Multiwibrator wysokiej częstotliwości. Wybór prostych i skutecznych schematów. Zasada działania multiwibratora
Tranzystorowy multiwibrator to generator fali prostokątnej. Poniżej na zdjęciu jeden z oscylogramów symetrycznego multiwibratora.
Symetryczny multiwibrator generuje prostokątne impulsy o cyklu roboczym równym dwa. Możesz przeczytać więcej o cyklu pracy w generatorze częstotliwości artykułu. Zastosujemy zasadę działania multiwibratora symetrycznego, aby po kolei włączyć diody LED.
Schemat składa się z:
- dwa KT315B (możliwe z dowolną inną literą)
- dwa kondensatory o pojemności 10 mikrofaradów
- cztery, dwa po 300 omów i dwa po 27 kiloomów
- dwie chińskie diody LED na 3 wolty
Tak wygląda urządzenie na płytce stykowej:
A tak to działa:
Aby zmienić czas migania diod LED, można zmienić wartości kondensatorów C1 i C2 lub rezystorów R2 i R3.
Istnieją również inne rodzaje multiwibratorów. Możesz przeczytać o nich więcej. Opisano również zasadę działania multiwibratora symetrycznego.
Jeśli jesteś zbyt leniwy, aby złożyć takie urządzenie, możesz kupić gotowe ;-) Nawet znalazłem gotowe urządzenie na Aliku. Możesz na to spojrzeć Ten połączyć.
Oto film szczegółowo opisujący działanie multiwibratora:
Doskonałości nie osiąga się, gdy nie ma nic do dodania,
i kiedy nie ma nic do usunięcia.
Antoine de Saint-Exupéry
Oczywiście wielu radioamatorów zetknęło się z technologią montażu powierzchniowego płytek drukowanych SMT (Surface mount technology), spotkało montowane powierzchniowo elementy SMD (urządzenia do montażu powierzchniowego) i słyszało o zaletach montażu powierzchniowego, który słusznie nazywany jest czwartą rewolucją w technice elektronicznej po wynalazku lampy, tranzystora i układu scalonego.
Niektórym montaż natynkowy jest trudny do zrealizowania w warunkach domowych ze względu na małe rozmiary elementów SMD i… brak otworów na wyprowadzenia części.
Jest to po części prawda, ale po bliższym przyjrzeniu się okazuje się, że małe wymiary elementów wymagają po prostu dokładności podczas montażu, oczywiście pod warunkiem, że mówimy o prostych elementach SMD, które nie wymagają specjalnego sprzętu do montażu. Brak punktów odniesienia, którymi są otwory na wyprowadzenia części, stwarza jedynie złudzenie trudności w wykonaniu rysunku płytki drukowanej.
Potrzebujesz praktyki w tworzeniu prostych projektów na elementach SMD, aby nabrać wprawy, pewności siebie i upewnić się, że montaż powierzchniowy jest dla Ciebie obiecujący. W końcu proces produkcji płytki drukowanej jest uproszczony (nie trzeba wiercić otworów, formować wyprowadzeń części), a wynikający z tego przyrost gęstości montażu jest zauważalny gołym okiem.
Podstawą naszych projektów jest asymetryczny obwód multiwibratora oparty na tranzystorach o różnej budowie.
Zmontujemy flasher na diodzie LED, która będzie służyć jako talizman, a także stworzymy rezerwę na przyszłe projekty, wykonując prototyp chipa popularnego wśród radioamatorów, ale nie do końca dostępnego.
Asymetryczny multiwibrator na tranzystorach o różnej budowie
(Ryc. 1) jest prawdziwym „bestsellerem” w literaturze krótkofalarstwa.
Ryż. 1. Schemat multiwibratora asymetrycznego
Łącząc określone obwody zewnętrzne z obwodem, możesz złożyć kilkanaście struktur. Na przykład sonda dźwiękowa, generator kodu Morse'a, środek odstraszający komary, podstawa monofonicznego instrumentu muzycznego. A zastosowanie zewnętrznych czujników lub urządzeń sterujących w obwodzie bazowym tranzystora VT1 pozwala uzyskać strażnika, wskaźnik wilgotności, światła, temperatury i wiele innych projektów.
--
Dziękuję za uwagę!
Igor Kotov, redaktor naczelny magazynu Datagor
Lista źródeł
1. Mosyagin V.V. Sekrety umiejętności krótkofalarstwa. – M.: SOLON-Press. – 2005, 216 s. (s. 47 - 64).2. Szustow M.A. Praktyczny obwód. 450 przydatnych schematów dla radioamatorów. Księga 1. - M .: Alteks-A, 2001. - 352 s.
3. Szustow M.A. Praktyczny obwód. Kontrola i ochrona zasilaczy. Księga 4. - M .: Alteks-A, 2002. - 176 s.
4. Migacz niskiego napięcia. (Zagranica) // Radio, 1998, nr 6, s. 64.
5.
6.
7.
8. Szewc C. Amatorskie obwody sterowania i sygnalizacji na IS. - M: Mir, 1989 (schemat 46. Prosty wskaźnik rozładowania baterii, s. 104; schemat 47. Znacznik szuflady (migający), s. 105).
