Мультивибраторы – это еще одна форма осцилляторов. Генератор представляет собой электронную схему, которая способна поддерживать сигнал переменного тока на выходе. Он может генерировать прямоугольные, линейные или импульсные сигналы. Для колебания генератор должен удовлетворять двум условиям Баркгаузена:
Т коэффициент усиления контура он должен быть немного больше единицы.
Сдвиг фазы цикла должен быть 0 градусов или 360 градусов.
Для выполнения обоих условий генератор должен иметь некоторую форму усилителя, и часть его выхода должна быть регенерирована на вход. Если коэффициент усиления усилителя меньше единицы, схема не будет колебаться, а если она больше единицы, схема будет перегружена и будет давать искаженную форму волны. Простой генератор может генерировать синусоидальную волну, но не может генерировать прямоугольную волну. Прямоугольная волна может быть сформирована с помощью мультивибратора.
Мультивибратор – это форма генератора, которая имеет две ступени, благодаря которым мы можем получить выход из любого из состояний. Это в основном две схемы усилителя, скомпонованные с регенеративной обратной связью. При этом ни один из транзисторов не проводит одновременно. Одновременно только один транзистор проводит, а другой находится в выключенном состоянии. Некоторые схемы имеют определенные состояния; состояние с быстрым переходом называется процессами переключения, где происходит быстрое изменение тока и напряжения. Это переключение называется триггерным. Следовательно, мы можем запустить цепь внутри или снаружи.
Схемы имеют два состояния.
Одним из них является стабильное состояние, в котором цепь остается навсегда без какого-либо запуска.
Другое состояние является нестабильным: в этом состоянии схема остается в течение ограниченного периода времени без какого-либо внешнего запуска и переключается в другое состояние. Следовательно, использование многовибарторов осуществляется в двух состояниях цепей, таких как таймеры и триггеры.
Нестабильный мультивибратор с использованием транзистора
Это свободно работающий генератор, который непрерывно переключается между двумя нестабильными состояниями. При отсутствии внешнего сигнала транзисторы поочередно переключаются из состояния отключения в состояние насыщения на частоте, определяемой постоянными времени RC цепей связи. Если эти постоянные времени равны (R и C равны), то будет генерироваться прямоугольная волна с частотой 1 / 1,4 RC. Следовательно, нестабильный мультивибратор называется генератором импульсов или генератором прямоугольных импульсов. Чем больше значение базовой нагрузки R2 и R3 по отношению к нагрузке коллектора R1 и R4, тем больше коэффициент усиления по току и острее будет край сигнала.
Основным принципом работы нестабильного мультивибратора является небольшое изменение электрических свойств или характеристик транзистора. Это различие приводит к тому, что один транзистор включается быстрее, чем другой, когда питание подается в первый раз, что вызывает колебания.
Схема Объяснение
нестабильный мультивибратор состоит из двух поперечных связи усилителей RC.
Схема имеет два нестабильных состояния
Когда V1 = НИЗКИЙ и V2 = ВЫСОКИЙ, тогда Q1 ВКЛ и Q2 ВЫКЛ
Когда V1 = ВЫСОКИЙ и V2 = НИЗКИЙ, Q1 ВЫКЛ. и Q2 ВКЛ.
При этом R1 = R4, R2 = R3, R1 должно быть больше, чем R2
C1 = C2
При первом включении цепи ни один из транзисторов не включен.
Базовое напряжение обоих транзисторов начинает увеличиваться. Любой из транзисторов включается первым из-за разницы в легировании и электрических характеристиках транзистора.
Рис. 1: Принципиальная схема работы транзисторного нестабильного мультивибратора
Мы не можем сказать, какой транзистор проводит первым, поэтому мы предполагаем, что Q1 проводит первым, а Q2 выключен (C2 полностью заряжен).
Q1 проводит, а Q2 отключен, следовательно, VC1 = 0 В, так как весь ток на землю из-за короткого замыкания Q1, и VC2 = Vcc, так как все напряжение на VC2 падает из-за разомкнутой цепи TR2 (равно напряжению питания).
