Принцип роботи мультивібратора на транзисторах Симетричний мультивібратор для світлодіодів Високочастотний мультивібратор на транзисторах своїми руками

Здрастуйте дорогі друзі і всі читачі мого блогу сайт. Сьогоднішній пост буде про простий, але цікавий пристрій. Сьогодні ми розглянемо, вивчимо та зберемо світлодіодну мигалку, в основі якої лежить простий генератор прямокутних імпульсів – мультивібратор.

Заходячи на свій бложик, мені завжди хочеться зробити щось таке собі, щось таке, що зробить сайт таким, що запам'ятовується. Тож представляю до вашої уваги нову «секретну сторінку» на блозі.

Ця сторінка відтепер має назву — «Це цікаво».

Ви напевно запитаєте: "Як же її знайти?" А дуже просто!

Ви напевно помітили, що на блозі з'явився якийсь куточок, що відшаровується, з написом «Швидше сюди».

Причому варто лише підвести курсор миші до цього напису, як куточок починає ще більше відшаровуватись, оголюючи напис – посилання «Це цікаво».

Веде на секретну сторінку, де на вас чекає невеликий, але приємний сюрприз - підготовлений мною подарунок. Більше того, надалі на цій сторінці будуть розміщуватися корисні матеріали, радіоаматорський софт і ще щось — поки що не придумав. Так що періодично заглядайте за куточок — раптом я щось там приховав.

Гаразд, трошки відволікся, тепер продовжимо…

Взагалі схем мультивібраторів існує багато, але найпопулярніша і обговорювана схема нестабільного симетричного мультивібратора. Зазвичай її зображують в такий спосіб.

Ось наприклад цю мультивібраторну мигалку я спав десь рік тому з підручних деталей і як бачите - блимає. Блимає незважаючи на кострубатий монтаж, виконаний на макетній платі.

Ця схема робоча та невибаглива. Потрібно лише визначитися як вона працює?

Принцип роботи мультивібратора

Якщо зібрати цю схемку на макетній платі та заміряти напругу мультиметром між емітером та колектором, то що ми побачимо? Ми побачимо, що напруга на транзисторі піднімається майже до напруги джерела живлення, то падає до нуля. Це говорить про те, що транзистори у цій схемі працюють у ключовому режимі. Зауважу, коли один транзистор відкритий, другий обов'язково закритий.

Перемикання транзисторів відбувається в такий спосіб.

Коли один транзистор відкритий, скажімо VT1, відбувається розрядка конденсатора C1. Конденсатор С2 навпаки спокійно заряджається базовим струмом через R4.

Конденсатор C1 в процесі розрядки містить основу транзистора VT2 під негативною напругою - замикає його. Подальша розрядка доводить конденсатор C1 до нуля і далі заряджає в інший бік.

Тепер напруга на базі VT2 зростає, відкриваючи його. Тепер уже конденсатор C2, колись заряджений, піддається розрядці. Транзистор VT1 виявляється замкненим негативним напругою з урахуванням.

І вся ця свистопляска триває в режимі нон стоп, поки харчування не вирубаєш.

Мультивібратор у своєму виконанні

Зробивши одного разу мультивібраторну мигалку на макетці, мені захотілося її трохи ушляхетнити - зробити нормальну друковану плату для мультивібратора і заразом зробити хустку для світлодіодної індикації. Розробляв я їх у програмі Eagle CAD, яка не набагато складніша за Sprintlayout але зате має жорстку прив'язку до схеми.

Друкована плата мультивібратора зліва. Електрична схема справа.

Друкована плата. Схема електрична.

Малюнки друкованої плати за допомогою лазерного принтера я надрукував на фотопапері. Потім у повній відповідності до народної витруїли хустки. У результаті після напаювання деталей вийшли ось такі хустки.

Чесно кажучи, після повного монтажу та підключення живлення стався невеликий баг. Набраний із світлодіодів знак плюса не переморгував. Він просто і рівно горів як мультивібратора і немає зовсім.

Довелося неабияк понервувати. Заміна чотирикінцевого індикатора на два світлодіоди виправляла ситуацію, але варто було повернути все на свої місця — мигалка не блимала.

Виявилося, що два світлодіодні плечі зімкнуті перемичкою, мабуть коли залужував хустку трохи переборщив з припоєм. У результаті світлодіодні «плічки» горіли не за зміною, а синхронно. Ну, нічого, кілька рухів паяльником виправили ситуацію.

Результат того, що вийшло я зняв на відео:

На мою вийшло непогано. 🙂 До речі залишаю посилання на схеми та плати - користуйтеся на здоров'я.