9. Generator na LM3909 // Schemat radiowy, 2008, nr 2. Specjalność dyplomowa - inżynier radiowy, dr hab.
Autor książek „Młodemu radioamatorowi do czytania z lutownicą”, „Tajemnice umiejętności krótkofalarstwa”, współautor serii książek „Do czytania z lutownicą” w wydawnictwie „SOLON- Press”, mam publikacje w czasopismach „Radio”, „Instrumenty i Techniki Eksperymentalne” itp. .
Głos czytelnika
Artykuł został zaakceptowany przez 66 czytelników.
Aby wziąć udział w głosowaniu, zarejestruj się i wejdź na stronę podając swoją nazwę użytkownika i hasło.W tym artykule porozmawiamy o multiwibratorze, jak to działa, jak podłączyć obciążenie do multiwibratora i obliczyć symetryczny multiwibrator tranzystorowy.
multiwibrator- Jest to prosty generator fali prostokątnej, który działa w trybie oscylatora. Do działania potrzebuje tylko baterii lub innego źródła zasilania. Rozważ najprostszy symetryczny multiwibrator tranzystorowy. Jego schemat pokazano na rysunku. Multiwibrator może być skomplikowany w zależności od wymaganych funkcji do wykonania, ale wszystkie elementy pokazane na rysunku są obowiązkowe, bez nich multiwibrator nie będzie działał.
Działanie multiwibratora symetrycznego opiera się na procesach ładowania-rozładowania kondensatorów, które wraz z rezystorami tworzą łańcuchy RC.
O działaniu łańcuchów RC pisałem wcześniej w moim artykule Kondensator, który można przeczytać na mojej stronie. Jeśli w Internecie znajdziesz materiał o symetrycznym multiwibratorze, jest on przedstawiony krótko i niezrozumiale. Ta okoliczność nie pozwala początkującym radioamatorom niczego zrozumieć, a jedynie pomaga doświadczonym inżynierom elektronikom coś zapamiętać. Na prośbę jednego z odwiedzających moją stronę postanowiłem zlikwidować tę lukę.
Jak działa multiwibrator?
W początkowej chwili zasilania kondensatory C1 i C2 są rozładowane, więc ich rezystancja prądowa jest niewielka. Niska rezystancja kondensatorów powoduje, że dochodzi do „szybkiego” otwarcia tranzystorów, spowodowanego przepływem prądu:
- VT2 po drodze (pokazane na czerwono): "+ zasilanie> rezystor R1> niska rezystancja rozładowanego C1> złącze baza-emiter VT2> - zasilanie";
- VT1 po drodze (pokazane na niebiesko): "+ zasilanie> rezystor R4> niska rezystancja rozładowanego C2> złącze baza-emiter VT1> - zasilanie".
Jest to „nieustalony” tryb działania multiwibratora. Trwa to bardzo krótko, uwarunkowane jedynie szybkością tranzystorów. A dwa absolutnie identyczne tranzystory nie istnieją. Który tranzystor otwiera się szybciej, ten pozostanie otwarty - „zwycięzca”. Załóżmy, że na naszym schemacie okazało się, że jest to VT2. Następnie, poprzez niską rezystancję rozładowanego kondensatora C2 i niską rezystancję złącza kolektor-emiter VT2, podstawa tranzystora VT1 zostanie zamknięta do emitera VT1. W rezultacie tranzystor VT1 zostanie zmuszony do zamknięcia - „zostanie pokonany”.
Ponieważ tranzystor VT1 jest zamknięty, następuje „szybkie” ładowanie kondensatora C1 wzdłuż ścieżki: „+ źródło zasilania> rezystor R1> niska rezystancja rozładowanego C1> złącze baza-emiter VT2> - źródło zasilania”. Ładowanie to występuje prawie do napięcia zasilania.
Jednocześnie kondensator C2 jest ładowany prądem o odwrotnej polaryzacji wzdłuż ścieżki: „+ źródło zasilania> rezystor R3> niska rezystancja rozładowanego C2> złącze kolektor-emiter VT2> - źródło zasilania”. Czas trwania ładowania jest określony przez wartości R3 i C2. Określają czas, w którym VT1 jest w stanie zamkniętym.
Gdy kondensator C2 zostanie naładowany do napięcia w przybliżeniu równego napięciu 0,7-1,0 woltów, jego rezystancja wzrośnie, a tranzystor VT1 otworzy się przy napięciu przyłożonym wzdłuż ścieżki: „+ zasilanie> rezystor R3> złącze baza-emiter VT1> - źródło zasilania”. W takim przypadku napięcie naładowanego kondensatora C1, poprzez otwarte złącze kolektor-emiter VT1, zostanie przyłożone do złącza emiter-baza tranzystora VT2 z odwrotną polaryzacją. W rezultacie VT2 zamknie się, a prąd, który wcześniej przepływał przez otwarte złącze kolektor-emiter VT2, przepłynie przez obwód: „+ zasilanie> rezystor R4> niska rezystancja C2> złącze baza-emiter VT1> - źródło zasilania” . Ten obwód szybko naładuje kondensator C2. Od tego momentu rozpoczyna się „stały” tryb autogeneracji.
Działanie multiwibratora symetrycznego w trybie generacji „stacjonarnej”.
Rozpoczyna się pierwsza połowa cyklu pracy (oscylacji) multiwibratora.
