Як працює мультивібратор для чайників Різновиди однієї схеми (несиметричний мультивібратор). Схема, опис. Робота симетричного мультивібратора в режимі генерації, що «встановився»
Мультивібратори – це ще одна форма осциляторів. Генератор є електронну схемуяка здатна підтримувати сигнал змінного струму на виході. Він може генерувати прямокутні, лінійні чи імпульсні сигнали. Для вагання генератор повинен задовольняти двом умовам Баркгаузена:
Т коефіцієнт посилення контуру він повинен бути трохи більше одиниці.
Зсув фази циклу має бути 0 градусів або 360 градусів.
Для виконання обох умов генератор повинен мати деяку форму підсилювача і частина його виходу повинна бути регенерована на вхід. Якщо коефіцієнт посилення підсилювача менше одиниці, схема не буде коливатися, а якщо вона більша за одинку, схема буде перевантажена і даватиме спотворену форму хвилі. Простий генератор може генерувати синусоїдальну хвилю, але не може генерувати прямокутну хвилю. Прямокутна хвиля може бути сформована за допомогою мультивібратора.
Мультивібратор – це форма генератора, яка має два ступені, завдяки яким ми можемо отримати вихід із будь-якого стану. Це в основному дві схеми підсилювача, скомпоновані з регенеративною зворотним зв'язком. При цьому жоден із транзисторів не проводить одночасно. Одночасно лише один транзистор проводить, а інший перебуває у вимкненому стані. Деякі схеми мають певні стани; стан зі швидким переходом називається процесами перемикання, де відбувається швидка зміна струму та напруги. Це перемикання називається тригерним. Отже, ми можемо запустити ланцюг усередині чи зовні.
Схеми мають два стани.
Одним із них є стабільний стан, у якому ланцюг залишається назавжди без будь-якого запуску.
Інший стан є нестабільним: у цьому стані схема залишається протягом обмеженого періоду часу без будь-якого зовнішнього запуску та перемикається в інший стан. Отже, використання багатовібарторів здійснюється у двох станах ланцюгів, таких як таймери та тригери.
Нестабільний мультивібратор із використанням транзистора
Це вільно працюючий генератор, який безперервно перемикається між двома нестабільними станами. За відсутності зовнішнього сигналу транзистори по черзі перемикаються зі стану відключення стан насичення на частоті, що визначається постійними часу RC ланцюгів зв'язку. Якщо ці постійні часу дорівнюють (R і C дорівнюють), то буде генеруватися прямокутна хвиля з частотою 1/1,4 RC. Отже, нестабільний мультивібратор називається генератором імпульсів чи генератором прямокутних імпульсів. Чим більше значення базового навантаження R2 і R3 по відношенню до навантаження колектора R1 і R4, тим більше коефіцієнт посилення струму і гостріше буде край сигналу.
p align="justify"> Основним принципом роботи нестабільного мультивібратора є невелика зміна електричних властивостей або характеристик транзистора. Ця різниця призводить до того, що один транзистор включається швидше, ніж інший, коли харчування подається вперше, що викликає коливання.
Схема Пояснення
Нестабільний мультивібратор складається із двох поперечних зв'язку підсилювачів RC.
Схема має два нестабільні стани
Коли V1 = НИЗЬКИЙ і V2 = ВИСОКИЙ, тоді Q1 ВКЛ та Q2 ВИКЛ
Коли V1 = ВИСОКИЙ і V2 = НИЗЬКИЙ, Q1 ВИМК. та Q2 ВКЛ.
При цьому R1 = R4, R2 = R3, R1 має бути більшим, ніж R2
C1 = C2
При першому включенні ланцюга жодного з транзисторів не включено.
Базова напруга обох транзисторів починає зростати. Будь-який з транзисторів включається першим через різницю в легуванні та електричних характеристиках транзистора.
Мал. 1: Принципова схема роботи транзисторного нестабільного мультивібратора
Ми можемо сказати, який транзистор проводить першим, тому ми припускаємо, що Q1 проводить першим, а Q2 вимкнений (C2 повністю заряджений).
Q1 проводить, а Q2 відключений, отже, VC1 = 0 В, так як весь струм на землю через коротке замикання Q1, і VC2 = Vcc, так як вся напруга на VC2 падає через розімкнений ланцюг TR2 (рівно напруги живлення) .
Через високої напруги VC2 конденсатор C2 починає заряджатися через Q1 через R4, а C1 починає заряджатися через R2 через Q1. Час, необхідний зарядки C1 (T1 = R2C1), більше, ніж час, необхідне зарядки C2 (T2 = R4C2).
Так як права пластина C1 підключена до бази Q2 і заряджається, значить, у цієї пластини високий потенціал, і коли вона перевищує напругу 0,65, вона включається Q2.
Оскільки C2 повністю заряджений, його ліва пластина має напругу -Vcc -5V і підключена до бази Q1. Отже, він вимикається Q2
TR Тепер TR1 вимкнений, і Q2 проводить, отже, VC1 = 5 В і VC2 = 0 В. Ліва пластина C1 раніше знаходилася під напругою -0,65, яка починає підніматися до 5 В і підключається до колектора Q1. C1 спочатку розряджається від 0 до 0,65, а потім починає заряджатися через R1 через Q2. Під час заряджання права пластина С1 має низький потенціал, який вимикає Q2.