Плата та схема мультивібратора.

Плата та схема індикатора «Плюс».

Взагалі застосування мультивібраторів різноманітне. Вони годяться не тільки для простеньких світлодіодних мигалок. Погравшись із номіналами резисторів та конденсаторів, можна виводити на динамік сигнали звукової частоти. Скрізь, де може знадобитися простий генератор імпульсів, мультивібратор підійде однозначно.

Начебто все що планував я розповів. Якщо щось упустив, то пишіть у коментарях — додам що потрібно, а що не потрібно — виправлю. Коментарям я завжди радий!

Нові статті я пишу спонтанно і не за розкладом і тому пропоную підписатися на оновлення або по E-mail. Тоді нові статті будуть приходити прямо на вашу поштову скриньку або прямо в RSS-рідер.

На цьому маю все. Бажаю всім успіхів та гарного весняного настрою!

З повагою Володимир Васильєв.

Також дорогі друзі ви можете підписатися на оновлення сайту та отримувати нові матеріали та подарунки прямо собі у поштову скриньку. Для цього достатньо заповнити форму нижче.

У цій статті описано пристрій призначений просто для того, щоб радіоаматор-початківець (електротехнік, електронник і т.д.) зміг краще розібратися в принципових схемах і набратися досвіду в ході складання даного пристрою. Хоча можливо цьому найпростішому мультивібратору, про який написано нижче, можна знайти і практичне застосування. Розглянемо схему:

Малюнок 1 - Найпростіший мультивібратор на реле

Приєднання резистора R2

Приєднання конденсатора

Приєднання резистора R1

З'єднання контактів реле з його обмоткою

Приєднання проводів для подачі живлення

Реле можна купити в магазині радіодеталей або дістати зі старої зламаної техніки, наприклад можна випаювати реле з плат від холодильників:

Якщо у реле погані контакти їх можна трохи почистити.

Мультивібратор.

Перша схема – найпростіший мультивібратор. Не дивлячись на його простоту, область застосування його дуже широка. Жоден електронний пристрій не обходиться без нього.

У першому малюнку зображено його важлива схема.

Як навантаження використовуються світлодіоди. Коли мультивібратор працює – світлодіоди перемикаються.

Для складання потрібно мінімум деталей:

1. Резистори 500 Ом – 2 штуки

2. Резистори 10 ком - 2 штуки

3. Конденсатор електролітичний 47 мкФ на 16 вольт – 2 штуки

4. Транзистор КТ972А – 2 штуки

5. Світлодіод – 2 штуки

Транзистори КТ972А є складовими транзисторами, тобто в їх корпусі є два транзистори, і він має високу чутливість і витримує значний струм без тепловідведення.

Коли ви придбаєте всі деталі, озброюйтеся паяльником і беріться за складання. Для проведення дослідів не варто робити друковану плату, можна зібрати навісним монтажем. Співайте так, як показано на малюнках.

А як застосувати зібраний пристрій, нехай підкаже ваша фантазія! Наприклад, замість світлодіодів можна поставити реле, а цим реле комутувати потужніше навантаження. Якщо змінити номінали резисторів чи конденсаторів – зміниться частота перемикання. Зміною частоти можна досягти дуже цікавих ефектів, від писку в динаміці, до паузи на багато секунд.

Фотореле.

А це схема простого фотореле. Цей пристрій з успіхом можна застосувати будь-де, для автоматичного підсвічування лотка DVD, для включення світла або для сигналізації від проникнення в темну шафу. Надано два варіанти схеми. В одному варіанті схема активується світлом, а в іншому його відсутністю.

Працює це так:коли світло від світлодіода попадає на фотодіод, транзистор відкриється і почне світитися світлодіод-2. Підстроювальним резистором регулюється чутливість пристрою. Як фотодіод можна застосувати фотодіод від старої кулькової мишки. Світлодіод – будь-який інфрачервоний світлодіод. Застосування інфрачервоного фотодіода та світлодіода дозволить уникнути перешкод від видимого світла. Як світлодіод-2 підійде будь-який світлодіод або ланцюжок з декількох світлодіодів. Можна застосувати і лампу розжарювання. А якщо замість світлодіода поставити електромагнітне реле, можна буде керувати потужними лампами розжарювання, або якимись механізмами.

На малюнках надані обидві схеми, цоколівка транзистора і світлодіода, а також монтажна схема.

За відсутності фотодіода можна взяти старий транзистор МП39 або МП42 і спиляти в нього корпус навпроти колектора, ось так:

Замість фотодіода у схему треба буде включити p-n перехід транзистора. Який саме буде працювати краще - Вам доведеться визначити експериментально.

