider den maksimale kollektorstrømmen som er spesifisert i referanseboken og multiplisert med en faktor på 0,8, øk motstanden R4 til belastningsstrømmen er tilstrekkelig redusert, eller bruk en kraftigere transistor.
7. Vi må gi strøm til lyspæren IN = Рн / Ui.p. = 15W / 12V = 1,25 A
Men styrestrømmen til buffertrinnet er 1,44 mA. Multivibratorstrømmen må økes med en verdi lik forholdet:
I / Icontrol = 1,25A / 0,00144A = 870 ganger.
Hvordan gjøre det? For betydelig utgangsstrømforsterkning bruk transistorkaskader bygget i henhold til "kompositttransistor"-kretsen. Den første transistoren er vanligvis laveffekt (vi vil bruke KT361G), den har den høyeste forsterkningen, og den andre må gi tilstrekkelig belastningsstrøm (la oss ta den ikke mindre vanlige KT814B). Deretter multipliseres deres overføringskoeffisienter h21. Så for KT361G-transistoren h21>50, og for KT814B-transistoren h21=40. Og den totale overføringskoeffisienten til disse transistorene koblet i henhold til "kompositttransistor"-kretsen: h21 = 50 * 40 = 2000. Dette tallet er større enn 870, så disse transistorene er ganske nok til å kontrollere en lyspære.
Vel, det er alt!