Przy otwartym tranzystorze VT1 i zamkniętym VT2, jak właśnie napisałem, kondensator C2 jest szybko ładowany (od napięcia 0,7 ... 1,0 wolta jednej biegunowości do napięcia zasilania o przeciwnej biegunowości) wzdłuż obwodu: „+ moc zasilanie> rezystor R4> niska rezystancja C2> złącze baza-emiter VT1> - zasilanie. Ponadto kondensator C1 jest powoli ładowany (od napięcia zasilania jednej biegunowości do napięcia 0,7 ... 1,0 wolta przeciwnej biegunowości) wzdłuż obwodu: „+ zasilanie> rezystor R2> prawa płyta C1 > lewa płytka C1> złącze kolektor-emiter tranzystora VT1> - zasilanie".
Kiedy w wyniku przeładowania C1 napięcie na bazie VT2 osiągnie wartość +0,6 wolta względem emitera VT2, tranzystor otworzy się. Dlatego napięcie naładowanego kondensatora C2, poprzez otwarte złącze kolektor-emiter VT2, zostanie przyłożone do złącza emiter-baza tranzystora VT1 z odwrotną polaryzacją. VT1 zostanie zamknięty.
Rozpoczyna się druga połowa cyklu pracy (oscylacji) multiwibratora.
Gdy tranzystor VT2 jest otwarty, a VT1 jest zamknięty, kondensator C1 jest szybko ładowany (od napięcia 0,7 ... 1,0 wolta jednej biegunowości do napięcia zasilania o przeciwnej biegunowości) wzdłuż obwodu: „+ zasilanie> rezystor R1> niska rezystancja C1> złącze baza-emiter VT2> - zasilanie". Ponadto następuje powolne ładowanie kondensatora C2 (od napięcia zasilania jednej biegunowości do napięcia 0,7 ... 1,0 wolta o przeciwnej biegunowości) wzdłuż obwodu: „prawa płyta C2> kolektor- złącze emiterowe tranzystora VT2> - zasilanie> + źródło zasilania> rezystor R3> lewa płytka C2. Kiedy napięcie na bazie VT1 osiągnie +0,6 wolta w stosunku do emitera VT1, tranzystor otworzy się. Dlatego napięcie naładowanego kondensatora C1, poprzez otwarte złącze kolektor-emiter VT1, zostanie przyłożone do złącza emiter-baza tranzystora VT2 z odwrotną polaryzacją. VT2 zostanie zamknięty. Na tym kończy się druga połowa cyklu oscylacji multiwibratora, a pierwsza połowa cyklu zaczyna się od nowa.
Proces jest powtarzany do momentu odłączenia multiwibratora od źródła zasilania.
Sposoby podłączenia obciążenia do symetrycznego multiwibratora
Impulsy prostokątne są pobierane z dwóch punktów symetrycznego multiwibratora- kolektory tranzystorów. Gdy na jednym kolektorze jest „wysoki” potencjał, to na drugim jest „niski” potencjał (nie ma go) i odwrotnie - gdy na jednym wyjściu jest „niski” potencjał, to „wysoki” na inne. Widać to wyraźnie na poniższej osi czasu.
Obciążenie multiwibratora musi być połączone równolegle z jednym z rezystorów kolektora, ale w żadnym wypadku równolegle ze złączem tranzystora kolektor-emiter. Nie można bocznikować tranzystora z obciążeniem. Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony, zmieni się przynajmniej czas trwania impulsów, a maksymalnie multiwibrator nie będzie działał. Poniższy rysunek pokazuje, jak prawidłowo podłączyć obciążenie i jak tego nie robić.
Aby obciążenie nie wpływało na sam multiwibrator, musi mieć wystarczającą impedancję wejściową. W tym celu zwykle stosuje się stopnie tranzystorów buforowych.
Przykład pokazuje podłączenie niskooporowej głowicy dynamicznej do multiwibratora. Dodatkowy rezystor zwiększa rezystancję wejściową stopnia buforowego, a tym samym eliminuje wpływ stopnia buforowego na tranzystor multiwibratora. Jego wartość musi być co najmniej 10 razy większa od wartości rezystora kolektora. Połączenie dwóch tranzystorów w schemacie „tranzystor kompozytowy” znacznie zwiększa prąd wyjściowy. W takim przypadku prawidłowe jest podłączenie obwodu baza-emiter stopnia buforowego równolegle z rezystorem kolektora multiwibratora, a nie równolegle ze złączem kolektor-emiter tranzystora multiwibratora.
Do podłączenia głowicy dynamicznej o wysokiej impedancji do multiwibratora etap buforowy nie jest potrzebny. Głowica jest podłączona zamiast jednego z rezystorów kolektora. Jedynym warunkiem, który musi być spełniony jest to, aby prąd płynący przez głowicę dynamiczną nie mógł przekroczyć maksymalnego prądu kolektora tranzystora.
Jeśli chcesz podłączyć zwykłe diody LED do multiwibratora- aby zrobić flasher, nie są do tego wymagane kaskady buforów. Można je łączyć szeregowo z rezystorami kolektorowymi. Wynika to z faktu, że prąd diody LED jest mały, a spadek napięcia na niej podczas pracy nie przekracza jednego wolta. Dlatego nie mają żadnego wpływu na działanie multiwibratora. To prawda, że \u200b\u200bnie dotyczy to super jasnych diod LED, w których prąd roboczy jest wyższy, a spadek napięcia może wynosić od 3,5 do 10 woltów. Ale w tym przypadku istnieje wyjście - zwiększyć napięcie zasilania i zastosować tranzystory o dużej mocy, zapewniające wystarczający prąd kolektora.