Підсилювач потужності на мікросхемі TDA1558Q.

Цей підсилювач має вихідну потужність 2 Х 22 вата і досить простий для повторення радіоаматорами-початківцями. Така схема стане Вам у нагоді для саморобних колонок, або для саморобного музичного центру, який можна зробити зі старого MP3 плеєра.

Для його збирання знадобиться лише п'ять деталей:

1. Мікросхема – TDA1558Q

2. Конденсатор 0.22 мкФ

3. Конденсатор 0.33 мкФ – 2 штуки

4. Електролітичний конденсатор 6800 мкФ на 16 вольт

Мікросхема має досить високу вихідну потужність та для її охолодження знадобиться радіатор. Можна використовувати радіатор від процесора.

Всю збірку можна провести навісним монтажем без використання друкованої плати. Спочатку мікросхеми треба видалити висновки 4, 9 і 15. Вони не використовуються. Відлік висновків йде ліворуч, якщо тримати її висновками до себе і маркуванням вгору. Потім обережно розпряміть висновки. Далі відігніть висновки 5, 13 і 14 нагору, всі ці висновки підключаються до плюсу живлення. Наступним кроком відігніть висновки 3, 7 та 11 вниз – це мінус живлення, або «земля». Після цих маніпуляцій прикрутіть мікросхему тепловідведення, використовуючи теплопровідну пасту. На малюнках видно монтаж з різних ракурсів, але я все ж таки поясню. Висновки 1 і 2 спаюють разом - це вхід правого каналу, до них треба припаяти конденсатор 0.33 мкф. Так само треба вчинити з висновками 16 і 17. Загальний провід для входу – це мінус живлення або «земля».

Мультивібратор (від латинського багато колив) - нелінійний пристрій, що перетворює постійну напругу живлення в енергію імпульсів майже прямокутної форми. В основі мультивібратора лежить підсилювач з позитивним зворотним зв'язком.

Розрізняють мультивібратори автоколивальні та чекаючі. Розглянемо перший тип.

На рис. 1 наведена узагальнена схема підсилювача із зворотними зв'язками.

Схема містить підсилювач з комплексним коефіцієнтом посилення до = Ке-iк, ланцюг ООС з коефіцієнтом передачі m, і ланцюг ПІС з комплексним коефіцієнтом передачі В = е-i. З теорії генераторів відомо, що для виникнення коливань на будь-якій частоті необхідно, щоб на ній виконувалася умова Вк>1. Імпульсний періодичний сигнал містить сукупність частот, що утворюють лінійний спектр (див.1 лекцію). Т.о. для генерації імпульсів необхідно виконання умови Вк>1не одній частоті, а широкої смузі частот. Причому, ніж коротший імпульс і з більш короткими фронтами сигнал потрібно отримати, більш широкої смуги частот потрібно виконання умови Вк>1. Наведена умова розпадається на два:

умова балансу амплітуд - модуль загального коефіцієнта передачі генератора повинен перевищувати 1 у широкому діапазоні частот - К>1;

умова балансу фаз - сумарний зсув фаз коливань в замкнутому контурі генератора в тому ж діапазоні частот повинен бути кратний 2 - + =2n.

Якісно процес стрибкоподібного зростання напруги відбувається в такий спосіб. Нехай деякий момент часу в результаті флюктуацій напруга на вході генератора зросла на малу величину u. В результаті виконання обох умов генерації на виході пристрою з'явиться збільшення напруги: uвых=Вкuвх >uвх, яке передається на вхід у фазі з вихідним uвх. Відповідно це збільшення призведе до подальшого зростання вихідної напруги. Відбувається лавиноподібний процес зростання напруги у широкому діапазоні частот.

Завдання побудови практичної схеми генератора імпульсів зводиться до подачі на вхід підсилювача широкосмугового частини вихідного сигналу з різницею фаз =2. Оскільки один резистивний підсилювач зсуває фазу вхідної напруги на 1800, застосовуючи два послідовно з'єднаних підсилювача, можна задовольнити умові балансу фаз. Умова балансу амплітуд буде виглядати у цьому випадку так:

Одна з можливих схем, що реалізує цей метод, наведена на рис.2. Це схема автоколивального мультивібратора із колекторно-базовими зв'язками. У схемі використовуються два підсилювальні каскади. Вихід одного підсилювача пов'язаний із входом другого конденсатором С1, а вихід останнього пов'язаний із входом першого – конденсатором С2.

Якісно роботу мультивібратора розглянемо з використанням тимчасових діаграм напруги (епюр), наведених на рис. 3.

Нехай у момент часу t=t1 відбувається перемикання мультивібратора. Транзистор VT1 потрапляє у режим насичення, а VT2 - у режим відсічення. З цього моменту починаються процеси перезаряджання конденсаторів С1 та С2. До моменту t1 конденсатор С2 був повністю розряджений, а С1 заряджений до напруги живлення Еп (полярність заряджених конденсаторів вказана на рис.2). Після відмикання VT1 починається його зарядка від джерела Еп через резистор Rк2 і відпертого базу транзистора VT1. Конденсатор заряджається практично до напруги живлення Еп з постійним зарядом

зар2 = С2Rк2

Оскільки С2 через відкритий VT1 підключений паралельно VT2, швидкість його зарядки визначає швидкість зміни вихідної напруги Uвых2.. Вважаючи процес зарядки закінченим коли Uвых2 = 0,9Uп, легко отримати тривалість

t2-t1 = С2Rк2ln102,3С2Rк2

Одночасно заряджання С2 (починаючи з моменту t1) відбувається перезаряджання конденсатора С1. Його негативна напруга, прикладена до бази VT2, підтримує замкнений стан цього транзистора. Конденсатор С1 перезаряджається ланцюгом: Еп, резистор Rб2, С1, Е-К відкритого транзистора VT1. корпус із постійної часу

разр1 = С1Rб2

Так як Rб >> Rк, то і зар<<разр. Следовательно, С2 успевает зарядиться до Еп пока VT2 еще закрыт. Процесс перезарядки С1 заканчивается в момент времени t5, когда UC1=0 и начинает открываться VT2 (для простоты считаем, что VT2 открывается при Uбє=0). Можно показать, что длительность перезаряда С1 равна:

t3-t1 = 0,7C1Rб2

У момент часу t3 з'являється колекторний струм VT2, падає напруга Uке2, що призводить до закривання VT1 і, відповідно, зростання Uке1. Це збільшення напруга через С1 передається до бази VT2, що тягне додаткове відкриття VT2. Транзистори переходять у активний режим, виникає лавиноподібний процес, у результаті якого мультивібратор перетворюється на інший квазистаціонарний стан: VT1 закритий, VT2 - відкритий. Тривалість перекидання мультивібратора набагато менша від усіх інших перехідних процесів і її можна вважати рівним нулю.

З моменту t3 процеси в мультивібраторі підуть аналогічно до описаного, слід лише поміняти місцями індекси у елементів схеми.

Таким чином, тривалість фронту імпульсу визначається процесами заряду конденсатора зв'язку та чисельно дорівнює:

Тривалість знаходження мультивібратора в квазістійкому стані (тривалість імпульсу та паузи) визначається процесом розряду конденсатора зв'язку через базовий резистор і чисельно дорівнює:

При симетричній схемі мультивібратора (Rк1 = Rк2 = Rк, Rб1 = Rб2 = Rб, С1 = С2 = С) тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи, і період проходження імпульсів дорівнює:

Т = і + п = 1,4 CRб

Порівнюючи тривалості імпульсу та фронту необхідно врахувати, що Rб/Rк=h21е/s (h21е для сучасних транзисторів 100 а s2). Отже, тривалість фронту завжди менша за тривалість імпульсу.

Частота вихідної напруги симетричного мультивібратора не залежить від напруги живлення та визначається лише параметрами схеми:

Для зміни тривалості імпульсів і періоду їхнього слідування потрібно варіювати величини Rб і С. Але можливості тут невеликі: межі зміни Rб обмежені з більшої сторони необхідністю збереження відкритого транзистора, з меншого боку - неглибокого насичення. Змінювати плавно величину важко навіть у малих межах.

Щоб знайти вихід із скрути звернемося до періоду часу t3-t1 на рис. 2. З малюнка видно, що зазначений інтервал часу, отже, і тривалість імпульсу можна регулювати змінюючи нахил прямої розряду конденсатора. Цього можна досягти, включаючи базові резистори не до джерела живлення, а до додаткового джерела напруги Есм (див. рис. 4). Тоді конденсатор прагне перезарядитися не Еп, а Есм і крутість експоненти буде змінюватися зі зміною Есм.

Імпульси, що генеруються розглянутими схемами, мають більшу тривалість фронту. У ряді випадків ця величина стає неприйнятною. Для укорочування ф в схему вводять конденсатори, що відсікають, як показано на рис.5. Конденсатор С2 заряджається у цій схемі через Rз, а через Rд. Діод VD2, залишаючись закритим, "відсікає" напругу на С2 від виходу і напруга на колекторі зростає практично одночасно із закриттям транзистора.