Права пластина C2 підключена до колектора Q2 і попередньо знаходиться на +5В. Таким чином, C2 спочатку розряджається від 5 до 0 В, а потім починає заряджатися через опір R3. Ліва пластина C2 під час зарядки знаходиться під високим потенціалом, який включає Q1, коли досягає напруги 0,65.
Мал. 2: Принципова схема роботи транзисторного нестабільного мультивібратора
Тепер Q1 проводить, а Q2 вимкнено. Вищезгадана послідовність повторюється, і ми отримуємо сигнал на обох колекторах транзистора, який не у фазі один з одним. Для отримання ідеальної прямокутної хвилі будь-яким колектором транзистора ми приймаємо як опір колектора транзистора, базовий опір, тобто (R1 = R4), (R2 = R3), а також значення конденсатора, що робить нашу схему симетричною. Отже, робочий цикл для низького та високого значення вихідного сигналу є тим самим, що генерує прямокутну хвилю
Constant Постійна часу форми сигналу залежить від базового опору та колектора транзистора. Ми можемо розрахувати його період часу за: Постійна часу = 0.693RC
Принцип дії мультивібратора на відео з поясненням
У цьому відеоуроці каналу Паяльник TV покажемо, як взаємопов'язані елементи електричного ланцюгаі познайомимося з процесами, що відбуваються в ній. Першою схемою, з урахуванням якої буде розглянуто принцип роботи, є схема мультивібратора на транзисторах. Схема може бути в одному з двох станів і періодично переходить з одного в інший.
Аналіз 2-х станів мультивібратора.
Все, що ми спостерігаємо зараз, це два світлодіоди, які по черзі блимають. Чому це відбувається? Розглянемо спочатку перший стан.
Перший транзистор VT1 закритий, а другий транзистор повністю відкритий і не перешкоджає протіканню колекторного струму. Транзистор в цей момент знаходиться в режимі насичення, що дозволяє знизити падіння напруги на ньому. І тому правий світлодіод горить на повну силу. Конденсатор C1 в перший час був розряджений, і струм безперешкодно проходив на базу транзистора VT2, повністю відкриваючи його. Але за мить конденсатор починає швидко заряджатися базовим струмом другого транзистора через резистор R1. Після того, як він повністю зарядиться (а як відомо, повністю заряджений конденсатор не пропускає струм), транзистор VT2 внаслідок цього закривається і світлодіод гасне.
Напруга на конденсаторі C1 дорівнює добутку базового струму на опір резистора R2. Перенесемося у часі тому. Поки транзистор VT2 був відкритий і правий світлодіод горів, конденсатор C2, раніше заряджений в попередньому стані, починає повільно розряджатися через відкритий транзистор VT2 і резистор R3. Поки він не розрядився, напруга на базі VT1 буде негативною, яка повністю замикає транзистор. Перший світлодіод не світиться. Виходить, що на момент згасання другого світлодіода конденсатор C2 встигає розрядитися і переходить у готовність пропустити струм на базу першого транзистора VT1. На той момент, коли перестає горіти другий світлодіод, спалахує перший світлодіод.
А у другому станівідбувається все те саме, але навпаки, транзистор VT1 відкритий, VT2 закритий. Перехід до іншого стану відбувається тоді, коли конденсатор C2 розряджається, напруга на ньому зменшується. Розрядившись повністю, він починає заряджатися в зворотний бік. Коли напруга на переході база-емітер транзистора VT1 досягне напруги, достатньої для його відкривання, приблизно 0,7, цей транзистор почне відкриватися і перший світлодіод загориться.
Знову звернемося до схеми.
Через резистори R1 та R4 відбувається зарядка конденсаторів, а через R3 та R2 відбувається розрядка. Резистори R1 і R4 обмежують струм першого та другого світлодіода. Від їхнього опору залежить не лише яскравість свічення світлодіодів. Вони також визначають час заряджання конденсаторів. Опір R1 і R4 підбирається набагато менше, ніж R2 і R3, щоб зарядка конденсаторів відбувалася швидше, ніж їхня розрядка. Мультивібратор використовується для отримання прямокутних імпульсів, що знімаються з колектора транзистора. При цьому навантаження підключається паралельно до одного з колекторних резисторів R1 або R4.
На графіці представлені прямокутні імпульси, що виробляються цією схемою. Однією з областей називається фронт імпульсу. Фронт має нахил, і що більше буде час зарядки конденсаторів, то цей нахил буде більше.
Якщо у мультивібраторі використані однакові транзистори, конденсатори однакової ємності, і якщо резистори мають симетричні опори, такий мультивібратор називається симетричним. Він має однакову тривалість імпульсів та тривалість пауз. А якщо є відмінності у параметрах, то мультивібратор буде несиметричним. Коли ми підключаємо мультивібратор до джерела живлення, то в перший момент часу обидва конденсатори розряджені, а значить на базу обох конденсаторів надійде струм і з'явиться режим роботи, при якому повинен відкритися лише один з транзисторів. Так як ці елементи схеми мають деякі похибки номіналів та параметрів, один із транзисторів відкриється першим, і мультивібратор запуститься.
Якщо ви захочете змоделювати цю схему в програмі Multisim, потрібно виставити номінали резисторів R2 і R3 так, щоб їх опори відрізнялися хоча б на десяту частину Ома. Те саме проробіть з ємністю конденсаторів, інакше мультивібратор може не запуститися. При практичній реалізації цієї схеми я рекомендую здійснювати живлення напругою від 3 до 10 Вольт, а параметри самих елементів зараз ви дізнаєтесь. За умови, що використовується транзистор КТ315. Резистори R1 і R4 не впливають на частоту імпульсів. У нашому випадку вони обмежують струм світлодіода. Опір резисторів R1 та R4 можна взяти від 300 Ом до 1кОм. Опір резисторів R2 та R3 від 15 кОм до 200 кОм. Місткість конденсаторів від 10 до 100 мкФ. Представимо таблицю зі значеннями опорів та ємностей, в якій наведено приблизну очікувану частоту імпульсів. Тобто, щоб отримати імпульс тривалістю 7 секунд, тобто, тривалість свічення одного світлодіода, що дорівнює 7 секунд, потрібно використовувати резистори R2 і R3 опором 100 кОм та конденсатора ємністю 100 мкФ.
Висновок.
Часом елементами даної схеми є резистори R2, R3 і конденсатори C1 і C2. Чим менше їх номінали, тим частіше перемикатимуться транзистори, і тим частіше мерехтітимуть світлодіоди.
Мультивібратор можна реалізувати не лише на транзисторах, а й на базі мікросхем. Залишайте свої коментарі, не забувайте передплатити канал «Паяльник TV» на ютубі, щоб не пропустити нові цікаві відео.
Ще цікава про радіопередавач.
являє собою генератор імпульсів практично прямокутної форми, створений у вигляді підсилювального елемента з ланцюгом позитивно-зворотним зв'язком. Існують два типи мультивібраторів.
Першим типом є автоколивальні мультивібратори, які не мають сталого стану. Розрізняють два типи: симетричний – у нього транзистори однакові і однакові параметри симетричних елементів. У результаті дві частини періоду коливань рівні між собою, а шпаруватість дорівнює двом. Якщо параметри елементів не рівні, то це вже буде несиметричний мультивібратор.
Другий тип це чекаючі мультивібратори, які мають стан стійкої рівноваги і часто їх називають ще одновібратором. Застосування мультивібратора у різних радіоаматорських пристроях досить поширене.
Опис роботи мультивібратора на транзисторах
Принцип роботи проаналізуємо з прикладу наступної схеми.
Легко помітити, що вона практично копіює принципову схемусиметричний тригер. Відмінність тільки в тому, що зв'язки між блоками перемикання, як пряма, так і зворотна, здійснені змінним струмом, а не по постійному. Це кардинально змінює особливості пристрою, тому що в порівнянні з симетричним тригером у схеми мультивібратора немає стабільних станів рівноваги, в яких він міг би перебувати тривалий час.
Натомість є два стани квазістійкої рівноваги, завдяки чому пристрій знаходиться в кожному з них строго певний час. Кожен такий проміжок часу визначається перехідними процесами, що відбуваються у схемі. Функціонування пристрою полягає до постійної зміни даних станів, що супроводжується появою на виході напруги, що дуже нагадує формою прямокутне.
По суті своїй симетричний мультивібратор є двокаскадний підсилювач, Причому схема побудована, так що вихід першого каскаду з'єднаний з входом другого. Внаслідок цього після подачі харчування на схему обов'язково виходить, так що один з відкритий, а інший знаходиться в закритому стані.
Припустимо, що транзистор VT1 відкритий і знаходиться в стані насичення струмом через резистор R3. Транзистор VT2, як було зазначено вище, закритий. Тепер у схемі відбуваються процеси, пов'язані з перезарядом конденсаторів C1 та C2. Спочатку конденсатор C2 абсолютно розряджений і за насиченням VT1 відбувається поступова зарядка його через резистор R4.
Оскільки конденсатор C2 шунтує колектор-емітерний перехід транзистора VT2 через емітерний перехід транзистора VT1, швидкість його заряду визначає швидкість зміни напруги на колекторі VT2. Після заряду C2 транзистор VT2 закривається. Тривалість цього процесу (тривалість фронту напруги колектора) можна обчислити за такою формулою:
t1a = 2,3 * R1 * C1
Також у роботі схеми протікає і другий процес, пов'язаний із розрядом раніше зарядженого конденсатора C1. Його розряд відбувається через транзистор VT1, резистор R2 та джерело живлення. У міру розряду конденсатора на базі VT1 утворюється позитивний потенціал, і він починає відкриватися. Цей процесзакінчується після повного розряду C1. Тривалість цього процесу (імпульсу) дорівнює:
t2a = 0,7 * R2 * C1
Після часу t2a транзистор VT1 буде замкнений, а транзистор VT2 буде у насиченні. Після цього процес повториться за аналогічною схемою та тривалість інтервалів наступних процесів можна розрахувати також за формулами:
t1b = 2,3 * R4 * C2 і t2b = 0,7 * R3 * C2
Для визначення частоти коливань мультивібратора справедливий такий вираз:
f = 1/(t2a+t2b)
Портативний USB осцилограф, 2 канали, 40 МГц.
Мультивібратор це найпростіший генератор імпульсів, що працює в режимі автогенерації коливань, тобто при подачі напруги на схему сам починає генерувати імпульси.
Найпростіша схема представлена на малюнку нижче:
мультивібратор схема на транзисторах
Причому ємності конденсаторів C1, C2 завжди підбираються максимально однаковими, а номінал базових опору R2, R3 має бути вищим ніж колекторні. Це важлива умова для правильної роботи МВ
Як же працює мультивібратор на транзисторах, таким чином: при включенні живлення починають заряджатися ємності C1, C2.
Перший конденсатор по ланцюжку R1-C1-перехід БЕ другого корпус.
Друга ємність зарядиться ланцюгом R4 - C2 - перехід БЕ першого транзистора - корпус.
Оскільки транзисторах є базовий струм, всі вони майже відкриваються. Але оскільки двох однакових транзисторів не буває, якийсь із них відкриється трохи раніше свого колеги.
Припустимо, що у нас раніше відкриється перший транзистор. Відкрившись він розрядить ємність С1. Причому розряджатиметься вона у зворотній полярності, закриваючи другий транзистор. Але перший перебувати у відкритому стані тільки на момент, доки конденсатор С2 не зарядиться до рівня напруги живлення. Після закінчення процесу зарядки С2 Q1 замикається.
Але на той час С1 майже розряджений. А це означає, що через нього потече струм, що відкриває другий транзистор, який розрядить ємність С2 і залишатиметься у відкритому стані до повторної зарядки першого конденсатора. І так із циклу в цикл, доки не відключимо харчування від схеми.
Як легко помітити час перемикання, тут визначається номіналом ємності конденсаторів. До речі, і опір базових опорів R1, R3 тут теж вносить певний фактор.
Повернемося до початкового стану, коли перший транзистор у нас відкритий. У цей момент ємність С1 у нас вже не тільки встигне розрядитися, а й почне заряджатися у зворотній полярності ланцюга R2-С1-колектор-еммітер відкритого Q1.
Але опір у R2 досить великий і C1 не встигає зарядитися до рівня джерела живлення, зате при замиканні Q1 вона розрядиться через базовий ланцюжок Q2, допомагаючи йому швидше відкритися. Це ж опір збільшує час зарядки першого конденсатора C1. А ось колекторні опори R1, R4 є навантаженням і частоту генерації імпульсів особливого впливу не надають.
Як практичне ознайомлення пропоную зібрати, в тій же статті розглянута і конструкція на трьох транзисторах.
мультивібратор схема на транзисторах у конструкції новорічної мигалки
Розберемося з роботою несиметричного мультивібратора на двох транзисторах на прикладі простої схеми радіоаматорської саморобки, що видає звук металевої кульки, що підскакує. Працює схема так: у міру розряду ємності С1 гучність ударів знижується. Від номіналу С1 залежить загальна тривалість звучання, а конденсатор С2 задає тривалість пауз. Транзистори можуть бути абсолютно будь-якого типу p-n-p.
Існують два типи мультивібраторів вітчизняного мікро виконання - автоколивальні (ГГ) та чекаючі (АГ).
Автоколивальні генерують періодичну послідовність імпульсів прямокутної форми. Їх тривалість і період слідування задаються параметрами зовнішніх елементів опорів та ємностей або рівнем напруги, що управляє.
Вітчизняними мікросхемами автоколивальних МВ, наприклад, 530ГГ1, К531ГГ1, КМ555ГГ2більше детальну інформаціюпо ним і багатьом іншим ви знайдете в , наприклад Якубовський С. В. Цифрові та аналогові інтегральні мікросхемиабо ІМС та їх закордонні аналоги. Довідник у 12 томах за редакцією Нефьодова
Для очікуваних МВ тривалість генерованого імпульсу також визначається характеристиками навісних радіокомпонентів, а період прямування імпульсів задається періодом прямування імпульсів запуску, що надходять на окремий вхід.
Приклади: К155АГ1містить один мультивібратор, що чекає, формує одиночні імпульси прямокутної форми з хорошою стабільністю тривалості; 133АГ3, К155АГ3, 533АГ3, КМ555АГ3, КР1533АГ3містить два очікуваних МВ, що формують одиночні імпульси напруги прямокутної форми з гарною стабільністю; 533АГ4, КМ555АГ4два чекаючих МВ, що формують одиночні імпульси напруги прямокутної форми.
Дуже часто в радіоаматорській практиці віддають перевагу не спеціалізованим мікросхемам, а збирають його на логічних елементах.
Найпростіша схема мультивібратора на логічних елементах І-НЕ показана малюнку нижче. Вона має два стани: в одному стані DD1.1 замкнений, а DD1.2 відкритий, в іншому - все протилежним чином.
Наприклад, якщо DD1.1 закритий, DD1.2 відкритий, тоді ємність С2 заряджається вихідним струмом DD1.1, що йде через опір R2. Напруга на вході DD1.2 позитивна. Воно підтримує DD1.2 у відкритому стані. У міру заряду ємності З2 знижується струм заряду і падає напруга на R2. У момент досягнення порогового рівня починає замикатися DD1.2 та зростати його потенціал на виході. Зростання цієї напруги передається через С1 на вихід DD1.1, останній окривається, і розвивається зворотний процес, що завершується повним замиканням DD1.2 та відмиканням DD1.1 - переходом пристрою у другий нестійкий стан. Тепер заряджатиметься С1 через R1 і вихідний опір компонента мікросхеми DD1.2, а С2 - через DD1.1. Таким чином спостерігаємо типовий автоколивальний процес.
Ще одна з простих схем, Яку можна зібрати на логічних елементах це генератор імпульсів прямокутної форми. Причому такий генератор працюватиме в режимі автогенерації, аналогічно до транзисторного. На малюнку нижче представлений генератор, побудованого на одній логічній цифровій мікроскладанні К155ЛА3
мультивібратор схема на К155ЛА3
Практичний приклад такої реалізації можна переглянути на сторінці електроніки в конструкції пристрою.
Розглянуто практичний приклад реалізації роботи чекаючого МВ на тригері конструкції оптичного вимикача освітлення на ІЧ променях.
Світлодіоди встановлені на плату мультивібратора
Мигалка на світлодіодах – симетричний мультивібратор. Застосування схеми симетричного мультивібратора дуже широке. Елементи схем мультивібратора знайдуться в обчислювальної техніки, радіовимірювальної та медичної апаратури.
Набір деталей для збирання мигалки на світлодіодах можна придбати за наступним посиланням http://ali.pub/2bk9qh . Якщо хочете серйозно попрактикуватися у пайці простих конструкційМайстер рекомендує придбати комплект із 9 наборів, що чудово заощадить ваші витрати на пересилання. Ось посилання для покупки http://ali.pub/2bkb42 . Майстер зібрав усі набори, і вони заробили. Успіхів та зростання навичок у пайці.
У цій статті розповімо про мультивібратор, як він працює, методи підключення навантаження на мультивібратор і розрахунок транзисторного симетричного мультивібратора.
Мультивібратор- Це простий генератор прямокутних імпульсів, який працює в режимі автогенератора. Для його роботи необхідно лише живлення від батареї або іншого джерела живлення. Розглянемо найпростіший симетричний мультивібратор на транзисторах. Схема його представлена малюнку. Мультивібратор може бути ускладнений в залежності від необхідних функцій, але всі елементи, представлені на малюнку, є обов'язковими, без них мультивібратор працювати не буде.
Робота симетричного мультивібратора ґрунтується на зарядно-розрядних процесах конденсаторів, що утворюють спільно з резисторами RC-ланцюжка.
Про те, як працюють RC-ланцюжки, я писав раніше у статті Конденсатор , яку ви можете почитати на моєму сайті. На просторах інтернету якщо і знаходиш матеріал про симетричний мультивібратор, то він викладається коротко, і не зрозуміло. Ця обставина не дозволяє радіоаматорам-початківцям щось зрозуміти, а тільки допомагає досвідченим електронникам що-небудь згадати. На прохання одного з відвідувачів мого сайту я вирішив виключити цю прогалину.
Як працює мультивібратор?
У початковий момент подачі живлення конденсатори С1 і С2 розряджені, тому опір току мало. Малий опір конденсаторів призводить до того, що відбувається «швидке» відкривання транзисторів, викликане протіканням струму:
- VT2 по дорозі (показано червоним кольором): «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення»;
— VT1 шляхом (показано синім кольором): «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір розрядженого С2 > базово-емітерний перехід VT1 > — джерела живлення».
Це є «невстановленим» режимом роботи мультивібратора. Триває він протягом дуже малого часу, який визначається лише швидкодією транзисторів. А двох абсолютно однакових за параметрами транзисторів немає. Який транзистор відкриється швидше, той залишиться відкритим — «переможцем». Припустимо, що у нашій схемі це виявився VT2. Тоді, через мале опір розрядженого конденсатора С2 і мале опір колекторно-емітерного переходу VT2, база транзистора VT1 виявиться замкнена на емітер VT1. В результаті транзистор VT1 буде змушений закритися - стати переможеним.
Оскільки транзистор VT1 закритий, відбувається «швидкий» заряд конденсатора С1 шляхом: «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Цей заряд відбувається майже до напруги джерела живлення.
Одночасно відбувається заряд конденсатора С2 струмом зворотної полярності шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > малий опір розрядженого С2 > колекторно-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Тривалість заряду визначається номіналами R3 та С2. Вони визначають час, при якому VT1 знаходиться в закритому стані.
Коли конденсатор С2 зарядиться до напруги приблизно рівним напрузі 0,7-1,0 вольт, його опір збільшиться і транзистор VT1 відкриється напругою прикладеною шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». При цьому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. В результаті VT2 закриється, а струм, який раніше проходив через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2, побіжить по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». З цього ланцюга відбудеться швидкий перезаряд конденсатора С2. З цього моменту починається режим автогенерації, що «встановився».
Робота симетричного мультивібратора в режимі генерації, що «встановився»
Починається перший напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.
При відкритому транзисторі VT1 і закритому VT2, як я щойно написав, відбувається швидкий перезаряд конденсатора С2 (від напруги 0,7...1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С1 (від напруги джерела живлення однієї полярності, до напруги 0,7 ... 1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R2 > права обкладка С1 >ліва обкладка С1 > колекторно- емітерний перехід транзистора VT1 - джерела живлення».
Коли, в результаті перезаряду С1, напруга на базі VT2 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT2 транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С2 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT1 зворотною полярністю. VT1 закриється.
Починається другий напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.
При відкритому транзисторі VT2 і закритому VT1 відбувається швидкий перезаряд конденсатора С1 (від напруги 0,7 ... 1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела живлення протилежної полярності) по ланцюгу: + джерела живлення > резистор R1 > малий опір С1 > базо- емітерний перехід VT2> - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С2 (від напруги джерела живлення однієї полярності до напруги 0,7...1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «права обкладка С2 колекторно-емітерний перехід транзистора VT2 джерела живлення джерела живлення живлення > резистор R3 > ліва обкладка С2». Коли напруга з урахуванням VT1 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT1, транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. VT2 закриється. На цьому другий напівперіод коливання мультивібратора закінчується, і знову починається перший напівперіод.
Процес повторюється до моменту вимкнення мультивібратора від джерела живлення.
Способи підключення навантаження до симетричного мультивібратора
Прямокутні імпульси знімаються з двох точок симетричного мультивібратора- Колекторів транзисторів. Коли одному колекторі присутній «високий» потенціал, то іншому колекторі – «низький» потенціал (він відсутній), і навпаки – коли одному виході «низький» потенціал, то іншому — «високий». Це показано на тимчасовому графіку, зображеному нижче.
Навантаження мультивібратора має підключатися паралельно до одного з колекторних резисторів, але в жодному разі не паралельно транзисторному переходу колектор-емітер. Не можна шунтувати транзистор навантаженням. Якщо цю умову не виконувати, то як мінімум – зміниться тривалість імпульсів, а як максимум – мультивібратор не працюватиме. На малюнку нижче показано, як правильно підключити навантаження, а як не треба це робити.
Для того щоб навантаження не впливало на сам мультивібратор, воно повинно мати достатній вхідний опір. Для цього зазвичай застосовують буферні транзисторні каскади.
На прикладі показано підключення низькоомної динамічної головки до мультивібратора. Додатковий резистор підвищує вхідний опір буферного каскаду, тим самим виключає вплив буферного каскаду на транзистор мультивібратора. Його значення має не менше ніж у 10 разів перевищувати значення колекторного резистора. Підключення двох транзисторів за схемою складового транзистора значно посилює вихідний струм. При цьому правильним є підключення базово-емітерного ланцюга буферного каскаду паралельно колекторному резистори мультивібратора, а не паралельно колекторно-емітерному переходу транзистора мультивібратора.
Для підключення до мультивібратора високоомної динамічної головкибуферний каскад не потрібний. Головка підключається замість одного із колекторних резисторів. Повинна виконуватися єдина умова - струм, що йде через динамічну голівку, не повинен перевищувати максимальний струм колектора транзистора.
Якщо ви хочете підключити до мультивібратора звичайні світлодіоди- зробити «мигалку», то для цього буферні каскади не потрібні. Їх можна підключити послідовно із колекторними резисторами. Пов'язано це з тим, що струм світлодіоду малий, і падіння напруги на ньому під час роботи не більше одного вольта. Тому вони не впливають на роботу мультивібратора. Правда це не стосується надяскравих світлодіодів, у яких і робочий струм вищий, і падіння напруги може бути від 3,5 до 10 вольт. Але в цьому випадку є вихід – збільшити напругу живлення та використовувати транзистори з великою потужністю, що забезпечує достатній струм колектора.
Зверніть увагу, що оксидні (електролітичні) конденсатори підключаються до плюсів колекторів транзисторів. Пов'язано це з тим, що на базах біполярних транзисторів напруга не піднімається вище 0,7 вольта щодо емітера, а в нашому випадку емітери – мінус живлення. А ось на колекторах транзисторів напруга змінюється майже від нуля до напруги джерела живлення. Оксидні конденсатори не здатні виконувати свою функцію під час їх підключення зворотною полярністю. Звичайно, якщо ви будете використовувати транзистори іншої структури (не N-P-N, a P-N-P структури), то крім зміни полярності джерела живлення, необхідно розгорнути світлодіоди катодами "вгору за схемою", а конденсатори - плюсами до баз транзисторів.
Розберемося тепер, які параметри елементів мультивібратора задають вихідні струми та частоту генерації мультивібратора?
На що впливають номінали колекторних резисторів? Я зустрічав у деяких бездарних інтернет-статтях, що номінали колекторних резисторів незначно, але впливають на частоту мультивібратора. Все це повна нісенітниця! При правильному розрахунку мультивібратора відхилення значень цих резисторів більш ніж у п'ять разів від розрахункового не змінить частоти мультивібратора. Головне, щоб їх опір було менше базових резисторів, тому що колекторні резистори забезпечують швидкий заряд конденсаторів. Проте, номінали колекторних резисторів є головними для розрахунку споживаної потужності від джерела живлення, значення якої не повинно перевищувати потужність транзисторів. Якщо розібратися, то при правильному підключенні вони навіть на вихідну потужністьмультивібратора прямого впливу не мають. А ось тривалість між перемикання (частота мультивібратора) визначається «повільним» перезарядом конденсаторів. Час перезаряду визначається номіналами RC ланцюжків – базових резисторів та конденсаторів (R2C1 та R3C2).
Мультивібратор, хоч і називається симетричним, це стосується лише схемотехніки його побудови, а виробляти він може як симетричні, так і не симетричні за тривалістю вихідні імпульси. Тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT1 визначається номіналами R3 та C2, а тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT2 визначається номіналами R2 та C1.
Тривалість перезаряджання конденсаторів визначається простою формулою, де Тау- Тривалість імпульсу в секундах, R- Опір резистора в Омах, З– ємність конденсатора у Фарадах:
Таким чином, якщо ви вже не забули написане у цій статті на пару абзаців раніше:
При рівності R2=R3і С1 = С2, на виходах мультивібратора буде "меандр" - прямокутні імпульси з тривалістю, що дорівнює паузам між імпульсами, який ви бачите на малюнку.
Повний період коливання мультивібратора – Tдорівнює сумі тривалостей імпульсу та паузи:
Частота коливань F(Гц) пов'язана з періодом Т(Сік) через співвідношення:
Як правило, в інтернеті якщо і є якісь розрахунки радіоланцюгів, то вони мізерні. Тому зробимо розрахунок елементів симетричного мультивібратора на прикладі .
Як і будь-які транзисторні каскади, розрахунок необхідно вести з кінця – виходу. А на виході у нас стоїть буферний каскад, потім стоять колекторні резистори. Колекторні резистори R1 та R4 виконують функцію навантаження транзисторів. На частоту генерації колекторні резистори ніякого впливу не мають. Вони розраховуються, виходячи з параметрів вибраних транзисторів. Отже, спочатку розраховуємо колекторні резистори, потім базові резистори, потім конденсатори, та був і буферний каскад.
Порядок та приклад розрахунку транзисторного симетричного мультивібратора
Вихідні дані:
Напруга живлення Uі.п. = 12 В.
Необхідна частота мультивібратора F = 0,2 Гц (Т = 5 секунд), причому тривалість імпульсу дорівнює 1 (однієї) секунді.
Як навантаження використовується автомобільна лампочка розжарювання на 12 вольт, 15 ват.
Як ви здогадалися, ми розраховуватимемо «мигалку», яка блиматиме один раз за п'ять секунд, а тривалість свічення – 1 секунда.
Вибираємо транзистори для мультивібратора. Наприклад, у нас є найпоширеніші за радянських часів транзистори КТ315Г.
Для них: Pmax = 150 мВт; Imax = 150 мА; h21>50.
Транзистори для буферного каскаду вибирають з струму навантаження.
Щоб не зображати схему двічі, я вже підписав номінали елементів на схемі. Їхній розрахунок наводиться далі в Рішенні.
Рішення:
1. Перш за все, необхідно розуміти, що робота транзистора при великих струмах у ключовому режимі є найбільш безпечною для самого транзистора, ніж робота в підсилювальному режимі. Тому розрахунок потужності для перехідного стану в моменти проходження змінного сигналу через робочу точку «В» статичного режиму транзистора — переходу з відкритого стану в закритий і назад проводити немає необхідності. Для імпульсних схем, побудованих на біполярних транзисторах, зазвичай розраховують потужність транзисторів, що у відкритому стані.
Спочатку визначимо максимальну потужність, що розсіюється транзисторів, яка повинна становити значення, на 20 відсотків менше (коефіцієнт 0,8) максимальної потужності транзистора, зазначеної в довіднику. Але навіщо нам заганяти мультивібратор у жорсткі рамки великих струмів? Та й від підвищеної потужності споживання енергії від джерела живлення буде більшим, а користі мало. Тому визначивши максимальну потужністьрозсіювання транзисторів, зменшимо їх у 3 разу. Подальше зниження потужності, що розсіюється, небажано тому, що робота мультивібратора на біполярних транзисторах в режимі слабких струмів – явище «не стійке». Якщо джерело живлення використовується не тільки для мультивібратора, або він не зовсім стабільний, буде плавати і частота мультивібратора.
Визначаємо максимальну потужність, що розсіюється: Рас.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150мВт = 120мВт
Визначаємо номінальну розсіювальну потужність: Pрас.ном. = 120/3 = 40мВт
2. Визначимо струм колектора у відкритому стані: Iк0 = Pрас.ном. / Uі.п. = 40мВт/12В = 3,3мА
Приймемо його за максимальний струм колектора.
3. Знайдемо значення опору та потужності колекторного навантаження: Rк.заг = Uі.п./Iк0 = 12В/3,3мА = 3,6 кОм
Вибираємо в номінальному ряді резистори максимально близькі до 3,6 кОм. У номінальному ряді резисторів є номінал 3,6 ком, тому попередньо вважаємо значення колекторних резисторів R1 і R4 мультивібратора: Rк = R1 = R4 = 3,6 кОм.
Потужність колекторних резисторів R1 і R4 дорівнює номінальній розсіюваної потужності транзисторів Pрас.ном. = 40 мВт. Використовуємо резистори потужністю, що перевищує зазначену Pрас.ном. - Типу МЛТ-0,125.
4. Перейдемо до розрахунку базових резисторів R2 та R3. Їх номінал знаходять, виходячи з коефіцієнта посилення транзисторів h21. При цьому, для надійної роботи мультивібратора значення опору має бути в межах: в 5 разів більше опору колекторних резисторів, і менше твору Rк * h21. Rmin = 3,6 * 5 = 18 кОм, а Rmax = 3,6 * 50 = 180 кОм
Таким чином, значення опорів Rб (R2 та R3) можуть перебувати в межах 18...180 кОм. Попередньо вибираємо середнє значення = 100 кОм. Але воно не остаточне, тому що нам необхідно забезпечити необхідну частоту мультивібратора, а як я писав раніше, частота мультивібратора залежить від базових резисторів R2 і R3, а також від ємності конденсаторів.
5. Обчислимо ємності конденсаторів С1 та С2 і при необхідності перерахуємо значення R2 та R3.
Значення ємності конденсатора С1 та опору резистора R2 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT2. Саме під час дії цього імпульсу наша лампочка має загорятися. А за умови було задано тривалість імпульсу 1 секунда.
визначимо ємність конденсатора: С1 = 1сек / 100кОм = 10 мкф
Конденсатор ємністю 10 мкФ є в номінальному ряді, тому він нас влаштовує.
Значення ємності конденсатора С2 та опору резистора R3 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT1. Саме під час дії цього імпульсу на колекторі VT2 діє пауза і наша лампочка не повинна світитися. А за умови був заданий повний період 5 секунд із тривалістю імпульсу 1 секунда. Отже, тривалість паузи дорівнює 5-1сек = 4 секунди.
Перетворивши формулу тривалості перезаряджання, ми визначимо ємність конденсатора: С2 = 4сек / 100кОм = 40 мкф
Конденсатор, ємністю 40 мкф відсутній у номінальному ряді, тому він нас не влаштовує, і ми візьмемо максимально близький до нього конденсатор ємністю 47 мкф. Але як ви розумієте, зміниться час «паузи». Щоб цього не сталося, ми перерахуємо опір резистора R3виходячи з тривалості паузи та ємності конденсатора С2: R3 = 4сек / 47 мкФ = 85 кОм
За номінальним рядом, найближче значення опору резистора дорівнює 82 кОм.
Отже, ми отримали номінали елементів мультивібратора:
R1 = 3,6 кОм, R2 = 100 кОм, R3 = 82 кОм, R4 = 3,6 кОм, С1 = 10 мкФ, С2 = 47 мкФ.
6. Розрахуємо номінал резистора R5 буферного каскаду.
Опір додаткового обмежувального резистора R5 для виключення впливу на мультивібратор вибирається не менше ніж у 2 рази більше опору колекторного резистора R4 (а в деяких випадках і більше). Його опір разом із опором емітерно-базових переходів VT3 і VT4 в цьому випадку не впливатиме на параметри мультивібратора.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 кОм
За номінальним рядом найближчий резистор дорівнює 7,5 кОм.
При номіналі резистора R5 = 7,5 кОм струм управління буферним каскадом дорівнюватиме:
Iупр. = (Uі.п. - Uбе) / R5 = (12в - 1,2в) / 7,5 кОм = 1,44 мА
Крім того, як я писав раніше, номінал колекторного навантаження транзисторів мультивібратора не впливає на його частоту, тому якщо у вас немає такого резистора, ви можете його замінити на інший «близький» номінал (5 … 9 кОм). Краще, якщо це буде у бік зменшення, щоб не було падіння струму, що управляє, на буферному каскаді. Але врахуйте, що додатковий резистор є додатковим навантаженням транзистора VT2 мультивібратора, тому струм, що йде через цей резистор, складається зі струмом колекторного резистора R4 і навантажувальний для транзистора VT2: Iобщ = Iк + Iупр. = 3,3мА + 1,44мА = 4,74мА
Загальне навантаження на колектор транзистора VT2 у межах норми. У разі перевищення максимального струму колектора вказаного за довідником і помноженого на коефіцієнт 0,8 , збільште опір R4 до достатнього зниження струму навантаження, або використовуйте потужніший транзистор.
7. Нам необхідно забезпечити струм на лампочці Iн = Рн/Uі.п. = 15Вт / 12В = 1,25 А
Але струм управління буферним каскадом дорівнює 1,44 мА. Струм мультивібратора необхідно збільшити на значення, що дорівнює відношенню:
Iн/Iупр. = 1,25А / 0,00144А = 870 разів.
Як це зробити? Для значного посилення вихідного струмувикористовують транзисторні каскади, побудовані за схемою «складеного транзистора». Перший транзистор зазвичай малопотужний (ми використовуватимемо КТ361Г), він має найбільший коефіцієнт посилення, а другий має забезпечувати достатній струм навантаження (візьмемо щонайменше поширений КТ814Б). Тоді їх коефіцієнти передачі h21 множаться. Так, у транзистора КТ361Г h21>50, а транзистора КТ814Б h21=40. А загальний коефіцієнт передачі цих транзисторів, включених за схемою складового транзистора: h21 = 50 * 40 = 2000. Ця цифра більша, ніж 870, тому цих транзисторів цілком достатньо для керування лампочкою.
Ну от, власне, і все!