Из-за высокого напряжения VC2 конденсатор C2 начинает заряжаться через Q1 через R4, а C1 начинает заряжаться через R2 через Q1. Время, необходимое для зарядки C1 (T1 = R2C1), больше, чем время, необходимое для зарядки C2 (T2 = R4C2).
Так как правая пластина C1 подключена к базе Q2 и заряжается, значит, у этой пластины высокий потенциал, и когда она превышает напряжение 0,65 В, она включается Q2.
Поскольку C2 полностью заряжен, его левая пластина имеет напряжение -Vcc или -5V и подключена к базе Q1. Следовательно, он выключается Q2
TR Теперь TR1 выключен, и Q2 проводит, следовательно, VC1 = 5 В и VC2 = 0 В. Левая пластина C1 ранее находилась под напряжением -0,65 В, которое начинает подниматься до 5 В и подключается к коллектору Q1. C1 сначала разряжается от 0 до 0,65 В, а затем начинает заряжаться через R1 через Q2. Во время зарядки правая пластина С1 имеет низкий потенциал, который выключает Q2.
Правая пластина C2 подключена к коллектору Q2 и предварительно находится на + 5В. Таким образом, C2 сначала разряжается от 5 В до 0 В, а затем начинает заряжаться через сопротивление R3. Левая пластина C2 во время зарядки находится под высоким потенциалом, который включает Q1, когда достигает напряжения 0,65 В.
Рис. 2: Принципиальная схема работы транзисторного нестабильного мультивибратора
Теперь Q1 проводит, а Q2 выключен. Вышеуказанная последовательность повторяется, и мы получаем сигнал на обоих коллекторах транзистора, который не в фазе друг с другом. Для получения идеальной прямоугольной волны любым коллектором транзистора мы принимаем как сопротивление коллектора транзистора, базовое сопротивление, то есть (R1 = R4), (R2 = R3), а также то же значение конденсатора, что делает нашу схему симметричной. Следовательно, рабочий цикл для низкого и высокого значения выходного сигнала является тем же, который генерирует прямоугольную волну
Constant Постоянная времени формы сигнала зависит от базового сопротивления и коллектора транзистора. Мы можем рассчитать его период времени по: Постоянная времени = 0.693RC
Принцип действия мультивибратора на видео c объяснением
В этом видеоуроке канала Паяльник TV покажем, как взаимосвязаны элементы электрической цепи и познакомимся с происходящими в ней процессами. Первой схемой, на основе которой будет рассмотрен принцип работы, является схема мультивибратора на транзисторах. Схема может находиться в одном из двух состояний и периодически переходит из одного в другое.
Анализ 2-х состояний мультивибратора.
Всё, что мы наблюдаем сейчас, это два светодиода, которые поочерёдно мигают. Почему это происходит? Рассмотрим сначала первое состояние.
Первый транзистор VT1 закрыт, а второй транзистор полностью открыт и не препятствует протеканию коллекторного тока. Транзистор в этот момент находится в режиме насыщения, что позволяет снизить на нём падение напряжения. И поэтому правый светодиод горит в полную силу. Конденсатор C1 в первый момент времени был разряжен, и ток беспрепятственно проходил на базу транзистора VT2, полностью открывая его. Но спустя мгновение конденсатор начинает быстро заряжаться базовым током второго транзистора через резистор R1. После того, как он полностью зарядится (а как известно, полностью заряженный конденсатор не пропускает ток), то транзистор VT2 вследствие этого закрывается и светодиод гаснет.
Напряжение на конденсаторе C1 равно произведению базового тока на сопротивление резистора R2. Перенесемся во времени назад. Пока транзистор VT2 был открыт и правый светодиод горел, конденсатор C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии, начинает медленно разряжаться через открытый транзистор VT2 и резистор R3. Пока он не разрядился, напряжение на базе VT1 будет отрицательным, которое полностью запирает транзистор. Первый светодиод не горит. Получается, что к моменту затухания второго светодиода конденсатор C2 успевает разрядиться и переходит в готовность пропустить ток на базу первого транзистора VT1. К тому моменту, когда перестаёт гореть второй светодиод, загорается первый светодиод.
А во втором состоянии происходит всё то же самое, но наоборот, транзистор VT1 открыт, VT2 закрыт. Переход в другое состояние происходит тогда, когда конденсатор C2 разряжается, напряжение на нём уменьшается. Разрядившись полностью, он начинает заряжаться в обратную сторону. Когда напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1 достигнет напряжения, достаточного для его открывания, примерно 0,7 В, этот транзистор начнёт открываться и первый светодиод загорится.
Снова обратимся к схеме.
Через резисторы R1 и R4 происходит зарядка конденсаторов, а через R3 и R2 происходит разрядка. Резисторы R1 и R4 ограничивают ток первого и второго светодиода. От их сопротивления зависит не только яркость свечения светодиодов. Они также определяют время зарядки конденсаторов. Сопротивление R1 и R4 подбирается намного меньшее, чем R2 и R3, чтобы зарядка конденсаторов происходила быстрее, чем их разрядка. Мультивибратор используется для получения прямоугольных импульсов, которые снимаются с коллектора транзистора. При этом нагрузка подключается параллельно одному из коллекторных резисторов R1 или R4.
На графике представлены прямоугольные импульсы, вырабатываемые данной схемой. Одна из областей называется фронт импульса. Фронт имеет наклон, и чем больше будет время зарядки конденсаторов, тем этот наклон будет больше.
Если в мультивибраторе использованы одинаковые транзисторы, конденсаторы одинаковой ёмкости, и если резисторы имеют симметричные сопротивления, то такой мультивибратор называется симметричным. Он имеет одинаковую длительность импульсов и длительность пауз. А если имеются различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным. Когда мы подключаем мультивибратор к источнику питания, то в первый момент времени оба конденсатора разряжены, а значит на базу обоих конденсаторов поступит ток и появится неустановившийся режим работы, при котором должен открыться лишь один из транзисторов. Так как эти элементы схемы имеют некоторые погрешности номиналов и параметров, один из транзисторов откроется первым, и мультивибратор запустится.
Если вы захотите смоделировать данную схему в программе Multisim, то нужно выставить номиналы резисторов R2 и R3 так, чтобы их сопротивления отличались хотя бы на десятую часть Ома. То же самое проделайте с ёмкостью конденсаторов, иначе мультивибратор может не запуститься. При практической реализации данной схемы я рекомендую осуществлять питание напряжением от 3 до 10 Вольт, а параметры самих элементов сейчас вы узнаете. При условии, что используется транзистор КТ315. Резисторы R1 и R4 не оказывают влияния на частоту импульсов. В нашем случае они ограничивают ток светодиода. Сопротивление резисторов R1 и R4 можно взять от 300 Ом до 1кОм. Сопротивление резисторов R2 и R3 от 15 кОм до 200 кОм. Ёмкость конденсаторов от 10 до 100 мкФ. Представим таблицу со значениями сопротивлений и ёмкостей, в которой приведены примерная ожидаемая частота импульсов. То есть, чтобы получить импульс длительностью 7 секунд, то есть, длительность свечения одного светодиода, равная 7 секундам, нужно использовать резисторы R2 и R3 сопротивлением 100 кОм и конденсатора ёмкостью 100 мкФ.
Вывод.
Времязадающими элементами данной схемы являются резисторы R2, R3 и конденсаторы C1 и C2. Чем меньше их номиналы, тем чаще будут переключаться транзисторы, и тем чаще будут мерцать светодиоды.
Мультивибратор можно реализовать не только на транзисторах, но и на базе микросхем. Оставляйте свои комментарии, не забывайте подписаться на канал «Паяльник TV» на ютубе, чтобы не пропустить новые интересные видео.
Еще интересная о радиопередатчике.
Мультивибратор это самый простой генератор импульсов, работающий в режиме автогенерации колебаний то есть при подачи напряжения на схему сам начинает генерировать импульсы.
Простейшая схема представлена на рисунке ниже:
мультивибратор схема на транзисторах
Причем емкости конденсаторов C1, C2 всегда подбираются максимально одинаковыми, а номинал базовых сопротивления R2, R3 должен быть выше чем коллекторные. Это важное условие для правильной работы МВ
Как же все таки работает мультивибратор на транзисторах, итак: при включении питания начинают заряжаться емкости C1, C2.
Первый конденсатор по цепочки R1- C1- переход БЭ второго корпус.
Вторая емкость зарядится по цепи R4 - C2 - переход БЭ первого транзистора - корпус.
Так как на транзисторах имеется базовый ток, то они почти открываются. Но так как двух одинаковых транзисторов не бывает, какой то из них откроется чуть раньше своего коллеги.
Предположим, у нас раньше откроется первый транзистор. Открывшись он разрядит емкость С1. Причем разряжаться она будет в обратной полярности, закрывая второй транзистор. Но первый находиться в открытом состоянии только на момент, пока конденсатор С2 не зарядится до уровня напряжения питания. По окончании процесса зарядки С2, Q1 запирается.
Но к этому времени С1 почти разряжен. А это значит, что через него потечет ток, открывающий второй транзистор, который, разрядит емкость С2 и будет оставаться в открытом состоянии до повторной зарядки первого конденсатора. И так из цикла в цикл, пока не отключим питание от схемы.
Как легко заметить время переключения здесь определяется номиналом емкости конденсаторов. Кстати и сопротивление базовых сопротивлений R1, R3 здесь тоже вносит определенный фактор.
Вернемся в первоначальное состояние, когда первый транзистор у нас открыт. В этот момент емкость С1 у нас уже не только успеет разрядится, но и начнет заряжаться в обратной полярности по цепи R2- С1- коллектор-эммитер открытого Q1.
Но сопротивление у R2 достаточно большое и C1 не успевает зарядиться до уровня источника питания, но зато при запирании Q1 она разрядится через базовую цепочку Q2, помогая ему скорее открыться. Это же сопротивление увеличивает и время зарядки первого конденсатора C1. А вот коллекторные сопротивления R1, R4 являются нагрузкой и на частоту генерации импульсов особого влияния не оказывают.
В качестве практического ознакомления предлагаю собрать , в той же статье рассмотрена и конструкция на трех транзисторах.
мультивибратор схема на транзисторах в конструкции новогодней мигалки
Разберемся с работой несимметричного мультивибратора на двух транзисторах на примере простой схемы радиолюбительской самоделки издающей звук подскакивающего металлического шарика. Работает схема следующим образом: по мере разряда емкости С1 громкость ударов снижается. От номинала С1 зависит общая продолжительность звучания, а конденсатор С2 задает длительность пауз. Транзисторы могут быть абсолютно любые p-n-p типа.
Существуют два типа мультивибраторов отечественного микро исполнения - автоколебательные (ГГ) и ждущие (АГ).
Автоколебательные генерируют периодическую последовательность импульсов прямоугольной формы. Их длительность и период следования задаются параметрами внешних элементов сопротивлений и емкостей или уровнем управляющего напряжения.
Отечественными микросхемами автоколебательных МВ, например являются 530ГГ1, К531ГГ1, КМ555ГГ2 более подробную информацию по ним и многим другим вы найдете в , например Якубовский С. В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы или ИМС и их зарубежные аналоги. Справочник в 12 томах под редакцией Нефедова
Для ждущих МВ длительность генерируемого импульса также задается характеристиками навесных радиокомпонентов, а период следования импульсов задается периодом следования импульсов запуска, поступающих на отдельный вход.
Примеры: К155АГ1 содержит один ждущий мультивибратор, формирующий одиночные импульсы прямоугольной формы с хорошей стабильностью длительности; 133АГ3, К155АГ3, 533АГ3, КМ555АГ3, КР1533АГ3 содержит два ждущих МВ, формирующих одиночные импульсы напряжения прямоугольной формы с хорошей стабильностью; 533АГ4, КМ555АГ4 два ждущих МВ, формирующих одиночные импульсы напряжения прямоугольной формы.
Очень часто в радиолюбительской практике предпочитают не специализированные микросхемы, а собирают его на логических элементах.
Самая простая схема мультивибратора на логических элементах И-НЕ показана на рисунке ниже. Она имеет два состояния: в одном состоянии DD1.1 заперт, а DD1.2 открыт, в другом - все обстоит противоположным образом.
Например, если DD1.1 закрыт, DD1.2 открыт, тогда емкость С2 заряжается выходным током DD1.1, идущим через сопротивление R2. Напряжение на входе DD1.2 положительно. Оно поддерживает DD1.2 в открытом состоянии. По мере заряда емкости С2 снижается ток заряда и падает напряжение на R2. В момент достижения порогового уровня начинает запираться DD1.2 и возрастать его потенциал на выходе. Рост этого напряжения передается через С1 на выход DD1.1, последний окрывается, и развивается обратный процесс, завершающийся полным запиранием DD1.2 и отпиранием DD1.1 - переходом устройства во второе неустойчивое состояние. Теперь будет заряжаться С1 через R1 и выходное сопротивление компонента микросхемы DD1.2, а С2 - через DD1.1. Таким образом наблюдаем типовой автоколебательный процесс.
Еще одна из простых схем, которую можно собрать на логических элементах это генератор импульсов прямоугольной формы. Причем такой генератор будет работать в режиме автогенерации, аналогично транзисторному. На рисунке ниже представлен генератор, построенного на одной логической цифровой отесественной микросборке К155ЛА3
мультивибратор схема на К155ЛА3
Практический пример такой реализации можно посмотреть на странице электроники в конструкции вызывного устройства.
Рассмотрен практический пример реализации работы ждущего МВ на триггере в конструкции оптического выключателя освещения на ИК лучах.
Мультивибратор
Принципиальная схема "классического" простейшего транзисторного мультивибратора
Мультивибратор - релаксационный генератор сигналов электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Термин предложен голландским физиком ван дер Полем , так как в спектре колебаний мультивибратора присутствует множество гармоник - в отличие от генератора синусоидальных колебаний («моновибратора»).
Бистабильный мультивибратор
Бистабильный мультивибратор - разновидность ждущего мультивибратора, который имеет два стабильных состояния, характеризующихся разными уровнями напряжения на выходе. Как правило, переключаются эти состояния сигналами, поданными на разные входы, как показано на рис. 3. В этом случае бистабильный мультивибратор представляет собой триггер RS-типа. В некоторых схемах для переключения используется один вход, на который подаются импульсы различной либо одной полярности.
Бистабильный мультивибратор кроме выполнения функции триггера применяется также для построения генераторов, синхронизированных с внешним сигналом. Такой тип бистабильных мультивибраторов характеризуется минимальным временем пребывания в каждом из состояний или минимальным периодом колебаний. Изменение состояния мультивибратора возможно только по прошествии определенного времени с момента последнего переключения и происходит в момент поступления синхронизирующего сигнала.
На рис. 4 показан пример синхронизированного генератора, выполненного с использованием синхронного D-триггера. Переключение мультивибратора происходит при положительном перепаде напряжения на входе (по фронту импульса).
представляет собой генератор импульсов практически прямоугольной формы, созданный в виде усилительного элемента с цепью положительно-обратной связью. Существуют два типа мультивибраторов.
Первым типом являются автоколебательные мультивибраторы, которые не имеют устойчивого состояния. Различают два типа: симметричный – у него транзисторы одинаковы и также одинаковы параметры симметричных элементов. В результате этого две части периода колебаний равны между собой, а скважность равна двум. Если же параметры элементов не равны, то это уже будет несимметричный мультивибратор.
Второй тип это ждущие мультивибраторы, которые обладают состоянием устойчивого равновесия и нередко их именуют еще одновибратором. Применение мультивибратора в различных радиолюбительских устройствах довольно распространено.
Описание работы мультивибратора на транзисторах
Принцип работы проанализируем на примере следующей схемы.
Легко заметить, что она практически копирует принципиальную схему симметричного триггера. Различие только в том, что связи между блоками переключения, как прямая, так и обратная, осуществлены по переменному току, а не по постоянному. Это кардинально изменяет особенности устройства, так как в сравнении с симметричным триггером у схемы мультивибратора нет стабильных состояний равновесия, в которых он мог бы находиться продолжительное время.
Взамен этого имеются два состояния квазиустойчивого равновесия, благодаря чему устройство находится в каждом из них строго определенное время. Каждый такой промежуток времени определяется переходными процессами, происходящими в схеме. Функционирование устройства заключается к постоянной смене данных состояний, что сопровождается появлением на выходе напряжения, очень напоминающее по форме прямоугольное.
