Мультивибратор на транзисторах – это генератор прямоугольных сигналов. Ниже на фото одна из осциллограмм симметричного мультивибратора.
Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы со скважностью два. Подробнее про скважность можно прочитать в статье генератор частоты . Принцип действия симметричного мультивибратора мы будем использовать для поочередного включения светодиодов.
Схема состоит из:
– двух КТ315Б (можно с любой другой буквой)
– двух конденсаторов емкостью по 10 микроФарад
– четырех , два по 300 Ом и два по 27 КилоОм
– двух китайских светодиодов на 3 Вольта
Вот так устройство выглядит на макетной плате :
А вот так он работает:
Для изменения длительности моргания светодиодов можно поменять значения конденсаторов С1 и С2, или резисторов R2 и R3.
Существуют также другие разновидности мультивибраторов. Подробнее о них можно прочитать . Также там описан принцип работы симметричного мультивибратора.
Кому лень собирать такое устройство, можно приобрести готовое;-) На Алике я даже находил готовое устройство. Его можете глянуть по этой ссылке.
Вот видео, где подробно описывается, как работает мультивибратор:
Если разобраться, вся электроника состоит из большого числа отдельных кирпичиков. Это транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы. А уже из этих кирпичиков можно сложить всё, что угодно.
От безобидной детской игрушки издающей, например, звук «мяу», до системы наведения баллистической ракеты с разделяющейся головной частью на восемь мегатонных зарядов.
Одной из очень известных и часто применяющихся в электронике схем, является симметричный мультивибратор, который представляет собой электронное устройство вырабатывающее (генерирующее) колебания по форме, приближающиеся к прямоугольной.
Мультивибратор собирается на двух транзисторах или логических схемах с дополнительными элементами. По сути это двухкаскадный усилитель с цепью положительной обратной связи (ПОС). Это значит, что выход второго каскада соединён через конденсатор со входом первого каскада. В результате усилитель за счёт положительной обратной связи превращается в генератор.
Для того чтобы мультивибратор начал генерировать импульсы достаточно подключить напряжение питания. Мультивибраторы могут быть симметричными и несимметричными .
На рисунке представлена схема симметричного мультивибратора.
В симметричном мультивибраторе номиналы элементов каждого из двух плеч абсолютно одинаковы: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Если посмотреть на осциллограмму выходного сигнала симметричного мультивибратора, то легко заметить, что прямоугольные импульсы и паузы между ними одинаковы по времени. t импульса (t и ) = t паузы (t п ). Резисторы в коллекторных цепях транзисторов не влияют на параметры импульсов, и их номинал подбирается в зависимости от типа применяемого транзистора.
Частота следования импульсов такого мультивибратора легко высчитывается по несложной формуле:
Где f - частота в герцах (Гц), С - ёмкость в микрофарадах (мкФ) и R - сопротивление в килоомах (кОм). Например: С = 0,02 мкФ, R = 39 кОм. Подставляем в формулу, выполняем действия и получаем частоту в звуковом диапазоне приблизительно равную 1000 Гц, а точнее 897,4 Гц.
Сам по себе такой мультивибратор неинтересен, так как он выдаёт один немодулированный «писк», но если элементами подобрать частоту 440 Гц, а это нота Ля первой октавы, то мы получим миниатюрный камертон, с помощью которого можно, например, настроить гитару в походе. Единственно, что нужно сделать, это добавить каскад усилителя на одном транзисторе и миниатюрный динамик.
Основными характеристиками импульсного сигнала принято считать следующие параметры:
Частота . Единица измерения (Гц) Герц. 1 Гц – одно колебание в секунду. Частоты, воспринимаемые человеческим ухом, находятся в диапазоне 20 Гц – 20 кГц.
Длительность импульса . Измеряется в долях секунды: мили, микро, нано, пико и так далее.
Амплитуда . В рассматриваемом мультивибраторе регулировка амплитуды не предусмотрена. В профессиональных приборах используется и ступенчатая и плавная регулировка амплитуды.
Скважность . Отношение периода (Т) к длительности импульса (t ). Если длина импульса равна 0,5 периода, то скважность равна двум.
Исходя из вышеприведенной формулы, легко рассчитать мультивибратор практически на любую частоту за исключением высоких и сверхвысоких частот. Там действуют несколько другие физические принципы.
Для того чтобы мультивибратор выдавал несколько дискретных частот достаточно поставить двухсекционный переключатель и пять шесть конденсаторов разной ёмкости, естественно одинаковые в каждом плече и с помощью переключателя выбирать необходимую частоту. Резисторы R2, R3 так же влияют на частоту и скважность и их можно сделать переменными. Вот ещё одна схема мультивибратора с подстройкой частоты переключения.
Уменьшение сопротивления резисторов R2 и R4 меньше определённой величины зависящей от типа применяемых транзисторов может вызвать срыв генерации и мультивибратор работать не будет, поэтому последовательно с резисторами R2 и R4 можно подключить переменный резистор R3, которым можно подобрат частоту переключений мультивибратора.
Практическое применение симметричного мультивибратора очень обширно. Импульсная вычислительная техника, радиоизмерительная аппаратура при производстве бытовой техники. Очень много уникальной медицинской техники построено на схемах, в основе которых лежит тот самый мультивибратор.
Благодаря исключительной простоте и невысокой стоимости мультивибратор нашёл широкое применение в детских игрушках. Вот пример обычной мигалки на светодиодах .
При указанных на схеме величинах электролитических конденсаторов С1, С2 и резисторов R2, R3 частота импульсов будет 2,5 Гц, а значит, светодиоды будут вспыхивать примерно два раза в секунду. Можно использовать схему, предложенную выше и включить переменный резистор совместно с резисторами R2, R3. Благодаря этому можно будет посмотреть, как будет изменяться частота вспышек светодиодов при изменении сопротивления переменного резистора. Можно поставить конденсаторы разных номиналов и наблюдать за результатом.
Будучи ещё школьником, я собирал на мультивибраторе переключатель ёлочных гирлянд. Всё получилось, но вот когда подключил гирлянды, то мой приборчик стал переключать их с очень высокой частотой. Из-за этого в соседней комнате телевизор стал показывать с дикими помехами, а электромагнитное реле в схеме трещало, как из пулемёта. Было и радостно (работает же!) и немного страшновато. Родители переполошились ненашутку.
Такая досадная промашка со слишком частым переключением не давала мне покоя. И схему проверял, и конденсаторы по номиналу были те, что надо. Не учёл я лишь одного.
Электролитические конденсаторы были очень старые и высохли. Ёмкость их была небольшая и совсем не соответствовала той, что была указана на их корпусе. Из-за низкой ёмкости мультивибратор и работал на более высокой частоте и слишком часто переключал гирлянды.
Приборов, которыми можно было бы измерить ёмкость конденсаторов в то время у меня не было. Да и тестером пользовался стрелочным, а не современным цифровым мультиметром .
Поэтому, если ваш мультивибратор выдаёт завышенную частоту, то первым делом проверяйте электролитические конденсаторы. Благо, сейчас можно за небольшие деньги купить универсальный тестер радиокомпонентов , которым можно измерить ёмкость конденсатора.
Мультивибратор - прибор для создания несинусоидальных колебаний. На выходе получается сигнал любой другой формы, кроме синусоидальной волны. Частота сигнала в мультивибраторе определяется сопротивлением и емкостью, а не индуктивностью и емкостью. Мультивибратор состоит из двух каскадов усилителя, выход каждого каскада подается на вход другого каскада.
Принцип действия мультивибратора
Мультивибратор может создавать волну почти любой формы, в зависимости от двух факторов: сопротивления и емкости каждого из двух каскадов усилителя и от того, откуда в цепи снимается выход.
Например, если сопротивление и емкость двух каскадов равны, один каскад проводит 50% времени и другой каскад проводит 50% времени. Для обсуждения мультивибраторов в этом разделе предполагается, что сопротивление и емкость обоих каскадов равны. Когда эти условия существуют, выходной сигнал является прямоугольной волной.
Бистабильные мультивибраторы (или «флип-флоп») имеют два устойчивых состояния. В устойчивом состоянии один из двух каскадов усилителя находится в состоянии проводимости, а другой каскад не проводит. Для того, чтобы перейти от одного устойчивого состояния к другому, бистабильный мультивибратор должен получить внешний сигнал.
Этот внешний сигнал называется внешним импульсом триггера. Он инициирует переход мультивибратора из одного состояния в другое. Другой триггерный импульс необходим, чтобы перевести цепь обратно в ее исходное состояние. Эти триггерные импульсы называются «запуск» и «перезапуск».
Помимо бистабильного мультивибратора, существуют также моностабильный мультивибратор, который имеет только одно устойчивое состояние и астабильный мультивибратор, который не имеет устойчивого состояния.
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....
Простые схемы самодельных светодиодных мигалок на основе транзисторных мультивибраторов. На рисунке 1 показана схема мультивибратора, переключающего два светодиода. Светодиоды мигают поочередно, то есть, когда горит HL1, светодиод НL2 не горит, а наоборот.
Можно вмонтировать схему в ёлочную игрушку. Когда включено питание игрушка будет мигать. Если светодиоды будут разного цвета, то игрушка будет одновременно с миганием и менять цвет свечения.
Частоту мигания можно изменять подбором сопротивлений резисторов R2 и R3, кстати, если эти резисторы будут не одинаковых сопротивлений можно добиться того, что один светодиод будет светиться дольше другого.
Но, двух светодиодов для даже самой маленькой настольной ёлочки как-то маловато. На рисунке 2 показана схема, переключающая две гирлянды по три светодиода. Светодиодов стало больше, больше и напряжение, необходимое для их питания. Поэтому теперь источник не 5-вольтовый, а 9-вольтовый (или 12-вольтовый).
Рис.1. Схема самой простой мигалки на светодиодах и транзисторах.
Рис.2. Схема простой мигалки на шести светодиодах и двух транзисторах.
Рис. 3. Схема светодиодной мигалкис мощными выходами для нагрузки.
В качестве источника питания можно использовать блок питания от старой телеигровой приставки вроде «Денди» или купить в магазине недорогой «сетевой адаптер» с выходным напряжением 9V или 12V.
И все же, даже шести светодиодов для домашней ёлки недостаточно. Хорошо бы увеличить число светодиодов втрое. Да и светодиоды использовать не простые, а сверх яркие. Но, если в каждой гирлянде будет уже по девять последовательно включенных светодиодов, да еще и сверх ярких, то суммарное напряжение, необходимое для их свечения будет уже 2,3Vх9=20,7V.
Плюс, еще несколько вольт необходимых для функционирования мультивибратора. При том в продаже обычно «сетевые адаптеры» из числа недорогих, не более чем на 12V.
Выйти из положения можно, если разделить светодиоды на три группы по три штуки. И группы включить параллельно. Но это приведет к возрастанию тока через транзисторы и нарушит работу мультивибратора. Впрочем, можно сделать дополнительные усилительные каскады на еще двух транзисторах (рис. 3).
Две гирлянды - хорошо, но они просто мигают поочередно. Вот если бы хотя бы три! Для такого случая существует так называемая схема «трехфазного мультивибратора». Она показана рисунке 4.
Рис.4. Схема мультивибратора на трех транзисторах.
Если в коллекторных цепях транзисторов включить светодиодные гирлянды (рис.5), получится своеобразный эффект бегущего огня. Скорость воспроизведе ния светового эффекта можно регулировать заменяя конденсаторы С1, С2 и С3 конденсаторами других емкостей. А так же заменяя резисторы R2, R4, R6 резисторами другого сопротивления. При увеличении емкости или сопротивления скорость переключения светодиодов снижается.
Рис. 5. Схема мультивибратора для получения эффекта бегущего огня.
А на рисунке 6 - умощненный вариант на 27 светодиодов. В «мигалках» по схемам на рисунках 3 и 6 можно использовать практически любые светодиоды, но все же желательно сверх яркие или супер яркие.
Рис. 6. Схема умощненного варианта мигалки на 27 светодиодах.
Монтаж можно выполнить на макетных печатных платах, которые продаются в магазинах радиодеталей. Либо вообще без плат, спаяв детали между собой.