Należy pamiętać, że kondensatory tlenkowe (elektrolityczne) są połączone plusami z kolektorami tranzystorów. Wynika to z faktu, że na podstawach tranzystorów bipolarnych napięcie nie wzrasta powyżej 0,7 wolta względem emitera, aw naszym przypadku emitery mają minus mocy. Ale na kolektorach tranzystorów napięcie zmienia się prawie od zera do napięcia źródła zasilania. Kondensatory tlenkowe nie są w stanie pełnić swojej funkcji, gdy są podłączone z odwrotną polaryzacją. Oczywiście, jeśli użyjesz tranzystorów o innej strukturze (nie N-P-N, a Struktury P-N-P), wówczas oprócz zmiany polaryzacji źródła zasilania konieczne jest przekręcenie diod LED z katodami „w górę obwodu”, a kondensatorów - plusów do podstaw tranzystorów.
Rozwiążmy to teraz jakie parametry elementów multiwibratora określają prądy wyjściowe i częstotliwość generowania multiwibratora?
Jakie są wartości rezystorów kolektora? Widziałem w niektórych niekompetentnych artykułach internetowych, że wartości rezystorów kolektora są znikome, ale wpływają na częstotliwość multiwibratora. Wszystko to kompletna bzdura! Przy prawidłowym obliczeniu multiwibratora odchylenie wartości tych rezystorów ponad pięciokrotnie od obliczonego nie zmieni częstotliwości multiwibratora. Najważniejsze jest to, że ich rezystancja powinna być mniejsza niż rezystory bazowe, ponieważ rezystory kolektora zapewniają szybkie ładowanie kondensatorów. Ale z drugiej strony wartości rezystorów kolektora są głównymi wartościami do obliczenia zużycia energii ze źródła zasilania, którego wartość nie powinna przekraczać mocy tranzystorów. Jeśli to rozgryziesz, to przy odpowiednim połączeniu nie mają one nawet bezpośredniego wpływu na moc wyjściową multiwibratora. Ale czas między przełączaniem (częstotliwość multiwibratora) jest określony przez „powolne” ładowanie kondensatorów. O czasie ładowania decydują wartości łańcuchów RC - podstawowych rezystorów i kondensatorów (R2C1 i R3C2).
Multiwibrator, choć nazywany jest symetrycznym, dotyczy to tylko obwodów jego budowy i może generować zarówno symetryczne, jak i niesymetryczne impulsy wyjściowe. Czas trwania impulsu ( wysoki poziom) na kolektorze VT1 jest określony przez wartości R3 i C2, a czas trwania impulsu (poziom wysoki) na kolektorze VT2 jest określony przez wartości R2 i C1.
Czas ładowania kondensatorów określa prosty wzór, gdzie Tau to czas trwania impulsu w sekundach, R jest rezystancją rezystora w omach, Z to pojemność kondensatora w faradach:
Tak więc, jeśli jeszcze nie zapomniałeś, co napisano w tym artykule kilka akapitów wcześniej:
Jeśli równe R2=R3 I C1=C2, na wyjściach multiwibratora pojawi się „meander” - prostokątne impulsy o czasie trwania równym przerwom między impulsami, które widać na rysunku.
Pełny okres oscylacji multiwibratora - T jest równa sumie czasu trwania impulsu i pauzy:
Częstotliwość oscylacji F(Hz) związane z okresem T(s) poprzez stosunek:
Z reguły, jeśli w Internecie są jakieś obliczenia obwodów radiowych, jest ich niewiele. Dlatego obliczymy elementy multiwibratora symetrycznego na przykładzie .
Jak każda kaskada tranzystorowa, obliczenia należy przeprowadzić od końca - wyjścia. A na wyjściu mamy stopień buforowy, dalej są rezystory kolektorowe. Rezystory kolektorowe R1 i R4 pełnią funkcję ładowania tranzystorów. Rezystory kolektora nie mają wpływu na częstotliwość generowania. Są one obliczane na podstawie parametrów wybranych tranzystorów. W ten sposób najpierw obliczamy rezystory kolektora, następnie rezystory podstawowe, następnie kondensatory, a następnie stopień bufora.
Kolejność i przykład obliczania tranzystorowego multiwibratora symetrycznego
Wstępne dane:
Napięcie zasilania Ui.str. = 12 V.
Wymagana częstotliwość multiwibratora F = 0,2 Hz (T = 5 sekund), a czas trwania impulsu jest równy 1 (sekundę.
Żarówka samochodowa służy jako obciążenie. 12 woltów, 15 watów.
Jak zgadłeś, obliczymy flasher, który będzie migał raz na pięć sekund, a czas trwania poświaty wyniesie 1 sekundę.
Wybór tranzystorów do multiwibratora. Na przykład mamy najczęstsze tranzystory w czasach sowieckich KT315G.
Dla nich: Pmax=150mW; Imaks=150 mA; h21>50.
Tranzystory do stopnia buforowego dobierane są na podstawie prądu obciążenia.
Aby nie przedstawiać dwa razy obwodu, już podpisałem wartości elementów na schemacie. Ich obliczenie podano w dalszej części decyzji.