По сути своей симметричный мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель, причем схема построена, так что выход первого каскада соединен с входом второго. Вследствие этого после подачи питания на схему, обязательно получается, так что один из открыт, а другой находится в закрытом состоянии.
Допустим, что транзистор VT1 открыт и находится в состоянии насыщения током, идущим через резистор R3. Транзистор VT2, как уже было сказано выше, закрыт. Теперь в схеме происходят процессы, связанные с перезарядом конденсаторов C1 и C2. Первоначально конденсатор C2 абсолютно разряжен и вслед за насыщением VT1 происходит постепенная зарядка его через резистор R4.
Поскольку конденсатор C2 шунтирует коллектор-эммитерный переход транзистора VT2 через эммитерный переход транзистора VT1, то скорость его заряда определяет скорость изменения напряжения на коллекторе VT2. После заряда C2 транзистор VT2 закрывается. Продолжительность этого процесса (длительность фронта напряжения коллектора) можно вычислить по формуле:
t1a = 2,3*R1*C1
Также в работе схемы протекает и второй процесс, связанный с разрядом ранее заряженного конденсатора C1. Его разряд происходит через транзистор VT1, резистор R2 и источник питания. По мере разряда конденсатора на базе VT1 появляется положительный потенциал, и он начинает открываться. Данный процесс заканчивается после полного разряда C1. Длительность этого процесса (импульса) равна:
t2a = 0,7*R2*C1
По прошествии времени t2a транзистор VT1 будет заперт, а транзистор VT2 будет в насыщении. После этого процесс повторится по аналогичной схеме и длительность интервалов следующих процессов можно рассчитать также по формулам:
t1b = 2,3*R4*C2 и t2b = 0,7*R3*C2
Для определения частоты колебаний мультивибратора справедливо следующее выражение:
f = 1/ (t2a+t2b)
Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц....
Статье рассматривался мультивибратор на элементах "НЕ" способный выдавать прямоугольные импульсы с крутыми фронтами и спадами. Прервать генерацию импульсов в мультивибраторе на элементах "НЕ" можно например убрав питание с микросхемы, это не самый лучший способ. Если вместо элементов "НЕ" использовать элементы "И-НЕ" то мультивибратор можно сделать управляемым через один из выводов какого либо элемента "И-НЕ" этого мультивибратора. Если управление мультивибратором не требуется то можно делать так ка на схеме:
Рисунок 1 - Мультивибратор на микросхеме CD4011
Между выводом 4 и землёй можно, кроме светодиода с резистором, подключать другие подходящие нагрузки. Изменять частоту импульсов можно изменением ёмкости C1 и сопротивления R1, скважность равна двум. Мультивибратор с запретом генерации можно сделать например так:
Рисунок 2 - Мультивибратор с запретом генерации
Если один из выводов одного из элементов "И-НЕ" распараллелить то при подаче на этот вывод логического нуля генерации не будет а при подаче логической единицы генерация будет. Мультивибратор с разрешением генерации можно сделать например так:
Рисунок 3 - Мультивибратор с разрешением генерации
Мультивибратор на элементах "И-НЕ" может выдавать импульсы с высокой частотой поэтому такие мультивибраторы можно использовать для генерации звуков (или даже радиосигналов):
Рисунок 4 - Мультивибратор с пьезодинамиком
Электромагнитный динамик вместо пьезодинамика в данную схему лучше не ставить т.к. у обмоток э лектромагнитных динамиков слишком низкие сопротивления для того чтобы микросхема смогла, без перегрева (и выхода из строя), пропустить достаточно большой ток. Работает данный мультивибратор аналогично тому как работает мультивибратор с элементами "НЕ":
Рисунок 5 - Принцип работы мультивибратора на логических элементах "НЕ"
Длительность импульса tи, период T и частота F рассчитываются также:
Где Uп-напряжение питания, U0- низкое напряжение на входе элемента "не" при котором на выходе этого элемента появляется высокое напряжение уровня логической единицы, U1- высокое напряжение на входе элемента "не" при котором на выходе этого элемента появляется низкое напряжение уровня логического нуля.
Сборка данных схем не должна вызывать больших трудностей.