У мультивібраторах як активний елемент можна використовувати операційний підсилювач. Автоколивальний мультивібратор на ОУ зображено на рис. 6.

ОУ охоплено двома ланцюгами ОС: позитивною

та негативною

Хс/(Хс+R) = 1/(1+wRC).

Нехай генератор був увімкнений в момент t0. На вході, що інвертує, напруга дорівнює нулю, на неінвертуючому - рівноймовірно позитивне або негативне. Для певності візьмемо позитивне. За рахунок ПІС на виході встановиться максимально можлива напруга - Uвих m. Час встановлення цієї вихідної напруги визначається частотними властивостями ОУ і можна покласти його рівним нулю. Починаючи з моменту t0 конденсатор буде заряджатися з постійної часу =RC. До часу t1 Uд = U+ - U- >0, і виході ОУ утримується позитивне Uвыхm. При t=t1 , коли Uд = U+ - U- = 0 вихідна напруга підсилювача змінить свою полярність - Uвих m. Після моменту t1 ємність З перезаряджається, прагнучи рівня - Uвых m. До моменту t2 Uд = U + - U-< 0, что обеспечивает квазиравновесное состояние системы, но уже с отрицательным выходным напряжением. Т.о. изменение знака Uвых происходит в моменты уравнивания входных напряжений на двух входах ОУ. Длительность квазиравновесного состояния системы определяется постоянной времени =RC, и период следования импульсов будет равен:

Т=2RCln(1+2R2/R1).

Мультивібратор наведений на рис.6 називається симетричним, т.к. часи позитивного та негативного вихідних напруг рівні.

Для отримання несиметричного мультивібратора слід резистор ООС замінити на схему, як показано на рис. 7. Різна тривалість позитивного та негативного імпульсів забезпечена різними постійними часами перезаряду ємностей:

R"C, - = R"C.

Мультивібратор на ОУ легко перетворити на одновібратор або мультивібратор, що чекає. По-перше, в ланцюзі ООС паралельно З приєднаємо діод VD1, як показано на рис.8. Завдяки діод схема має один стійкий стан, коли напруга на виході негативно. Справді, т.к. Uвих = - Uвих m, то діод відкритий і напруга на вході, що інвертує, приблизно дорівнює нулю. У той час як напруга на неінвертуючому вході дорівнює

U+ =- Uвих m R2/(R1+R2)

та зберігається стійкий стан схеми. Для генерації одного імпульсу до схеми слід додати ланцюг запуску, що складається з діода VD2, С1 і R3. Діод VD2 підтримується в закритому стані і може відкритися тільки позитивним вхідним імпульсом, що прийшов на вхід у час t0. З відкриттям діода змінюється знак і схема перетворюється на стан із позитивним напругою на виході. Uвих = Uвих m. Після цього конденсатор С1 починає заряджатися з постійним часом =RC. У момент часу t1 напруги на вході порівнюються. U- = U+ = Uвих m R2/(R1+R2) і =0. Наступного моменту диференціальний сигнал стає негативним і схема повертається у стійкий стан. Епюри наведено на рис. 9.

Застосовуються схеми мультивібраторів, що чекають на дискретних і логічних елементах.

Схема розглянутого мультивібратора аналогічна розглянутій раніше.

Мультивібратор на транзисторах – це генератор прямокутних сигналів. Нижче на фото одна із осцилограм симетричного мультивібратора.

Симетричний мультивібратор генерує прямокутні імпульси зі шпаруватістю два. Докладніше про шпару можна прочитати в статті генератор частоти. Принцип дії симетричного мультивібратора ми будемо використовувати для вмикання світлодіодів.

Схема складається з:

– двох КТ315Б (можна з будь-якою іншою літерою)

- двох конденсаторів ємністю по 10 мікрофарад

- чотирьох, два по 300 Ом і два по 27 КілоОм

– двох китайських світлодіодів на 3 Вольти

Ось так пристрій виглядає на макетній платі:

А ось так він працює:

Для зміни тривалості моргання світлодіодів можна змінити значення конденсаторів С1 та С2, або резисторів R2 та R3.

Існують також інші різновиди мультивібраторів. Докладніше про них можна прочитати. Також там описано принцип роботи симетричного мультивібратора.

Кому ліньки збирати такий пристрій, можна придбати готове;-) На Аліці я навіть знаходив готовий пристрій. Його можете глянути по цієюзасланні.

Ось відео, де детально описується, як працює мультивібратор: