è un generatore di impulsi di forma pressoché rettangolare, realizzato sotto forma di elemento amplificatore con circuito a retroazione positiva. Esistono due tipi di multivibratori.
Il primo tipo sono multivibratori auto-oscillanti, che non hanno uno stato stazionario. Esistono due tipi: simmetrici: i suoi transistor sono gli stessi e anche i parametri degli elementi simmetrici sono gli stessi. Di conseguenza, le due parti del periodo di oscillazione sono uguali tra loro e il ciclo di lavoro è uguale a due. Se i parametri degli elementi non sono uguali, questo sarà già un multivibratore asimmetrico.
Il secondo tipo sono i multivibratori in attesa, che hanno uno stato di equilibrio stabile e sono spesso indicati come un singolo vibratore. L'uso di un multivibratore in vari dispositivi radioamatoriali è abbastanza comune.
Analizzeremo il principio di funzionamento utilizzando l'esempio del seguente schema.
È facile vedere che praticamente copia lo schema elettrico di un flip-flop simmetrico. L'unica differenza è che i collegamenti tra le unità di commutazione, sia dirette che inverse, sono realizzati in corrente alternata e non in corrente continua. Ciò cambia radicalmente le caratteristiche del dispositivo, poiché, rispetto a un trigger simmetrico, il circuito multivibratore non ha stati di equilibrio stabili in cui potrebbe trovarsi per lungo tempo.
Invece, ci sono due stati di equilibrio quasi stabile, grazie ai quali il dispositivo si trova rigorosamente in ciascuno di essi certo tempo. Ciascuno di questi periodi di tempo è determinato da processi transitori che si verificano nel circuito. Il funzionamento del dispositivo consiste in un costante cambiamento di questi stati, che è accompagnato dall'apparizione di una tensione in uscita, che ricorda molto una forma rettangolare.
In sostanza, un multivibratore simmetrico è un amplificatore a due stadi e il circuito è costruito in modo tale che l'uscita del primo stadio sia collegata all'ingresso del secondo. Di conseguenza, dopo che l'alimentazione è stata applicata al circuito, risulta necessariamente che uno di essi è aperto e l'altro è chiuso.
Supponiamo che il transistor VT1 sia aperto e si trovi in uno stato di saturazione con la corrente che scorre attraverso il resistore R3. Il transistor VT2, come menzionato sopra, è chiuso. Ora nel circuito ci sono processi associati alla ricarica dei condensatori C1 e C2. Inizialmente, il condensatore C2 è completamente scarico e, dopo la saturazione di VT1, viene gradualmente caricato attraverso il resistore R4.
Poiché il condensatore C2 devia la giunzione collettore-emettitore del transistor VT2 attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor VT1, la velocità della sua carica determina la velocità di variazione della tensione sul collettore VT2. Dopo che C2 è stato caricato, il transistor VT2 si chiude. La durata di questo processo (tempo di salita della tensione del collettore) può essere calcolata utilizzando la formula:
t1a = 2,3*R1*C1
Sempre nel funzionamento del circuito si verifica il secondo processo, associato alla scarica del condensatore C1 precedentemente caricato. La sua scarica avviene attraverso il transistor VT1, il resistore R2 e l'alimentatore. Quando il condensatore si scarica alla base di VT1, appare un potenziale positivo e inizia ad aprirsi. Questo processo termina dopo la scarica completa di C1. La durata di questo processo (impulso) è pari a:
t2a = 0,7*R2*C1
Dopo il tempo t2a, il transistor VT1 sarà chiuso e il transistor VT2 sarà in saturazione. Successivamente, il processo verrà ripetuto secondo uno schema simile e anche la durata degli intervalli dei seguenti processi può essere calcolata utilizzando le formule:
t1b = 2,3*R4*C2 E t2b = 0,7*R3*C2
Per determinare la frequenza di oscillazione di un multivibratore, vale la seguente espressione:
f = 1/(t2a+t2b)
Oscilloscopio USB portatile, 2 canali, 40 MHz....
Se guardi, tutta l'elettronica è composta da un gran numero di singoli mattoni. Questi sono transistor, diodi, resistori, condensatori, elementi induttivi. E da questi mattoni puoi aggiungere tutto ciò che vuoi.
Da un innocuo giocattolo per bambini che emette, ad esempio, il suono "miagolio", a un sistema di guida di missili balistici con testata multipla da otto megatoni.
Uno dei circuiti molto noti e spesso utilizzati in elettronica è un multivibratore simmetrico, che è un dispositivo elettronico che genera (genera) oscillazioni di forma che si avvicina a quella rettangolare.
Il multivibratore è assemblato su due transistor o circuiti logici con elementi aggiuntivi. In realtà, questo è un amplificatore a due stadi con un circuito positivo feedback(POS). Ciò significa che l'uscita del secondo stadio è collegata tramite un condensatore all'ingresso del primo stadio. Di conseguenza, l'amplificatore, grazie al feedback positivo, si trasforma in un generatore.
Affinché il multivibratore inizi a generare impulsi, è sufficiente collegare la tensione di alimentazione. I multivibratori possono essere simmetrico E asimmetrico.
La figura mostra un diagramma di un multivibratore simmetrico.
In un multivibratore simmetrico i valori degli elementi di ognuno dei due bracci sono esattamente gli stessi: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Se osservi la forma d'onda del segnale di uscita di un multivibratore simmetrico, è facile vedere che gli impulsi rettangolari e le pause tra di essi sono gli stessi nel tempo. t impulso ( te) = t pause ( t pag). I resistori nei circuiti del collettore dei transistor non influenzano i parametri dell'impulso e il loro valore viene selezionato in base al tipo di transistor utilizzato.
La frequenza di ripetizione dell'impulso di un tale multivibratore può essere facilmente calcolata utilizzando una semplice formula:
Dove f è la frequenza in hertz (Hz), C è la capacità in microfarad (uF) e R è la resistenza in kiloohm (kΩ). Ad esempio: C \u003d 0,02 uF, R \u003d 39 kOhm. Sostituiamo nella formula, eseguiamo azioni e otteniamo una frequenza nella gamma audio approssimativamente uguale a 1000 Hz, o meglio 897,4 Hz.
Di per sé, un tale multivibratore non è interessante, poiché produce un "pigolio" non modulato, ma se selezioniamo la frequenza di 440 Hz con gli elementi, e questa è la nota LA della prima ottava, otterremo un diapason in miniatura , con il quale puoi, ad esempio, accordare una chitarra durante un'escursione. L'unica cosa da fare è aggiungere un singolo stadio amplificatore a transistor e un altoparlante in miniatura.
I seguenti parametri sono considerati le caratteristiche principali del segnale di impulso:
Frequenza. Unità di misura (Hz) Hertz. 1 Hz è un'oscillazione al secondo. Le frequenze percepite dall'orecchio umano sono comprese tra 20 Hz e 20 kHz.
Durata dell'impulso. Misurato in frazioni di secondo: miglia, micro, nano, pico e così via.
Ampiezza. Nel multivibratore in esame non è prevista la regolazione dell'ampiezza. Nei dispositivi professionali vengono utilizzate sia la regolazione graduale che l'ampiezza uniforme.
ciclo di lavoro. Il rapporto tra il periodo (T) e la durata dell'impulso ( T). Se la durata dell'impulso è di 0,5 periodi, il duty cycle è due.
Sulla base della formula sopra, è facile calcolare un multivibratore per quasi tutte le frequenze, ad eccezione delle frequenze alte e ultra alte. Ci sono molti altri principi fisici al lavoro.
Affinché il multivibratore emetta diverse frequenze discrete, è sufficiente inserire un interruttore a due sezioni e da cinque a sei condensatori di capacità diverse, naturalmente gli stessi in ciascun braccio, e selezionare la frequenza richiesta utilizzando l'interruttore. Anche i resistori R2, R3 influiscono sulla frequenza e sul ciclo di lavoro e possono essere resi variabili. Ecco un altro circuito multivibratore con frequenza di commutazione regolabile.
Ridurre la resistenza dei resistori R2 e R4 al di sotto di un certo valore a seconda del tipo di transistor utilizzato può causare un errore di generazione e il multivibratore non funzionerà, quindi, in serie con i resistori R2 e R4, è possibile collegare un resistore variabile R3, che può selezionare la frequenza di commutazione del multivibratore.
L'applicazione pratica del multivibratore simmetrico è molto ampia. Tecnologia del computer a impulsi, apparecchiature di misurazione radio nella produzione di elettrodomestici. Molte apparecchiature mediche uniche sono costruite su circuiti basati sullo stesso multivibratore.
Grazie alla sua eccezionale semplicità e basso costo, il multivibratore ha trovato ampia applicazione nei giocattoli per bambini. Ecco un esempio di un lampeggiatore a LED convenzionale.
Con i valori dei condensatori elettrolitici C1, C2 e dei resistori R2, R3 indicati nel diagramma, la frequenza degli impulsi sarà di 2,5 Hz, il che significa che i LED lampeggeranno circa due volte al secondo. È possibile utilizzare il circuito proposto sopra e includere un resistore variabile insieme ai resistori R2, R3. Grazie a ciò sarà possibile vedere come cambierà la frequenza di lampeggio dei LED al variare della resistenza del resistore variabile. Puoi mettere condensatori di valori diversi e osservare il risultato.
Mentre ero ancora uno scolaro, ho assemblato un interruttore per ghirlande di alberi di Natale su un multivibratore. Tutto ha funzionato, ma quando ho collegato le ghirlande, il mio dispositivo ha iniziato a commutarle a una frequenza molto alta. Per questo motivo, nella stanza accanto, la TV iniziò a trasmettere con un rumore selvaggio e il relè elettromagnetico nel circuito crepitò come una mitragliatrice. Era sia gioioso (funziona!) che un po' spaventoso. I genitori erano indignati.
Un errore così fastidioso con cambi troppo frequenti non mi ha dato tranquillità. E ho controllato il circuito, e i condensatori al valore nominale erano quelli necessari. Non ne ho preso in considerazione solo uno.
I condensatori elettrolitici erano molto vecchi e secchi. La loro capacità era piccola e non corrispondeva affatto a quella indicata sulla loro custodia. A causa della bassa capacità, il multivibratore funzionava a una frequenza più alta e cambiava ghirlande troppo spesso.
A quel tempo non avevo strumenti in grado di misurare la capacità dei condensatori. Sì, e ho usato un tester con un puntatore e non un moderno multimetro digitale.
Pertanto, se il tuo multivibratore produce una frequenza sovrastimata, controlla prima i condensatori elettrolitici. Fortunatamente, ora puoi acquistare un tester per componenti radio universale per pochi soldi, con il quale puoi misurare la capacità di un condensatore.
Questa lezione sarà dedicata ad un argomento piuttosto importante e popolare, sui multivibratori e la loro applicazione. Se provassi a elencare solo dove e come vengono utilizzati i multivibratori simmetrici e asimmetrici auto-oscillanti, ciò richiederebbe un numero decente di pagine di libro. Forse non esiste una tale branca dell'ingegneria radio, dell'elettronica, dell'automazione, dell'impulso o informatica ovunque vengano utilizzati tali generatori. Questo tutorial fornirà alcune informazioni teoriche su questi dispositivi e, alla fine, fornirò alcuni esempi. uso pratico loro in relazione alla tua creatività
Multivibratore auto oscillante
I multivibratori sono chiamati dispositivi elettronici, generando oscillazioni elettriche di forma quasi rettangolare. Lo spettro delle oscillazioni generate dal multivibratore contiene molte armoniche - anche oscillazioni elettriche, ma multipli delle oscillazioni di frequenza fondamentali, che si riflette nel suo nome: "multi - many", "vibration - oscillate".
Considera il circuito mostrato in (Fig. 1a). Riconosci? Sì, questo è un circuito amplificatore a transistor a due stadi 3H con uscita per cuffie. Cosa succede se l'uscita di un tale amplificatore è collegata al suo ingresso, come mostrato dalla linea tratteggiata nel diagramma? Tra loro si verifica un feedback positivo e l'amplificatore si autoecciterà e diventerà un generatore di oscillazioni frequenza audio, e nei telefoni sentiremo suono basso... Con un tale fenomeno nei ricevitori e negli amplificatori, stanno decisamente combattendo, ma per i dispositivi che funzionano automaticamente risulta utile.
Riso. 1 L'amplificatore a due stadi coperto da feedback positivo diventa un multivibratore
Ora guarda (Fig. 1b). Su di esso vedi un circuito dello stesso amplificatore, coperto riscontro positivo , come in (Fig. 1, a), solo il suo contorno è leggermente cambiato. È così che vengono solitamente disegnati i circuiti dei multivibratori auto-oscillatori, cioè autoeccitati. L'esperienza è forse il metodo migliore per comprendere l'essenza dell'azione di un dispositivo elettronico. Lo hai dimostrato molte volte. E ora, per comprendere meglio il funzionamento di questo dispositivo universale - una macchina automatica, propongo di condurre un esperimento con esso. Puoi vedere un diagramma schematico di un multivibratore auto-oscillante con tutti i dati dei suoi resistori e condensatori in (Fig. 2, a). Montalo su una breadboard. I transistor devono essere a bassa frequenza (MP39 - MP42), poiché i transistor ad alta frequenza hanno una tensione di rottura molto piccola della giunzione dell'emettitore. Condensatori elettrolitici C1 e C2 - tipo K50 - 6, K50 - 3 o loro controparti importate per una tensione nominale di 10 - 12 V. La resistenza dei resistori può differire da quella indicata nel diagramma fino al 50%. È solo importante che i valori nominali dei resistori di carico R1, R4 e dei resistori di base R2, R3 siano possibilmente gli stessi. Per l'alimentazione, usa la batteria Krona o l'alimentatore. Nel circuito del collettore di uno qualsiasi dei transistor, accendere un milliamperometro (PA) per una corrente di 10 - 15 mA e collegare un voltmetro CC ad alta resistenza (PU) a una tensione fino a 10 V all'emettitore-collettore sezione dello stesso transistor Dopo aver verificato l'installazione e con particolare attenzione la polarità dell'accensione dei condensatori elettrolitici, collegare una fonte di alimentazione al multivibratore. Cosa mostrano i contatori? Milliamperometro - bruscamente aumentando a 8 - 10 mA, e quindi anche bruscamente diminuendo quasi a zero, la corrente del circuito del collettore del transistor. Il voltmetro, al contrario, diminuisce quasi fino a zero o aumenta fino alla tensione della fonte di alimentazione, la tensione del collettore. Cosa dicono queste misurazioni? Il fatto che il transistor di questo braccio del multivibratore funzioni in modalità di commutazione. La più grande corrente del collettore e allo stesso tempo la più piccola tensione sul collettore corrispondono allo stato aperto, e la più piccola corrente e la più grande tensione del collettore corrispondono allo stato chiuso del transistor. Il transistor del secondo braccio del multivibratore funziona esattamente allo stesso modo, ma, come si suol dire, con sfasamento di 180° : quando uno dei transistor è aperto, l'altro è chiuso. È facile verificarlo includendo lo stesso milliamperometro nel circuito collettore del transistor del secondo braccio del multivibratore; le frecce degli strumenti di misura devieranno alternativamente dai segni zero delle scale. Ora, usando un orologio con la lancetta dei secondi, conta quante volte al minuto i transistor passano da aperti a chiusi. Circa 15 - 20 volte Questo è il numero di oscillazioni elettriche generate dal multivibratore al minuto. Pertanto, il periodo di un'oscillazione è di 3 - 4 s. Continuando a seguire la freccia del milliamperometro, prova a rappresentare graficamente queste fluttuazioni. Sull'asse orizzontale delle ordinate, traccia su una certa scala gli intervalli di tempo in cui il transistor si trova negli stati aperto e chiuso, e lungo l'asse verticale, la corrente del collettore corrispondente a questi stati. Otterrai approssimativamente lo stesso grafico di quello mostrato in Fig. 2b.
Riso. 2 Schema di un multivibratore simmetrico (a) e impulsi di corrente da esso generati (b, c, d).
Quindi, può essere considerato tale il multivibratore genera oscillazioni elettriche di forma rettangolare. In un segnale multivibratore, indipendentemente dall'uscita da cui viene prelevato, è possibile distinguere gli impulsi di corrente e le pause tra di essi. L'intervallo di tempo dal momento in cui appare un singolo impulso di corrente (o tensione) fino a quando appare l'impulso successivo della stessa polarità è solitamente chiamato periodo di ripetizione dell'impulso T, e il tempo tra gli impulsi con una durata della pausa Tn - Multivibratori che generano impulsi la cui durata Tn è uguale alle pause tra di loro sono chiamate simmetriche . Pertanto, il multivibratore esperto che hai assemblato - simmetrico. Sostituire i condensatori C1 e C2 con altri condensatori da 10 a 15 uF. Il multivibratore è rimasto simmetrico, ma la frequenza delle oscillazioni da esso generate è aumentata di 3-4 volte - fino a 60-80 per 1 minuto, o, che è lo stesso, fino a una frequenza di circa 1 Hz. Le frecce degli strumenti di misura hanno appena il tempo di seguire i cambiamenti di correnti e tensioni nei circuiti dei transistor. E se i condensatori C1 e C2 vengono sostituiti con capacità di carta di 0,01 - 0,05 microfarad? Come si comporteranno ora le frecce degli strumenti di misura? Dopo aver deviato dai segni zero della bilancia, si fermano. Forse la generazione è rotta? NO! È solo che la frequenza di oscillazione del multivibratore è aumentata a diverse centinaia di hertz. Queste sono fluttuazioni nella gamma di frequenze audio, che i dispositivi DC non possono più correggere. È possibile rilevarli utilizzando un frequenzimetro o cuffie collegate tramite un condensatore con una capacità di 0,01 - 0,05 microfarad a una qualsiasi delle uscite del multivibratore o collegandole direttamente al circuito del collettore di uno qualsiasi dei transistor anziché a un resistore di carico. Sui telefoni sentirai un suono di tono basso. Qual è il principio di funzionamento di un multivibratore? Torniamo allo schema di Fig. 2, un. Al momento dell'accensione, i transistor di entrambi i bracci del multivibratore si aprono, poiché alle loro basi vengono applicate tensioni di polarizzazione negative attraverso i corrispondenti resistori R2 e R3. Allo stesso tempo, i condensatori di accoppiamento iniziano a caricarsi: C1 - attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor V2 e il resistore R1; C2 - attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor V1 e del resistore R4. Questi circuiti di carica dei condensatori, essendo partitori di tensione dell'alimentatore, creano sulle basi dei transistor (rispetto agli emettitori) tensioni negative che aumentano di valore, tendendo ad aprire sempre di più i transistor. L'apertura di un transistor provoca la caduta della tensione negativa al suo collettore, che provoca la caduta della tensione negativa alla base dell'altro transistor, spegnendolo. Tale processo si verifica immediatamente in entrambi i transistor, tuttavia, solo uno di essi si chiude, sulla base del quale una tensione positiva più elevata, ad esempio, a causa della differenza nei coefficienti di trasferimento di corrente h21e dei valori nominali del resistore e del condensatore. Il secondo transistor rimane aperto. Ma questi stati dei transistor sono instabili, perché i processi elettrici nei loro circuiti continuano. Supponiamo che dopo un po 'di tempo dall'accensione, il transistor V2 sia chiuso e il transistor V1 sia aperto. Da questo momento, il condensatore C1 inizia a scaricarsi attraverso il transistor aperto V1, la cui resistenza della sezione emettitore-collettore è bassa in questo momento, e il resistore R2. Man mano che il condensatore C1 si scarica, la tensione positiva alla base del transistore chiuso V2 diminuisce. Non appena il condensatore è completamente scarico e la tensione alla base del transistor V2 si avvicina allo zero, nel circuito del collettore di questo transistor che si sta aprendo appare una corrente, che agisce attraverso il condensatore C2 sulla base del transistor V1 e abbassa la tensione negativa su di esso. Di conseguenza, la corrente che scorre attraverso il transistor V1 inizia a diminuire e, al contrario, aumenta attraverso il transistor V2. Ciò fa sì che il transistor V1 si spenga e il transistor V2 si accenda. Ora il condensatore C2 inizierà a scaricarsi, ma attraverso il transistor aperto V2 e il resistore R3, che alla fine porta all'apertura del primo e alla chiusura del secondo transistor, ecc. I transistor interagiscono continuamente, per cui il multivibratore genera oscillazioni elettriche. La frequenza di oscillazione del multivibratore dipende sia dalla capacità dei condensatori di accoppiamento, che hai già verificato, sia dalla resistenza dei resistori di base, come puoi vedere adesso. Prova, ad esempio, a sostituire i resistori di base R2 e R3 con resistori ad alta resistenza. La frequenza di oscillazione del multivibratore diminuirà. Al contrario, se le loro resistenze sono inferiori, la frequenza di oscillazione aumenterà. Un'altra esperienza: scollegare i terminali superiori (secondo lo schema) dei resistori R2 e R3 dal conduttore negativo della fonte di alimentazione, collegarli insieme e tra loro e il conduttore negativo accendere un resistore variabile con una resistenza di 30 - 50 kOhm con un reostato. Ruotando l'asse del resistore variabile, è possibile modificare la frequenza di oscillazione dei multivibratori entro un intervallo abbastanza ampio. La frequenza di oscillazione approssimativa di un multivibratore simmetrico può essere calcolata utilizzando la seguente formula semplificata: F = 700 / (RC), dove f è la frequenza in hertz, R è la resistenza dei resistori di base in kiloohm, C è la capacità del condensatori di accoppiamento in microfarad. Usando questa formula semplificata, calcola quali frequenze ha generato il tuo multivibratore. Torniamo ai dati iniziali dei resistori e dei condensatori del multivibratore sperimentale (secondo lo schema di Fig. 2, a). Sostituire il condensatore C2 con un condensatore con una capacità di 2 - 3 μF, accendere un milliamperometro nel circuito del collettore del transistor V2, seguendo la sua freccia, rappresentare graficamente le fluttuazioni di corrente generate dal multivibratore. Ora la corrente nel circuito del collettore del transistor V2 apparirà in impulsi più brevi rispetto a prima (Fig. 2, c). La durata degli impulsi Th sarà all'incirca tante volte inferiore alle pause tra gli impulsi Th, di quanto è diminuita la capacità del condensatore C2 rispetto alla sua capacità precedente. E ora trasforma lo stesso (o tale) milliamperometro nel circuito del collettore del transistor V1. Cosa mostra il contatore? Anche impulsi di corrente, ma la loro durata è molto più lunga delle pause tra di loro (Fig. 2, d). Quello che è successo? Riducendo la capacità del condensatore C2, hai violato la simmetria dei bracci del multivibratore: è diventato asimmetrico . Pertanto, le vibrazioni generate da esso sono diventate asimmetrico : nel circuito collettore del transistor V1, la corrente appare in impulsi relativamente lunghi, nel circuito collettore del transistor V2, in impulsi brevi. Dall'uscita 1 di un tale multivibratore, è possibile prelevare brevi impulsi di tensione e dall'uscita 2 - lunghi. Scambiare temporaneamente i condensatori C1 e C2. Ora gli impulsi di tensione brevi saranno all'uscita 1 e gli impulsi di tensione lunghi all'uscita 2. Conta (in base all'orologio con una lancetta dei secondi) quanti impulsi elettrici al minuto genera questa versione del multivibratore. Circa 80. Aumentare la capacità del condensatore C1 collegando in parallelo un secondo condensatore elettrolitico con una capacità di 20 - 30 microfarad. La frequenza di ripetizione degli impulsi diminuirà. E se, al contrario, la capacità di questo condensatore si riduce? La frequenza di ripetizione dell'impulso dovrebbe aumentare. Esiste, tuttavia, un altro modo per regolare la frequenza di ripetizione dell'impulso - modificando la resistenza del resistore R2: con una diminuzione della resistenza di questo resistore (ma non inferiore a 3 - 5 kOhm, altrimenti il transistor V2 sarà aperto tutto il tempo e il processo auto-oscillante verranno interrotti), la frequenza di ripetizione dell'impulso dovrebbe aumentare e, al contrario, diminuire con un aumento della sua resistenza. Dai un'occhiata empiricamente - è così? Scegli un resistore di valore tale che il numero di impulsi in 1 minuto sia esattamente 60. L'ago del milliamperometro oscillerà a una frequenza di 1 Hz. Il multivibratore in questo caso diventerà, per così dire, un orologio elettronico che conta i secondi.
Multivibratore in attesa
Un tale multivibratore genera impulsi di corrente (o tensione) quando i segnali di attivazione vengono applicati al suo ingresso da un'altra sorgente, ad esempio da un multivibratore auto-oscillante. Per trasformare il multivibratore auto-oscillante, con il quale hai già condotto esperimenti in questa lezione (secondo lo schema di Fig. 2, a), in un multivibratore in attesa, devi fare quanto segue: rimuovere il condensatore C2 e al suo posto, collegare un resistore tra il collettore del transistor V2 e la base del transistor V1 (in Fig. 3 - R3) con una resistenza di 10 - 15 kOhm; tra la base del transistor V1 e il conduttore di terra, collegare un elemento collegato in serie 332 (G1 o un'altra sorgente di tensione costante) e un resistore con una resistenza di 4,7 - 5,1 kOhm (R5), ma in modo che il polo positivo del l'elemento è collegato alla base (tramite R5); collegare un condensatore (in Fig. 3 - C2) con una capacità di 1 - 5 mila pF al circuito di base del transistor V1, la cui seconda uscita fungerà da contatto per il segnale di controllo in ingresso. Lo stato iniziale del transistor V1 di un tale multivibratore è chiuso, il transistor V2 è aperto. Controlla: è vero? La tensione sul collettore di un transistor chiuso dovrebbe essere vicina alla tensione della fonte di alimentazione e sul collettore di un transistor aperto non dovrebbe superare 0,2 - 0,3 V. , accendere tra il contatto Uin e il conduttore messo a terra, letteralmente per un momento, uno o due elementi 332 collegati in serie (nello schema GB1) o una batteria 3336L. Basta non confondere: il polo negativo di questo esterno segnale elettrico deve essere collegato al contatto Uin. In questo caso, la freccia del milliamperometro dovrebbe deviare immediatamente al valore della corrente più alta del circuito del collettore del transistor, congelarsi per un po 'e quindi tornare alla sua posizione originale per attendere il segnale successivo. Ripeti questa esperienza più volte. Il milliamperometro con ciascun segnale mostrerà un aumento istantaneo a 8 - 10 mA e dopo un po 'anche la corrente del collettore del transistor V1 diminuirà istantaneamente quasi a zero. Questi sono singoli impulsi di corrente generati da un multivibratore. E se la batteria GB1 è più lunga da tenere collegata al morsetto Uin. Accadrà la stessa cosa degli esperimenti precedenti: all'uscita del multivibratore apparirà solo un impulso. Provalo!
Riso. 3 Multivibratore esperto in attesa.
E un altro esperimento: tocca l'uscita della base del transistor V1 con un oggetto metallico preso in mano. Forse, in questo caso, il multivibratore in attesa funzionerà, dalla carica elettrostatica del tuo corpo. Ripeti gli stessi esperimenti, ma includendo un milliamperometro nel circuito del collettore del transistor V2. Quando viene applicato un segnale di controllo, la corrente del collettore di questo transistor dovrebbe diminuire drasticamente fino a quasi zero, quindi aumentare altrettanto bruscamente fino al valore della corrente del transistor aperto. Anche questo è un impulso di corrente, ma di polarità negativa. Qual è il principio di funzionamento di un multivibratore in attesa? In un tale multivibratore, la connessione tra il collettore del transistor V2 e la base del transistor V1 non è capacitiva, come in uno auto-oscillante, ma resistiva - attraverso il resistore R3. Una tensione di polarizzazione negativa viene applicata alla base del transistor V2 attraverso il resistore R2. Il transistor V1 è chiuso in modo sicuro dalla tensione positiva dell'elemento G1 alla sua base. Questo stato dei transistor è molto stabile. Possono rimanere in questo stato per tutto il tempo che vogliono. Ma sulla base del transistor V1 è apparso un impulso di tensione di polarità negativa. Da questo punto in poi, i transistor entrano in uno stato instabile. Sotto l'influenza segnale di input il transistor V1 si apre e la tensione variabile sul suo collettore attraverso il condensatore C1 chiude il transistor V2. I transistor sono in questo stato fino a quando il condensatore C1 non viene scaricato (attraverso il resistore R2 e il transistor aperto V1, la cui resistenza è bassa in questo momento). Non appena il condensatore si scarica, il transistor V2 si apre immediatamente e il transistor V1 si chiude. Da questo momento in poi, il multivibratore si ritrova nuovamente nella modalità standby originale e stabile. Così, il multivibratore in standby ha uno stato stabile e uno instabile . Durante uno stato instabile, ne genera uno onda quadra corrente (tensione), la cui durata dipende dalla capacità del condensatore C1. Maggiore è la capacità di questo condensatore, maggiore è la durata dell'impulso. Quindi, ad esempio, con una capacità del condensatore di 50 μF, il multivibratore genera un impulso di corrente con una durata di circa 1,5 s e con un condensatore con una capacità di 150 μF - tre volte di più. Tramite condensatori aggiuntivi, è possibile prelevare impulsi di tensione positivi dall'uscita 1 e negativi dall'uscita 2. Il multivibratore può essere portato fuori dalla modalità standby solo da un impulso di tensione negativo applicato alla base del transistor V1? No, non solo. Questo può essere fatto anche applicando un impulso di tensione di polarità positiva, ma alla base del transistor V2. Quindi, resta da verificare sperimentalmente in che modo la capacità del condensatore C1 influisce sulla durata degli impulsi e sulla capacità di controllare il multivibratore in attesa con impulsi di tensione positivi. Come si può utilizzare praticamente un multivibratore in standby? Diversamente. Ad esempio, per convertire una tensione sinusoidale in impulsi rettangolari di tensione (o corrente) della stessa frequenza, o per accendere un altro dispositivo per qualche tempo applicando un segnale elettrico a breve termine all'ingresso di un multivibratore in attesa. In quale altro modo? Pensare!
Multivibratore in generatori e interruttori elettronici
Chiamata elettronica. Un multivibratore può essere utilizzato per una chiamata a domicilio, sostituendolo con uno elettrico convenzionale. Può essere assemblato secondo lo schema mostrato in (Fig. 4). I transistor V1 e V2 operano in un multivibratore simmetrico che genera oscillazioni con una frequenza di circa 1000 Hz e il transistor V3 opera in un amplificatore di potenza di queste oscillazioni. Le vibrazioni amplificate vengono convertite dalla testina dinamica B1 in vibrazioni sonore. Se si utilizza un altoparlante di chiamata per una chiamata, includendo l'avvolgimento primario del suo trasformatore di transizione nel circuito di collettore del transistor V3, tutta l'elettronica di chiamata montata sulla scheda verrà inserita nella sua custodia. Anche la batteria si troverà lì.
Riso. 4. Chiamata elettronica basata su un multivibratore.
È possibile installare un campanello elettronico nel corridoio collegandolo con due fili al pulsante S1. Quando si preme il pulsante -, il suono apparirà nella testina dinamica. Poiché l'alimentazione viene fornita al dispositivo solo durante i segnali di chiamata, due batterie 3336L collegate in serie o "Krona" dureranno per diversi mesi di suoneria. Impostare il tono sonoro desiderato sostituendo i condensatori C1 e C2 con condensatori di altre capacità. Un multivibratore assemblato secondo lo stesso schema può essere utilizzato per studiare e allenarsi all'ascolto dell'alfabeto telegrafico - codice Morse. In questo caso è sufficiente sostituire il pulsante con un tasto telegrafico.
Interruttore elettronico. Questo dispositivo, il cui circuito è mostrato in (Fig. 5), può essere utilizzato per commutare due ghirlande di alberi di Natale alimentate da una rete AC. L'interruttore elettronico stesso può essere alimentato da due batterie 3336L collegate in serie o da un raddrizzatore che emette una tensione costante di 9-12 V.
Riso. 5. Interruttore elettronico basato su multivibratore.
Il circuito dell'interruttore è molto simile al circuito del campanello elettronico. Ma le capacità dei condensatori C1 e C2 dell'interruttore sono molte volte maggiori delle capacità di condensatori a campana simili. Il multivibratore dell'interruttore, in cui operano i transistor V1 e V2, genera oscillazioni con una frequenza di circa 0,4 Hz e il carico del suo amplificatore di potenza (transistor V3) è l'avvolgimento del relè elettromagnetico K1. Il relè ha una coppia di piastre di contatto per la commutazione. Ad esempio, è adatto un relè RES - 10 (passaporto RS4.524.302) o un altro relè elettromagnetico che funzioni in modo affidabile da una tensione di 6 - 8 V a una corrente di 20 - 50 mA. Quando si accende l'alimentazione, i transistor V1 e V2 del multivibratore si aprono e si chiudono alternativamente, generando segnali ad onda quadra. Quando il transistor V2 è acceso, una tensione di alimentazione negativa viene applicata attraverso il resistore R4 e questo transistor viene applicato alla base del transistor V3, saturandolo. In questo caso, la resistenza della sezione emettitore-collettore del transistor V3 diminuisce a diversi ohm e quasi tutta la tensione della sorgente di alimentazione viene applicata all'avvolgimento del relè K1 - il relè viene attivato e collega una delle ghirlande alla rete con i suoi contatti. Quando il transistor V2 è chiuso, il circuito di alimentazione della base del transistor V3 è interrotto, ed è anche chiuso, nessuna corrente scorre attraverso la bobina del relè. In questo momento, il relè rilascia l'ancora ei suoi contatti, commutando, collegano la seconda ghirlanda dell'albero di Natale alla rete. Se si desidera modificare il tempo di commutazione delle ghirlande, sostituire i condensatori C1 e C2 con condensatori di altre capacità. Lasciare invariati i dati dei resistori R2 e R3, altrimenti la modalità operativa dei transistor verrà violata. corrente continua. Un amplificatore di potenza, simile all'amplificatore sul transistor V3, può anche essere incluso nel circuito di emettitore del transistor V1 del multivibratore. In questo caso, i relè elettromagnetici (compresi quelli autocostruiti) potrebbero non avere gruppi di contatti di commutazione, ma normalmente aperti o normalmente chiusi. I contatti del relè di uno dei bracci del multivibratore chiuderanno e apriranno periodicamente il circuito di alimentazione di una ghirlanda, ei contatti del relè dell'altro braccio del multivibratore chiuderanno periodicamente il circuito di alimentazione della seconda ghirlanda. L'interruttore elettronico può essere montato su una scheda in getinax o altro materiale isolante e, insieme alla batteria, inserito in una scatola di compensato. Durante il funzionamento, l'interruttore consuma una corrente non superiore a 30 mA, quindi l'energia di due batterie 3336L o Krona è sufficiente per tutto vacanze di capodanno. Un interruttore simile può essere utilizzato anche per altri scopi. Ad esempio, per l'illuminazione di maschere, attrazioni. Immagina una statuetta dell'eroe della fiaba "Il gatto con gli stivali" segata in compensato e dipinta. Dietro gli occhi trasparenti ci sono le lampadine di una torcia, accese da un interruttore elettronico, e sulla figura stessa c'è un pulsante. Non appena premi il pulsante, il gatto inizierà immediatamente a farti l'occhiolino. Non è possibile utilizzare un interruttore per elettrificare alcuni modelli, ad esempio un modello di faro? In questo caso, invece di un relè elettromagnetico, nel circuito del collettore del transistor dell'amplificatore di potenza può essere inclusa una lampadina a incandescenza di piccole dimensioni, progettata per una piccola corrente di incandescenza, che imiterà i lampi dei fari. Se un tale interruttore è integrato con un interruttore a levetta, con il quale due di queste lampadine possono essere accese alternativamente nel circuito del collettore del transistor di uscita, allora può diventare un indicatore di direzione per la tua bicicletta.
Metronomo- questo è un tipo di orologio che consente di contare periodi di tempo uguali con una precisione di frazioni di secondo tramite segnali sonori. Tali dispositivi vengono utilizzati, ad esempio, per sviluppare il senso del tatto durante l'insegnamento dell'alfabetizzazione musicale, durante il primo addestramento alla segnalazione dell'alfabeto telegrafico. Si vede un diagramma di uno di questi dispositivi in (Fig. 6).
Riso. 6. Metronomo basato su un multivibratore.
Anche questo è un multivibratore, ma asimmetrico. Tale multivibratore utilizza transistor di diverse strutture: Vl - n - p - n (MP35 - MP38), V2 - p - n - p (MP39 - MP42). Ciò ha permesso di ridurre il numero totale di parti del multivibratore. Il principio del suo funzionamento rimane lo stesso: la generazione avviene a causa del feedback positivo tra l'uscita e l'ingresso di un amplificatore 3H a due stadi; il collegamento è effettuato da un condensatore elettrolitico C1. Il carico del multivibratore è una testina dinamica di piccole dimensioni B1 con una bobina mobile con una resistenza di 4 - 10 ohm, ad esempio 0,1GD - 6, 1GD - 8 (o una capsula telefonica), che crea suoni simili a clic con impulsi di corrente a breve termine. La velocità di ripetizione degli impulsi può essere regolata con un resistore variabile R1 da circa 20 a 300 impulsi al minuto. Il resistore R2 limita la corrente di base del primo transistor quando il cursore del resistore R1 si trova nella sua posizione più bassa (secondo il circuito), corrispondente alla frequenza più alta delle oscillazioni generate. Il metronomo può essere alimentato da una singola batteria 3336L o da tre celle 332 collegate in serie. La corrente da esso consumata dalla batteria non supera i 10 mA. Il resistore variabile R1 deve avere una scala tarata secondo un metronomo meccanico. Utilizzandolo, ruotando semplicemente la manopola del resistore, è possibile impostare la frequenza desiderata dei segnali audio del metronomo.
Lavoro pratico
COME lavoro pratico, Ti consiglio di raccogliere i circuiti multivibratore presentati nei disegni della lezione, che ti aiuteranno a comprendere il principio del multivibratore. Inoltre, propongo di assemblare un "Simulatore di usignolo elettronico" molto interessante e utile in casa, basato su multivibratori, che possono essere utilizzati come campanello. Il circuito è molto semplice, affidabile, funziona immediatamente se non ci sono errori nell'installazione e nell'uso di elementi radio riparabili. Lo uso come campanello da 18 anni, fino ad oggi. È facile intuire che l'ho raccolto - quando, come te, ero un radioamatore alle prime armi.
Campanello elettronico basato su multivibratori
multivibratore
schema elettrico multivibratore a transistor più semplice "classico".
multivibratore- generatore di segnali di rilassamento di oscillazioni elettriche rettangolari a fronti corti. Il termine è stato proposto dal fisico olandese van der Pol, poiché ci sono molte armoniche nello spettro di oscillazione di un multivibratore - in contrasto con un generatore di oscillazioni sinusoidali ("monovibratore").
Un multivibratore bistabile è una sorta di multivibratore in standby che ha due stati stabili caratterizzati da diversi livelli di tensione di uscita. Di norma, questi stati vengono commutati da segnali applicati a diversi ingressi, come mostrato in Fig. 3. In questo caso, il multivibratore bistabile è un flip-flop di tipo RS. In alcuni circuiti viene utilizzato un unico ingresso per la commutazione, a cui vengono applicati impulsi di polarità diversa o uguale.
Un multivibratore bistabile, oltre a svolgere la funzione di trigger, viene utilizzato anche per costruire generatori sincronizzati con un segnale esterno. Questo tipo di multivibratori bistabili è caratterizzato da un tempo minimo di permanenza in ciascuno degli stati o da un periodo minimo di oscillazione. Un cambiamento di stato del multivibratore è possibile solo dopo che è trascorso un certo tempo dall'ultima commutazione e si verifica nel momento in cui arriva il segnale di sincronizzazione.
Sulla fig. 4 mostra un esempio di un oscillatore sincronizzato realizzato utilizzando un flip-flop D sincrono. La commutazione del multivibratore avviene con una caduta di tensione positiva all'ingresso (lungo il bordo dell'impulso).
In questo articolo descriverò in dettaglio come realizzare un multivibratore, che è il primo circuito di quasi ogni secondo radioamatore. Come sappiamo, un multivibratore è un dispositivo elettronico che genera oscillazioni elettriche di forma simile a quella rettangolare, che si riflette nel suo nome: "multi-many", "vibro-oscillazione". In altre parole, un multivibratore è un generatore di impulsi rettangolari di tipo a rilassamento con feedback positivo resistivo-capacitivo, utilizzando un amplificatore a due stadi chiuso in un anello di feedback positivo. Quando il multivibratore funziona in modalità di auto-oscillazione, vengono generati impulsi rettangolari che si ripetono periodicamente. La frequenza degli impulsi generati è determinata dai parametri del circuito di temporizzazione, dalle proprietà del circuito e dalla sua modalità di alimentazione. Il carico collegato influisce anche sulla frequenza delle autooscillazioni. Tipicamente, un multivibratore viene utilizzato come generatore di impulsi relativamente lunghi, che vengono poi utilizzati per generare impulsi della durata e dell'ampiezza richieste.Il funzionamento del circuito multivibratore
Multivibratore simmetrico su transistor
Schematicamente, il multivibratore è costituito di due stadi amplificatori con emettitore comune, tensione di uscita ciascuno dei quali è alimentato all'ingresso dell'altro. Quando il circuito è collegato a una fonte di alimentazione Ek, entrambi i transistor superano i punti di raccolta: i loro punti operativi si trovano nella regione attiva, poiché una polarizzazione negativa viene applicata alle basi attraverso i resistori RB1 e RB2. Tuttavia, questo stato del circuito è instabile. A causa della presenza di retroazione positiva nel circuito, la condizione ?Ku>1 è soddisfatta e l'amplificatore a due stadi è autoeccitato. Inizia il processo di rigenerazione: un rapido aumento della corrente di un transistor e una diminuzione della corrente dell'altro transistor. Lascia che la corrente IK1 del transistor VT1 aumenti leggermente a seguito di qualsiasi variazione casuale delle tensioni sulle basi o sui collettori. Ciò aumenterà la caduta di tensione attraverso il resistore RK1 e il collettore del transistor VT1 riceverà un incremento di potenziale positivo. Poiché la tensione sul condensatore SB1 non può cambiare istantaneamente, questo incremento viene applicato alla base del transistor VT2, bloccandolo. Allo stesso tempo, la corrente di collettore IK2 diminuisce, la tensione sul collettore del transistor VT2 diventa più negativa e, passando attraverso il condensatore SB2 alla base del transistor VT1, lo apre ancora di più, aumentando la corrente IK1. Questo processo procede come una valanga e termina con il fatto che il transistor VT1 entra in modalità saturazione e il transistor VT2 entra in modalità cutoff. Il circuito entra in uno dei suoi stati di equilibrio temporaneamente stabili. In questo caso, lo stato aperto del transistor VT1 è fornito da una polarizzazione dalla sorgente di alimentazione Ek attraverso il resistore RB1, e lo stato bloccato del transistor VT2 è assicurato da una tensione positiva attraverso il condensatore SB1 (Ucm = UB2 > 0 ), che è collegato attraverso il transistor aperto VT1 al gap base-emettitore del transistor VT2.
Per la costruzione di un multivibratore dai componenti radio abbiamo bisogno di:1. Due transistor del tipo KT315.
2. Due condensatori elettrolitici per 16 V, 10-200 microfarad (minore è la capacità, maggiore è il lampeggio).
3. 4 resistori con un valore nominale: 100-500 ohm 2 pezzi (se imposti 100 ohm, il circuito funzionerà anche da 2,5 V), 10 kOhm 2 pezzi. Tutti i resistori sono da 0,125 watt.
4. Due LED non luminosi (qualsiasi colore diverso dal bianco).
Circuito stampato in formato Lay6. Iniziamo la produzione. Se stessa scheda a circuito stampato Somiglia a questo:
Saldiamo due transistor, non confondere il collettore e la base sul transistor: questo è un errore comune.
Saldiamo condensatori da 10-200 microfarad. Si noti che i condensatori da 10 volt sono altamente indesiderabili per questo circuito se si forniscono 12 volt. Ricorda che i condensatori elettrolitici hanno polarità!
Il multivibratore è quasi pronto. Resta da saldare i LED e i cavi di ingresso. Una foto del dispositivo finito è simile a questa:
E affinché tutto ti diventi chiaro, un video del funzionamento di un semplice multivibratore:
In pratica, i multivibratori vengono utilizzati come generatori di impulsi, divisori di frequenza, formatori di impulsi, interruttori di prossimità e così via, in giocattoli elettronici, dispositivi di automazione, apparecchiature informatiche e di misurazione, in relè temporizzati e dispositivi master. era con te Bollire-:D . (il materiale è stato preparato su richiesta Demyan" UN)
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