Андрей Смирнов
Время чтения: ~19 мин.
Просмотров: 0

Что такое мультивибратор и как он работает

Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора

Схема может находиться в одном из двух нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно. Фаза перехода очень короткая относительно длительности нахождения в состояниях благодаря глубокой положительной обратной связи, охватывающей два каскада усиления.

Пусть в состоянии 1 Q1 закрыт, Q2 открыт и насыщен, при этом C1 быстро заряжается током открытого базового перехода Q2 через R1 и Q2 почти до напряжения питания, после чего при полностью заряженном C1 через R1 ток прекращается, напряжение на C1 равно (ток базы Q2)·R2, а на коллекторе Q1 — напряжению питания.

При этом напряжение на коллекторе Q2 невелико (равно падению напряжения на насыщенном транзисторе).

C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии 2 (полярность по схеме), медленно разряжается через открытый Q2 и R3. При этом напряжение на базе Q1 отрицательно и этим напряжением он удерживается в закрытом состоянии. Запертое состояние Q1 сохраняется до того, пока C2 не перезарядится через R3 и напряжение на базе Q1 не достигнет порога его отпирания (около +0,6 В). При этом Q1 начинает приоткрываться, напряжение его коллектора снижается, что вызывает начало запирания Q2, напряжение коллектора Q2 начинает увеличиваться, что через конденсатор C2 ещё больше открывает Q1. В результате в схеме развивается лавинообразный регенеративный процесс, приводящий к тому, что Q1 переходит в открытое насыщенное состояние, а Q2 наоборот полностью запирается.

Далее колебательные процессы в схеме периодически повторяются.

Длительности нахождения транзисторов в закрытом состоянии определяются постоянными времени для Q2 — T2 = С1·R2, для Q1 — T1 = C2·R3.

Номиналы R1 и R4 выбираются намного меньшие, чем R3 и R2, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 была быстрее, чем разрядка через R3 и R2. Чем больше будет время зарядки конденсаторов, тем положе окажутся фронты импульсов. Но отношения R3/R1 и R2/R4 не должны быть больше, чем коэффициенты усиления соответствующих транзисторов, иначе транзисторы не будут открываться полностью.

Частота мультивибратора

Длительность одной из двух частей периода равна

t=ln⁡2⋅RC{\displaystyle t=\ln 2\cdot RC}

Длительность периода из двух частей равна:

T=t1+t2=ln⁡2⋅R2C1+ln⁡2⋅R3C2{\displaystyle T=t_{1}+t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}C_{1}+\ln 2\cdot R_{3}C_{2}}

f=1T=1ln⁡2⋅(R2C1+R3C2)≈10.693⋅(R2C1+R3C2){\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}\approx {\frac {1}{0.693\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}},

где

  • f — частота в Гц,
  • R2 и R3 — величины резисторов в омах,
  • C1 и C2 — величины конденсаторов в фарадах,
  • T — длительность периода (в данном случае, сумма двух частей периода).

В особом случае, когда

  • t1 = t2 (50 % цикл),
  • R2 = R3,
  • C1 = C2,

f=1T=1ln⁡2⋅2RC≈0.721RC{\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot 2RC}}\approx {\frac {0.721}{RC}}}

Моностабильный

Рисунок 2: Базовый моностабильный мультивибратор BJT

В моностабильном мультивибраторе одна резистивно-емкостная цепь (C 2 -R 3 на рисунке 1) заменена резистивной цепью (просто резистором). Схема может быть представлена ​​как 1/2 . Напряжение коллектора Q2 является выходом схемы (в отличие от , она имеет идеальную прямоугольную форму волны, поскольку выход не нагружен конденсатором).

При срабатывании входного импульса моностабильный мультивибратор на какое-то время переключается в нестабильное положение, а затем возвращается в стабильное состояние. Период времени, в течение которого моностабильный мультивибратор остается в нестабильном состоянии, определяется как t  = ln (2) R 2 C 1 . Если повторное применение входного импульса поддерживает контур в неустойчивом состоянии, это называется перезапускаемым одновибратором. Если дальнейшие триггерные импульсы не влияют на период, схема представляет собой мультивибратор без повторного запуска.