Rozwiązanie:
1. Przede wszystkim należy zrozumieć, że praca tranzystora przy dużych prądach w trybie kluczowym jest najbezpieczniejsza dla samego tranzystora niż praca w trybie wzmacniającym. Nie ma więc potrzeby obliczania mocy dla stanu przejściowego w momentach przejścia sygnału przemiennego, przez punkt pracy „B” trybu statycznego tranzystora – przejście ze stanu otwartego do zamkniętego i wzajemnie. Dla obwody impulsowe zbudowany na tranzystory bipolarne, zwykle obliczają moc dla tranzystorów w stanie otwartym.
Najpierw określamy maksymalne rozproszenie mocy tranzystorów, które powinno być o 20 procent mniejsze (współczynnik 0,8) niż maksymalna moc tranzystora wskazana w książce referencyjnej. Ale dlaczego mielibyśmy wbijać multiwibrator w sztywną ramę wysokich prądów? Tak, a ze zwiększonej mocy zużycie energii ze źródła zasilania będzie duże, ale korzyści będą niewielkie. Dlatego po ustaleniu maksymalnego rozpraszania mocy tranzystorów zmniejszymy je 3 razy. Dalsza redukcja mocy rozpraszanej jest niepożądana, ponieważ praca multiwibratora na tranzystorach bipolarnych w trybie niskoprądowym jest zjawiskiem „niestabilnym”. Jeśli zasilacz jest używany nie tylko do multiwibratora lub nie jest całkiem stabilny, częstotliwość multiwibratora również będzie „pływać”.
Określ maksymalne rozproszenie mocy: Pras.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150mW = 120mW
Określamy znamionowe rozpraszanie mocy: Pras.nom. = 120 / 3 = 40mW
2. Wyznaczyć prąd kolektora w stanie otwartym: Ik0 = Pras.nom. / Ui.str. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA
Przyjmijmy to jako maksymalny prąd kolektora.
3. Znajdź wartość rezystancji i mocy obciążenia kolektora: Rk.total = Ui.p. / Ik0 = 12V / 3,3mA = 3,6 kOhm
Wybieramy rezystory jak najbliżej 3,6 kOhm w istniejącym zakresie nominalnym. W nominalnej serii rezystorów występuje wartość nominalna 3,6 kOhm, dlatego najpierw rozważamy wartość rezystorów kolektora R1 i R4 multiwibratora: Rk \u003d R1 \u003d R4 \u003d 3,6 kOhm.
Moc rezystorów kolektora R1 i R4 jest równa znamionowemu rozpraszaniu mocy tranzystorów Pras.nom. = 40mW. Stosujemy rezystory o mocy przekraczającej podany Pras.nom. - typ MLT-0.125.
4. Przejdźmy do obliczenia podstawowych rezystorów R2 i R3. Ich wartość znajduje się na podstawie wzmocnienia tranzystorów h21. Jednocześnie, aby multiwibrator działał niezawodnie, wartość rezystancji musi mieścić się w granicach: 5-krotności rezystancji rezystorów kolektora i mniejszej niż iloczyn Rk * h21. W naszym przypadku Rmin \u003d 3,6 * 5 \u003d 18 kOhm i Rmax \u003d 3,6 * 50 \u003d 180 kOhm
Tym samym wartości rezystancji Rb (R2 i R3) mogą mieścić się w przedziale 18...180 kOhm. Wstępnie wybieramy wartość średnią = 100 kOhm. Ale to nie jest ostateczne, ponieważ musimy podać wymaganą częstotliwość multiwibratora, a jak pisałem wcześniej, częstotliwość multiwibratora zależy bezpośrednio od rezystorów bazowych R2 i R3, a także od pojemności kondensatorów.
5. Oblicz pojemności kondensatorów C1 i C2 iw razie potrzeby przelicz wartości R2 i R3.
Wartości pojemności kondensatora C1 i rezystancji rezystora R2 określają czas trwania impulsu wyjściowego na kolektorze VT2. To właśnie podczas działania tego impulsu nasza żarówka powinna się zaświecić. W tym stanie czas trwania impulsu został ustawiony na 1 sekundę.
określić pojemność kondensatora: C1 \u003d 1 s / 100 kOhm \u003d 10 uF
Kondensator o pojemności 10 mikrofaradów jest dostępny w zakresie nominalnym, więc nam odpowiada.
Wartości pojemności kondensatora C2 i rezystancji rezystora R3 określają czas trwania impulsu wyjściowego na kolektorze VT1. To właśnie podczas działania tego impulsu na kolektorze VT2 działa "pauza" i nasza kontrolka nie powinna się zaświecić. W warunku ustawiono pełny okres 5 sekund z czasem trwania impulsu 1 sekundę. Dlatego czas trwania pauzy wynosi 5 sekund - 1 sekunda = 4 sekundy.
Zmieniając formułę czasu ładowania, my określić pojemność kondensatora: C2 \u003d 4sec / 100kOhm \u003d 40 uF
Kondensator 40 uF nie znajduje się w serii nominalnej, więc nam nie pasuje, a kondensator 47 uF weźmiemy jak najbliżej niego. Ale jak rozumiesz, czas „pauzy” również się zmieni. Aby temu zapobiec, my ponownie obliczyć rezystancję rezystora R3 na podstawie czasu trwania przerwy i pojemności kondensatora C2: R3 = 4 s / 47 uF = 85 kΩ
Zgodnie z szeregiem nominalnym najbliższa wartość rezystancji rezystora wynosi 82 kOhm.
Otrzymaliśmy więc wartości elementów multiwibratora:
R1 = 3,6 kΩ, R2 = 100 kΩ, R3 = 82 kΩ, R4 = 3,6 kΩ, C1 = 10 uF, C2 = 47 uF.
6. Oblicz wartość rezystora R5 stopnia buforowego.
Rezystancja dodatkowego rezystora ograniczającego R5 w celu wyeliminowania wpływu na multiwibrator jest wybierana co najmniej 2 razy w stosunku do rezystancji rezystora kolektora R4 (aw niektórych przypadkach więcej). Jego rezystancja wraz z rezystancją złączy emiter-baza VT3 i VT4 w tym przypadku nie wpłynie na parametry multiwibratora.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kΩ
Zgodnie z szeregiem nominalnym najbliższy rezystor ma 7,5 kOhm.
Przy wartości rezystora R5 = 7,5 kOhm prąd sterujący stopnia buforowego będzie równy:
ja ex. \u003d (Ui.p. - Ube) / R5 \u003d (12v - 1,2v) / 7,5 kOhm \u003d 1,44 mA
Poza tym tak jak pisałem wcześniej wartość obciążenia kolektora tranzystorów multiwibratora nie wpływa na jego częstotliwość więc jak nie masz takiego rezystora to możesz go zastąpić inną "zamkniętą" wartością (5... 9 kiloomów). Lepiej jest, jeśli jest to w kierunku malejącym, aby nie było spadku prądu sterującego na etapie buforowania. Należy jednak pamiętać, że dodatkowy rezystor jest dodatkowym obciążeniem tranzystora VT2 multiwibratora, więc prąd przepływający przez ten rezystor sumuje się z prądem rezystora kolektora R4 i jest obciążeniem dla tranzystora VT2: Ittotal \u003d Ik + Iupr. = 3,3mA + 1,44mA = 4,74mA
Całkowite obciążenie kolektora tranzystora VT2 mieści się w normalnych granicach. Jeśli przekracza maksymalny prąd kolektora określony w książce referencyjnej i pomnożony przez współczynnik 0,8, zwiększ rezystancję R4, aż prąd obciążenia zostanie wystarczająco zmniejszony, lub użyj mocniejszego tranzystora.
7. Musimy dostarczyć prąd do żarówki W \u003d Rn / Ui.p. = 15 W / 12 V = 1,25 A
Ale prąd sterujący stopnia bufora wynosi 1,44 mA. Prąd multiwibratora należy zwiększyć o wartość równą stosunkowi:
w / ja np. = 1,25 A / 0,00144 A = 870 razy.
Jak to zrobić? Dla znacznego wzrostu prądu wyjściowego użyj kaskad tranzystorowych zbudowanych zgodnie ze schematem „tranzystora kompozytowego”. Pierwszy tranzystor jest zwykle małej mocy (użyjemy KT361G), ma największe wzmocnienie, a drugi musi zapewniać wystarczający prąd obciążenia (weźmy nie mniej powszechny KT814B). Następnie ich zyski h21 są mnożone. Czyli dla tranzystora KT361G h21>50, a dla tranzystora KT814B h21=40. A ogólny współczynnik przenoszenia tych tranzystorów, połączonych zgodnie ze schematem „tranzystora kompozytowego”: h21 = 50 * 40 = 2000. Liczba ta wynosi ponad 870, więc te tranzystory wystarczą do napędzania żarówki.
Cóż, to wszystko!
Jeśli spojrzeć, cała elektronika składa się z dużej liczby pojedynczych cegieł. Są to tranzystory, diody, rezystory, kondensatory, elementy indukcyjne. A z tych cegieł możesz dodać co chcesz.
Od nieszkodliwej zabawki dla dzieci, która wydaje np. dźwięk „miau”, po system naprowadzania pocisków balistycznych z ośmiomegatonową wielogłowicową głowicą.
Jednym z bardzo znanych i często stosowanych układów w elektronice jest multiwibrator symetryczny, czyli urządzenie elektroniczne generujące (generujące) oscylacje o kształcie zbliżonym do prostokątnego.
Multiwibrator jest montowany na dwóch tranzystorach lub obwody logiczne z dodatkowymi elementami. W rzeczywistości jest to wzmacniacz dwustopniowy z obwodem dodatnim informacja zwrotna(punkt sprzedaży). Oznacza to, że wyjście drugiego stopnia jest połączone przez kondensator z wejściem pierwszego stopnia. W rezultacie wzmacniacz, dzięki dodatniemu sprzężeniu zwrotnemu, zamienia się w generator.
Aby multiwibrator zaczął generować impulsy wystarczy podłączyć napięcie zasilające. Multiwibratory mogą być symetryczny I asymetryczny.
Rysunek przedstawia schemat symetrycznego multiwibratora.
W multiwibratorze symetrycznym wartości elementów każdego z dwóch ramion są dokładnie takie same: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Jeśli spojrzysz na przebieg sygnału wyjściowego multiwibratora symetrycznego, łatwo zauważysz, że prostokątne impulsy i przerwy między nimi są takie same w czasie. tętno ( t i) = t przerwy ( t str). Rezystory w obwodach kolektorów tranzystorów nie wpływają na parametry impulsu, a ich wartość dobierana jest w zależności od rodzaju zastosowanego tranzystora.
Częstotliwość powtarzania impulsów takiego multiwibratora można łatwo obliczyć za pomocą prostego wzoru:
Gdzie f to częstotliwość w hercach (Hz), C to pojemność w mikrofaradach (uF), a R to rezystancja w kiloomach (kΩ). Na przykład: C \u003d 0,02 uF, R \u003d 39 kOhm. Podstawiamy do wzoru, wykonujemy czynności i uzyskujemy częstotliwość w zakresie audio w przybliżeniu równą 1000 Hz, a raczej 897,4 Hz.
Taki multiwibrator sam w sobie jest nieciekawy, ponieważ wydaje jeden niemodulowany „pip”, ale jeśli z elementami wybierzemy częstotliwość 440 Hz, a to jest nuta A pierwszej oktawy, to otrzymamy miniaturowy kamerton , za pomocą którego można na przykład nastroić gitarę podczas wędrówki. Jedyne, co trzeba zrobić, to dodać pojedynczy stopień wzmacniacza tranzystorowego i miniaturowy głośnik.
Następujące parametry są uważane za główne cechy sygnału impulsowego:
Częstotliwość. Jednostka miary (Hz) Herc. 1 Hz to jedna oscylacja na sekundę. Częstotliwości odbierane przez ludzkie ucho mieszczą się w przedziale 20 Hz - 20 kHz.
Czas trwania impulsu. Mierzone w ułamkach sekundy: mile, mikro, nano, piko i tak dalej.
Amplituda. W rozważanym multiwibratorze regulacja amplitudy nie jest zapewniona. W urządzeniach profesjonalnych stosuje się zarówno skokową, jak i płynną regulację amplitudy.
cykl pracy. Stosunek okresu (T) do czasu trwania impulsu ( T). Jeśli długość impulsu wynosi 0,5 okresu, to cykl pracy wynosi dwa.
Na podstawie powyższego wzoru łatwo jest obliczyć multiwibrator dla prawie każdej częstotliwości, z wyjątkiem wysokich i bardzo wysokich częstotliwości. Działa tu kilka innych zasad fizycznych.
Aby multiwibrator dawał kilka dyskretnych częstotliwości, wystarczy umieścić przełącznik dwusekcyjny i pięć do sześciu kondensatorów o różnych pojemnościach, naturalnie takich samych w każdym ramieniu, i wybrać żądaną częstotliwość za pomocą przełącznika. Rezystory R2, R3 również wpływają na częstotliwość i cykl pracy i mogą być zmienne. Oto kolejny obwód multiwibratora z regulowaną częstotliwością przełączania.
Zmniejszenie rezystancji rezystorów R2 i R4 poniżej określonej wartości w zależności od rodzaju zastosowanych tranzystorów może spowodować awarię generacji i multiwibrator nie będzie działał, dlatego w szereg z rezystorami R2 i R4 można podłączyć rezystor zmienny R3, który może wybrać częstotliwość przełączania multiwibratora.
Praktyczne zastosowanie multiwibratora symetrycznego jest bardzo szerokie. Puls Inżynieria komputerowa, radiowych urządzeń pomiarowych w produkcji sprzętu AGD. Wiele unikalnych urządzeń medycznych zbudowanych jest na obwodach opartych na tym samym multiwibratorze.
Ze względu na wyjątkową prostotę i niski koszt multiwibrator znalazł szerokie zastosowanie w zabawkach dla dzieci. Oto przykład konwencjonalnej lampy błyskowej LED.
Przy wartościach kondensatorów elektrolitycznych C1, C2 i rezystorów R2, R3 wskazanych na schemacie częstotliwość impulsowania wyniesie 2,5 Hz, co oznacza, że diody LED będą migać mniej więcej dwa razy na sekundę. Możesz użyć obwodu zaproponowanego powyżej i dołączyć rezystor zmienny wraz z rezystorami R2, R3. Dzięki temu będzie można zobaczyć, jak zmieni się częstotliwość błysków diod, gdy zmieni się rezystancja. rezystor zmienny. Możesz umieścić kondensatory o różnych wartościach znamionowych i obserwować wynik.
Będąc jeszcze uczniem, zmontowałem przełącznik girlandy choinkowej na multiwibratorze. Wszystko się udało, ale kiedy podłączyłem girlandy, moje urządzenie zaczęło je przełączać z bardzo dużą częstotliwością. Z tego powodu w sąsiednim pokoju telewizor zaczął pokazywać z dzikim szumem, a przekaźnik elektromagnetyczny w obwodzie trzeszczał jak karabin maszynowy. Było to zarówno radosne (to działa!), jak i trochę przerażające. Rodzice byli oburzeni.
Taka irytująca wpadka ze zbyt częstym przełączaniem nie dawała mi spokoju. Sprawdziłem obwód i kondensatory według wartości nominalnej były tymi, które były potrzebne. Nie wziąłem pod uwagę tylko jednego.
Kondensatory elektrolityczne były bardzo stare i wyschły. Ich pojemność była niewielka i w ogóle nie odpowiadała tej wskazanej na ich obudowie. Ze względu na małą pojemność multiwibrator pracował z wyższą częstotliwością i zbyt często przełączał girlandy.
W tamtym czasie nie miałem żadnych przyrządów, które mogłyby zmierzyć pojemność kondensatorów. Tak, i użyłem testera ze wskaźnikiem, a nie nowoczesnego multimetru cyfrowego.
Dlatego jeśli twój multiwibrator wytwarza zawyżoną częstotliwość, najpierw sprawdź kondensatory elektrolityczne. Na szczęście teraz za niewielkie pieniądze można kupić uniwersalny tester komponentów radiowych, za pomocą którego można zmierzyć pojemność kondensatora.
W tym artykule opiszę szczegółowo, jak zrobić multiwibrator, który jest pierwszym obwodem prawie co drugiego radioamatora. Jak wiemy, multiwibrator jest urządzeniem elektronicznym generującym oscylacje elektryczne zbliżone kształtem do prostokątnego, co odzwierciedla jego nazwa: "multi-wiele", "wibro-oscylacja". Innymi słowy, multiwibrator jest generatorem prostokątnych impulsów typu relaksacyjnego z dodatnim sprzężeniem rezystancyjno-pojemnościowym, wykorzystującym dwustopniowy wzmacniacz zamknięty w pierścieniu dodatniego sprzężenia zwrotnego. Gdy multiwibrator pracuje w trybie samooscylacyjnym, generowane są okresowo powtarzające się impulsy prostokątne. Częstotliwość generowanych impulsów jest określona przez parametry układu czasowego, właściwości układu oraz sposób jego zasilania. Podłączone obciążenie wpływa również na częstotliwość samooscylacji. Zazwyczaj multiwibrator jest używany jako generator stosunkowo długich impulsów, które są następnie wykorzystywane do generowania impulsów o wymaganym czasie trwania i amplitudzie.Działanie obwodu multiwibratora
Symetryczny multiwibrator na tranzystorach
Schematycznie składa się multiwibrator z dwóch stopni wzmacniających ze wspólnym emiterem, przy czym napięcie wyjściowe każdego z nich jest podawane na wejście drugiego. Gdy obwód jest podłączony do źródła zasilania Ek, oba tranzystory przechodzą przez punkty kolektora - ich punkty pracy znajdują się w obszarze aktywnym, ponieważ do podstaw jest przykładane ujemne obciążenie przez rezystory RB1 i RB2. Jednak ten stan obwodu jest niestabilny. Dzięki obecności w obwodzie dodatniego sprzężenia zwrotnego warunek ?Ku>1 jest spełniony i dwustopniowy wzmacniacz jest samowzbudny. Rozpoczyna się proces regeneracji - gwałtowny wzrost prądu jednego tranzystora i spadek prądu drugiego tranzystora. Niech prąd IK1 tranzystora VT1 nieznacznie wzrośnie w wyniku dowolnej przypadkowej zmiany napięć na podstawach lub kolektorach. Zwiększy to spadek napięcia na rezystorze RK1, a kolektor tranzystora VT1 otrzyma przyrost potencjału dodatniego. Ponieważ napięcie na kondensatorze SB1 nie może zmienić się natychmiast, ten przyrost jest przykładany do podstawy tranzystora VT2, blokując go. W tym samym czasie prąd kolektora IK2 maleje, napięcie na kolektorze tranzystora VT2 staje się bardziej ujemne i przechodząc przez kondensator SB2 do podstawy tranzystora VT1, otwiera go jeszcze bardziej, zwiększając prąd IK1. Proces ten przebiega jak lawina i kończy się faktem, że tranzystor VT1 przechodzi w tryb nasycenia, a tranzystor VT2 w tryb odcięcia. Obwód wchodzi w jeden z chwilowo stabilnych stanów równowagi. W tym przypadku stan otwarty tranzystora VT1 zapewnia polaryzacja ze źródła zasilania Ek przez rezystor RB1, a stan zablokowany tranzystora VT2 zapewnia dodatnie napięcie na kondensatorze SB1 (Ucm = UB2 > 0 ), który jest podłączony przez otwarty tranzystor VT1 do przerwy baza-emiter tranzystora VT2.
Do budowy multiwibratora z komponentów radiowych potrzebujemy:1. Dwa tranzystory typu KT315.
2. Dwa kondensatory elektrolityczne na 16 V, 10-200 mikrofaradów (im mniejsza pojemność, tym więcej miga).
3. 4 rezystory o wartości nominalnej: 100-500 omów 2 sztuki (jeśli ustawisz 100 omów, obwód będzie działał nawet od 2,5 V), 10 kOhm 2 sztuki. Wszystkie rezystory mają moc 0,125 wata.
4. Dwie niejasne diody LED (dowolny kolor inny niż biały).
Płytka drukowana w formacie Lay6. Zacznijmy produkcję. Się płytka drukowana wygląda tak:
Lutujemy dwa tranzystory, nie mylmy kolektora z bazą na tranzystorze - to częsty błąd.
Lutujemy kondensatory 10-200 mikrofaradów. Pamiętaj, że kondensatory 10-woltowe są wysoce niepożądane w tym obwodzie, jeśli dostarczasz 12 woltów. Pamiętaj, że kondensatory elektrolityczne mają biegunowość!
Multiwibrator jest prawie gotowy. Pozostaje przylutować diody LED i przewody wejściowe. Zdjęcie gotowego urządzenia wygląda mniej więcej tak:
Aby wszystko stało się dla ciebie jasne, wideo z działania prostego multiwibratora:
W praktyce multiwibratory są stosowane jako generatory impulsów, dzielniki częstotliwości, kształtowniki impulsów, przełączniki bezdotykowe itp. w zabawkach elektronicznych, urządzeniach automatyki, sprzęcie komputerowym i pomiarowym, w przekaźnikach czasowych i urządzeniach nastawczych. był z tobą Gotować-:D . (materiał został przygotowany na zamówienie Demian" A)
Omów artykuł MULTIWIBRATOR