Для схемы на Рисунке 2 в стабильном состоянии Q1 выключен, а Q2 включен. Он запускается нулевым или отрицательным входным сигналом, подаваемым на базу Q2 (с таким же успехом его можно запускать, подавая положительный входной сигнал через резистор на базу Q1). В результате схема переходит в описанное выше. По истечении времени он возвращается в свое стабильное исходное состояние.

Моностабильный с использованием операционного усилителя

моностабильный мультивибратор на ОУ

Схема полезна для генерации одиночного выходного импульса регулируемой длительности в ответ на сигнал запуска. Ширина выходного импульса зависит только от внешних компонентов, подключенных к операционному усилителю. Диод D1 ограничивает напряжение конденсатора до 0,7 В, когда на выходе + Vsat. Предположим, что в стабильном состоянии выход Vo = + Vsat. Диод D1 ограничивает конденсатор до 0,7 В. Напряжение на неинвертирующем выводе через делитель потенциала будет + βVsat. Теперь отрицательный триггер с величиной V1 применяется к неинвертирующему выводу, так что эффективный сигнал на этом выводе меньше 0,7 В. Затем выходное напряжение переключается с + Vsat на -Vsat. Теперь диод будет смещен в обратном направлении, и конденсатор начнет экспоненциально заряжаться до -Vsat через R. Напряжение на неинвертирующем выводе через делитель потенциала будет-βVsat. Через некоторое время конденсатор заряжается до напряжения более — βVsat. Напряжение на неинвертирующем входе теперь больше, чем на инвертирующем входе, и выход операционного усилителя снова переключается на + Vsat. Конденсатор разряжается через резистор R и снова заряжается до 0,7 В.

Ширина импульса T моностабильного мультивибратора рассчитывается следующим образом: Общее решение для RC-цепи нижних частот:

Vознак равноVж+(Vя-Vж)е-трC{\ displaystyle V_ {o} = V_ {f} + (V_ {i} -V_ {f}) e ^ {- t / RC}}

где и — прямое напряжение диода. Следовательно,
Vжзнак равно-VСуббота{\ displaystyle V_ {f} = — V _ {\ text {sat}}}Vязнак равноVd{\ displaystyle V_ {i} = V_ {d}}

Vcзнак равно-VСуббота+(Vd+VСуббота)е-трC{\ displaystyle V_ {c} = — V _ {\ text {sat}} + (V_ {d} + V _ {\ text {sat}}) e ^ {- t / RC}}

в ,
тзнак равноТ{\ displaystyle t = T}

Vcзнак равно-βVСуббота{\ displaystyle V_ {c} = — \ beta V _ {\ text {sat}}}
-βVСубботазнак равно-VСуббота+(Vd+VСуббота)е-ТрC{\ displaystyle — \ beta V _ {\ text {sat}} = — V _ {\ text {sat}} + (V_ {d} + V _ {\ text {sat}}) e ^ {- T / RC}}

после упрощения,

Тзнак равнорCпер⁡(1+VdVСуббота1-β){\ displaystyle T = RC \ ln \ left ({1 + V_ {d} / V _ {\ text {sat}} \ over 1- \ beta} \ right)}

где βзнак равнор2р1+р2{\ Displaystyle \ бета = {R2 \ над R1 + R2}}

Если и так то , то
VСуббота>>Vd{\ displaystyle V _ {\ text {sat}} >> V_ {d}}р1знак равнор2{\ Displaystyle R1 = R2}βзнак равно0,5{\ displaystyle \ beta = 0,5}Тзнак равно0,69рC{\ displaystyle T = 0.69RC}

Текст

О П И С А Н И Е 292222ИЗОБЕЕТ ЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Салюс Соеетскиз Социалистическил РеспубликЗависимое от авт, свидетельства М МПК Н 03 с 3/281 Заявлено 1.И.1969 ( 1339138/26-9) ни,до присоединением за Комитет по делам изобретений и открытиЯ при Совете Министров СССРриори ДК 621,373,43 (088.8) публиковапо 06.1,1971, Бюллетень Лр Дата опубликования исания 2.1 П.1971 Авторизобретения годухо 3 аявител УЛЬТИВИБРАТОР С РЕГУЛИРУЕ ЧАСТОТОЙ Известны мультивибраторы на транзисторах, в которых регулирование частоты осуществляется путем изменения зарядного токаконденсаторов с помощью дополнительно подключенных к ним триодов.Недостатком этих мультивибраторов является сильная зависимость частоты от колебаний температуры, что требует принятияспециальных мер по термостабилизации, и ограниченный диапазон регулирования частоты.Целью изобретения является расширениедиапазона регулирования частоты.Это достигается тем, что базы основныхтриодов соединены с источником управляющего напряжения через стабилитроны и коллектор-эмиттерные переходы управляющихтриодов, базы которых через резисторы подключены к коллекторам триодов усилительных каскадов,На чертеже изображена принципиальнаясхема предлагаемого мультивибратора с регулируемой частотой.Мультивибратор содержит генерирующиетранзисторы 1, 2; транзисторы 3, 4, способствующие быстрой зарядке конденсаторов,транзисторы 5, б, выполняющие роль усилителей импульсов; отсекающие транзисторы 7,8, подключающие источник напряжения управления У, только к запертым транзисторам1 или 2, устраняя влияние напряжения управления на степень насыщения этих транзисторов; времязадающие конденсаторы 9, 10; времязадающие сопротивления 11 — 14; кремниевые стабилитроны 15, 1 б; диоды 17, 18, 5 отсекающие цепи управления от нагрузки;развязывающие диоды 19, 20, дающие возможность заряжаться конденсаторам 9, 10 до величины напряжения питания Ь сопротивления 21 — 24.10 При К.=О транзистор 1 открывается, атранзистор 2 запирается. В это время транзистор б открыт, а транзисторы 5, 7 и 8 заперты.Времязадающий конденсатор 10 заряжает ся через открытый транзистор 4 и низкоомное сопротивление 22. Конденсатор 9 разряжается. При разряде его до нуля схема перебрасывается в другое состояние. Мультивибратор генерирует импульсы низкой частоты.20 Схема симметрична. Если увеличить напряжение управления, топри открывании транзистора 1 и запирании транзистора 2 транзистор 7 заперт, а транзи стор 8 переходит в насыщенное состояние.Транзистор 7 закрыт, так как заперт транзистор 5.В первый момент конденсатор 9 быстроразряжается через стабилитрон 1 б, времяза дающее сопротивление 14 и насыщенный292222 Предмет изобретения хаа Вьи Составитель А. Мерман Редактор А. В. Корнеев Техред А. А, Камышникова Корректоры: Т. А. Абрамова,А, Николаева и Л. КорогодЗаказ 356/14 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д, 4,;5 Типография, пр. Сапунова, 2 транзистор 8, а после запирания стабилитрона 1 б разряжается более медленно до нуля через времязадающее сопротивление 11.Минимальная частота рабочего диапазона регулирования определяется величиной К, достаточной для перевода транзисторов 7 и 8 в насыщенное состояние. Эта величина равна примерно 1 в.Зависимость частота — угол поворота потенциометра управления можно приблизить к линейной, если использовать потенциометр с экспоненциальной характеристикой. Диоды 17, 18 препятствуют протеканию тока управления в цепь нагрузки при запертых импульсных усилителях 5, 6,Частота регулируется посредством изменения разрядного тока конденсаторов. Мультивибратор с регулируемой частотойимпульсов, содержащий основные генерирую 5 щие триоды с времязадающими емкостнымицепями и дополнительными триодами, эмиттеры которых через полупроводниковые диоды,а базы непосредственно подключены к коллекторам основных триодов, и выходные уси 10 лительпые каскады, отличающийся тем, что, сцелью расширения диапазона регулированиячастоты, базы основных триодов соединены систочником управляющего напряжения черезстабилитроны и коллектор-эмиттерные пере 15 ходы управляющих триодов, базы которыхчерез резисторы подключены к коллекторамтриодов усилительных каскадов,

Смотреть

Симметричный мультивибратор

Эквивалентные схемы цепей заряда конденсаторов связи мультивибратора с анодной связью.| Схема мультивибратора, работающего в режиме автоколебаний, рассчитанного в примере 8 — 4.

Рассчитать симметричный мультивибратор, работающий в режиме автоколебаний ( рис. 8 — 27) налампебЛ), длительность селекторного импульса которого составляет 50 мксек.

Схема симметричного мультивибратора ( рис. 12.3) представляет собой двухкаскадный усилитель напряжения с емкостной связью, в котором создана положительная обратная связь за счет соединения выходных и входных зажимов.

Синхронизация симметричного мультивибратора, в зависимости от способа подачи синхронизирующего напряжения, возможна при четных и при нечетных коэффициентах деления. В обоих случаях синхронизируются как весь период, так и его отдельные части.

Расчет симметричного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями ( рис. 8 — 7) производят следующим образом.

В симметричном мультивибраторе при С — С2 С и Rs R52Ro длительности полупериодов одинаковы.

В симметричном мультивибраторе транзисторы, сопротивления резисторов в цепях коллекторов и баз, а также емкости конденсаторов С3 и С2 одинаковы. Устойчивое состояние схемы, при котором оба транзистора отперты, невозможно. Всякое изменение одного из токов или напряжений ведет к лавинообразному процессу, в результате которого один из транзисторов запирается, а другой отпирается. Время пребывания схемы в этом состоянии определяется постоянной времени цепи разряда конденсатора С2 или Сз. Когда напряжение на конденсаторе достигнет нулевого значения, один транзистор отпирается, а другой запирается. Процесс этот повторяется, при этом амплитуда импульсов на коллекторах транзисторов близка к напряжению источника питания.

Схемы синхронизации симметричного мультивибратора при.| Временные диаграммы импульсного делителя с малой скважностью при делении частоты следования коротких импульсов.

Зовы синхронизации симметричного мультивибратора, построенные по уравнениям ( 16 — 17) — ( 16 — 20), показаны на рис. 16.8 а.

Зоны синхронизации ( п 1, 2, 3, 4 импульсного делителя с малой скважностью при делении частоты следования. а — коротких импульсов

б — прямоугольник импульсов.

При синхронизации симметричного мультивибратора синусоидальными колебаниями лучше всего в цепи управления подавать синфазные сигналы ( рис. 16.6 а), если необходимо получить четный коэффициент деления, и противофазные сигналы ( рис. 16.6 6), если необходимо получить нечетный коэффициент деления. Для рассмотрения каждого случая удобно представить напряжение в цепях управления в виде, показанном на рис. 16.9 а и б, где, с учетом принятой ранее идеализации, изображены оба полупериода мультивибратора на одной временной диаграмме.

Осцилляторные схемы симметричных мультивибраторов.

Осцилляторные схемы симметричных мультивибраторов на транзисторах и лампах ( рис. 17.4) получены при замене одного из времяза-дающих конденсаторов мультивибратора кварцевым резонатором.

Рассмотрим работу симметричного мультивибратора, изображенного на рис. 5.50. Схема мультивибратора представляет собой двухкаскадный усилитель, замкнутый петлей положительной обратной связи.

Рассмотрим работу симметричного мультивибратора, как наиболее простого. Так как схема симметричная, то можно предположить, что после ее включения токи в транзисторах и напряжения на конденсаторах достигнут одинаковой величины и мультивибратор будет находиться в равновесии.

Особенности подбора деталей

Разные схемы от разных авторов имеют различные номиналы радиоэлементов. И начинающий любитель радио (да и более опытные иногда) пребывает в растерянности — что конкретно туда паять чтоб не пришлось потом по 10 раз перепаивать при настройке?

Я провёл ряд экспериментов и результатами сейчас буду делиться далее:

Транзисторы. Любые N-P-N с высоким коэффициентом усиления

Не важно какие именно — брал наугад импортные из большой коробки даже не читая маркировку. Просто прикидывал мультиметром в диодном режиме прозвонки его структуру (переходы от базы к коллектору и к эмиттеру должны звониться как диоды)

Работали все.

Конденсаторы. Если нужно быстрое перемигивание — ставьте на 10 мкФ, если медленнее — 50 мкФ. Слишком большую ёмкость брать не стоит, может вообще перестать работать. Но гораздо удобнее настраивать частоту миганий подбирая…

Резисторы. Поставить базовые резисторы можете от 10 кОм, но тогда конденсаторы будут разряжаться быстро и соответственно быстро мигать. Чтоб замедлить это дело выгоднее не конденсаторы увеличивать, а сопротивления. Поставьте на 300 кОм и будет вам счастье.

Схема ждущего мультивибратора и принцип её работы

Наиболее распространённой схемой ждущего мультивибратора является схема на основе биполярных транзисторов с эмиттерной связью между ними. Данная схема представлена на рисунке ниже.

Схема ждущего мультивибратора.

В данной схеме в качестве активных элементов используются транзисторы VT1 и VT2, резисторы R1 и R2 предназначены для установления режима работы транзистора VT1. Резисторы R3 и R6 – коллекторные нагрузки транзисторов, конденсатор C2 и резистор R5 используются для задания параметров импульса, через резистор R4 осуществляется обратная связь по току, конденсатор C1 – элемент цепи запуска ждущего мультивибратора.

Для понимания работы ждущего мультивибратора ниже представлены временные диаграммы его работы.



Временные диаграммы работы ждущего мультивибратора.

При подаче питания на мультивибратор в нём устанавливается начальный режим работы, при котором транзистор VT1 закрыт, а VT2 находится в состоянии насыщения (открыт). Это достигается при помощи элементов цепей питания транзистора VT1 (резисторы R1, R2, R3 и R4). При этом на выходе мультивибратора присутствует небольшой постоянный уровень напряжения, который определяется в основном резистором R4.

Для того что бы ждущий мультивибратор запустился необходимо на его вход через конденсатор C1 подать импульс тока. Конденсатор C1 предназначен для формирования короткого импульса запуска с крутым фронтом. В результате поступления импульса запуска на базу транзистора VT1 в схеме начинает происходить лавинообразный процесс выработки импульса в следующем порядке: через открытый транзистор VT1 и резистор R5 начинает заряжаться конденсатор C2. Так как R5C2 является дифференцирующей цепочкой, то в момент начала заряда конденсатора на базе VT2 резко уменьшится потенциал, а, следовательно, транзистор закроется и на выходе схемы появится уровень напряжения примерно равный напряжению питания. После зарядки конденсатора C2 до уровня отпирания VT2, транзистор откроется и на выходе мультивибратора установится исходное напряжение. Параметры сформированного импульса полностью определятся параметрами схемы и вычисляются по тем же самым формулам, что и для автогенераторного мультивибратора.

Мультивибратор в автоколебательном режиме

На рисунке 1 показана наиболее распространенная схема мультивибратора на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями, на рисунке 2 — графики, поясняющие принцип его работы.

Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов на резиках. Выход каждого каскада соединен со входом другого каскада через кондеры С1 и С2.

Рис. 1 — Мультивибратор на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями

Мультивибратор, у которого транзисторы идентичны, а параметры симметричных элементов одинаковы, называется симметричным

Обе части периода его колебаний равны и скважность равна 2. Если кто забыл, что такое скважность, напоминаю: скважность — это отношение периода повторения к длительности импульса Q=Tи /tи

Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения. Так вот, если имеются различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным.

Мультивибратор в автоколебательном режиме имеет два состояния квазиравновесия, когда один из транзисторов находится в режиме насыщения, другой — в режиме отсечки и наоборот. Эти состояния не устойчивые. Переход схемы из одного состояния в другое происходит лавинообразно из-за глубокой ПОС.

Рис. 2 — Графики, поясняющие работу симметричного мультивибратора

Допустим, при включении питания транзистор VT1 открыт и насыщен током, проходящим через резик R3. Напряжение на его коллекторе минимально. Кондер С1 разряжается. Транзистор VT2 закрыт и кондер С2 заряжается. Напряжение на кондере С1 стремится к нулю, а потенциал на базе транзистора VT2 постепенно становится положительным и VT2 начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается и кондер С2 начинает разряжаться, транзистор VT1 закрывается. Далее процесс повторяется до бесконечности.

Параеметры схемы должны быть следующими: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Длительность импульсов определяется по формуле:

Период импульсов определяется:

Ну а чтобы определить частоту, надо единицу разделить на вот эту вот хренотень (см. чуть выше).

Выходные импульсы снимаются с коллектора одного из транзисторов, причем с какого именно — не важно. Другими словами, в схеме два выхода

Улучшение формы выходных импульсов мультивибратора, снимаемых с коллектора транзистора, может быть достигнуто включением разделительных (отключающих) диодов в цепи коллекторов, как показано на рисунке 3. Через эти диоды параллельно коллекторным нагрузкам подключены дополнительные резики Rд1 и Rд2 .

Рис. 3 — Мультивибратор с улучшенной формой выходных импульсов

В этой схеме после закрывания одного из транзисторов и понижения потенциалла коллектора подключенный к его коллектору диод также закрывается, отключая кондер от коллекторной цепи. Заряд кондера происходит через дополнительный резик Rд , а не через резик в коллекторной цепи, и потенциал коллектора запирающегося транзистора почти скачком становится равным Eк . Максимальная длительность фронтов импульсов в коллекторных цепях определяется в основном частотными свойствами транзисторов.

Такая схема позволяет получить импульсы почти прямоугольной формы, но её недостатки заключаются в более низкой максимальной скважности и невозможностью плавной регулировки периода колебаний. На рисунке 4 приведена схема быстродействующего мультивибратора, обеспечивающая высокую частоту автоколебаний

На рисунке 4 приведена схема быстродействующего мультивибратора, обеспечивающая высокую частоту автоколебаний.

Рис. 4 — Быстродействующий мультивибратор

В этой схеме резики R2, R4 подключены параллельно кондерам С1 и С2, а резики R1, R3 ,R4, R6 образуют делители напряжения, стабилизирующие потенциал базы открытого транзистора (при токе делителя, большем тока базы). При переключении мультивибратора ток базы насыщенного транзистора изменяется более резко, чем в ранее рассмотренных схемах, что сокращает время рассасывания зарядов в базе и ускоряет выход транзистора из насыщения.

Напряжение питания и ток

Спаяли. Заработало. А от чего питать? Мультивибратор начинает работать уже от 1,5 вольт (конечно с желтыми или красными светодиодами). То есть ограничение по нижнему пределу напряжения упирается в вольтаж LED элементов. И поставив белые светики потребуется питать уже от литиевого АКБ, так как 3 В (2 АА батареи) будет маловато. С ростом напряжения частота мигания замедляется — учитывайте этот момент.

Верхний предел напряжения определяется вольтажом конденсаторов и параметрами транзисторов, насколько они выдержат Uкэ. Что касается токоограничения — нет смысла вешать резистор на каждый из светодиодов — достаточно одного общего на 100 — 500 Ом по плюсу или минусу (без разницы) всей схемы. Проверено — отлично работает!

Потребление тока должно быть на уровне одного светодиода (ведь в каждый момент времени светится только один LED элемент, даже в шестифазном мультике). То есть если ставите светодиоды обычные на 5 мм — задавайте 5-10 мА, если мощные полуваттные — соответственно ток выставляйте на его паспортное значение — это около 100-200 мА.

Конечно можно собрать мигалку на микросхемах, контроллерах, где эффект будет даже с подвыподвертом, но есть ли смысл усложнять дело? Может ещё на радиолампах попробуете сделать? Как вам например мультивибратор на 6Н2П 🙂

В общем собирайте, проверяйте на макетной плате, паяйте и прокачивайте свой скилл электронщика, всем пока!

   Обсудить статью МУЛЬТИВИБРАТОР НА 3, 4, 5, 6 КАНАЛОВ

Расчет автоколебательного мультивибратора

Для расчёта автоколебательного мультивибратора необходимо задать некоторые исходные параметры: частота импульсов f (или период колебаний T = 1/f), длительность генерируемых импульсов ti, амплитуда импульса Um.

Для примера рассчитаем симметричный автоколебательный мультивибратор с частотой выходных импульсов fi = 1 МГц, амплитудой импульса Um = 5 В.

1.Определим напряжение источника питания ЕК

Выберем ЕК = 6 В

2.Определим тип транзисторов, которые должны соответствовать следующим значениям

Данным параметрам соответствует транзистор КТ315 со следующими характеристиками: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).

3.Определяем сопротивления R1 и R4 в коллекторных цепях транзисторов

где IK imax – максимально допустимый ток коллектора;

IKBO – максимально допустимый обратный ток коллектора.

Исходя из практических соображений для маломощных транзисторов выбирают RK больше (0,5 … 1) кОм, а для мощных транзисторов – не более (200 … 300) Ом.

Так как транзистор КТ315 маломощный, то выберем RK = 3,3 кОм.

4.Выбираем сопротивление резисторов R2, R3 в цепях баз транзисторов

Выберем R2 = R3 = Rb = 4,7 кОм

5.Выбираем ёмкость конденсаторов С1 и С2

В случае если ведётся расчёт для несимметричного мультивибратора с разной длительностью импульсов ti, то рассчитываются отдельно конденсаторы С1 и С2

Схемы генераторов световых и звуковых импульсов

На рис. 8, 9 показаны типовые схемы генераторов световых и звуковых импульсов, выполненные на транзисторах различного типа проводимости. Генераторы работоспособны в широком диапазоне питающих напряжений.

Рис. 8. Схема генератора световых импульсов, собранного на транзисторах.

Первый из них вырабатывает короткие вспышки света частотой единицы Гц, второй — импульсы звуковой частоты. Соответственно, первый генератор может быть использован в качестве маячка, светового метронома, второй — в качестве звукового генератора, частота колебаний которого зависит от положения ручки потенциометра R1. Эти генераторы можно объединить в единое целое.

Рис. 9. Схема генератора звуковых импульсов собранного на транзисторах.

Для этого достаточно один из генераторов включить в качестве нагрузки другого, либо параллельно ей. Например, вместо цепочки из светодиода HL1, R2 или параллельно ей (рис. 8) можно включить генератор по схеме на рис. 9. В итоге получится устройство периодической звуковой или светозвуковой сигнализации.

Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора

Схема может находиться в одном из двух нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно. Фаза перехода очень короткая относительно длительности нахождения в состояниях благодаря глубокой положительной обратной связи, охватывающей два каскада усиления.

Пусть в состоянии 1 Q1 закрыт, Q2 открыт и насыщен, при этом C1 быстро заряжается током открытого базового перехода Q2 через R1 и Q2 почти до напряжения питания, после чего при полностью заряженном C1 через R1 ток прекращается, напряжение на C1 равно (ток базы Q2)·R2, а на коллекторе Q1 — напряжению питания.

При этом напряжение на коллекторе Q2 невелико (равно падению напряжения на насыщенном транзисторе).

C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии 2 (полярность по схеме), медленно разряжается через открытый Q2 и R3. При этом напряжение на базе Q1 отрицательно и этим напряжением он удерживается в закрытом состоянии. Запертое состояние Q1 сохраняется до того, пока C2 не перезарядится через R3 и напряжение на базе Q1 не достигнет порога его отпирания (около +0,6 В). При этом Q1 начинает приоткрываться, напряжение его коллектора снижается, что вызывает начало запирания Q2, напряжение коллектора Q2 начинает увеличиваться, что через конденсатор C2 ещё больше открывает Q1. В результате в схеме развивается лавинообразный регенеративный процесс, приводящий к тому, что Q1 переходит в открытое насыщенное состояние, а Q2 наоборот полностью запирается.

Далее колебательные процессы в схеме периодически повторяются.

Длительности нахождения транзисторов в закрытом состоянии определяются постоянными времени для Q2 — T2 = С1·R2, для Q1 — T1 = C2·R3.

Номиналы R1 и R4 выбираются намного меньшие, чем R3 и R2, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 была быстрее, чем разрядка через R3 и R2. Чем больше будет время зарядки конденсаторов, тем положе окажутся фронты импульсов. Но отношения R3/R1 и R2/R4 не должны быть больше, чем коэффициенты усиления соответствующих транзисторов, иначе транзисторы не будут открываться полностью.

Частота мультивибратора

Длительность одной из двух частей периода равна

t=ln⁡2⋅RC{\displaystyle t=\ln 2\cdot RC}

Длительность периода из двух частей равна:

T=t1+t2=ln⁡2⋅R2C1+ln⁡2⋅R3C2{\displaystyle T=t_{1}+t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}C_{1}+\ln 2\cdot R_{3}C_{2}}

f=1T=1ln⁡2⋅(R2C1+R3C2)≈10.693⋅(R2C1+R3C2){\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}\approx {\frac {1}{0.693\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}},

где

  • f — частота в Гц,
  • R2 и R3 — величины резисторов в омах,
  • C1 и C2 — величины конденсаторов в фарадах,
  • T — длительность периода (в данном случае, сумма двух частей периода).

В особом случае, когда

  • t1 = t2 (50 % цикл),
  • R2 = R3,
  • C1 = C2,

f=1T=1ln⁡2⋅2RC≈0.721RC{\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot 2RC}}\approx {\frac {0.721}{RC}}}

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации