Принцип работы мультивибратора на транзисторах

История

Рисунок из статьи Абрахама и Блоха — принципиальная схема мультивибратора, выполненного на электровакуумных триодах

Мультивибратор изобретён в годы Первой Мировой войны французскими учеными Анри Абрахамом и Эженом Блохом и впервые описан в статье, опубликованной в журнале Annales de Physique в 1919 г.

Название мультивибратор для устройства предложил голландский физик ван дер Поль, и отражает тот факт, что в спектре прямоугольных колебаний мультивибратора присутствует множество высших гармоник — в отличие от генератора синусоидальных колебаний («моновибратора»).

Некоторые типы и классификация мультивибраторов

Электрическая принципиальная схема моностабильного транзисторного мультивибратора (одновибратора).

Электрическая принципиальная схема бистабильного мультивибратора (триггера).

Существуют три типа мультивибраторов в зависимости от режима работы:

• нестабильный, автоколебательный или астабильный: устройство непрерывно генерирует колебания и самопроизвольно переходит из одного состояния в другое. При этом не обязателен внешний сигнал синхронизации, если не требуется захват частоты колебаний.
• моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояние неустойчиво (переходное). Мультивибратор на некоторое время, определяемое параметрами его компонентов, переходит в неустойчивое состояние под действием запускающего импульса. Затем возвращается в устойчивое состояния до прихода очередного запускающего импульса. Такие мультивибраторы используются для формирования импульса с фиксированной длительностью, не зависящей от длительности запускающего импульса. Такой тип мультивибраторов иногда, в литературе, называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы.
• бистабильный: мультивибратор устойчив в любом из двух состояний и может быть переключён из одного состояния в другое подачей внешних импульсов. Такие устройства называют бистабильными триггерами. Такие триггеры иногда называют «мультивибраторами», что не корректно, так эти триггеры есть лишь подкласс мультивибраторов но никак не мультивибраторы вообще.

Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при автоколебательном режиме его работы. В ждущем режиме мультивибратор генерирует импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.

Режим синхронизации отличается от автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) колебания удаётся синхронизовать частоту колебаний автоколебательного мультивибратора под частоту синхронизирующего сигнала или сделать кратной ей (режим «захвата частоты») для автоколебательных мультивибраторов.

Общие принципы работы мультивибратора

Как сказано в энциклопедии, «симметричный мультивибратор — это двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью». Посмотрим на схему:

Рис. 1. Двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью

Если Вы читали статью об усилительном каскаде на транзисторе, то все действующие лица на этой схеме Вам хорошо знакомы. Это разделительный конденсатор C, базовый резистор Rб, задающий ток смещения, и Rк в качестве нагрузки. И таких каскада здесь два, они абсолютно одинаковы.

Что необычно — это провод обратной связи (на схеме показан красным), который замыкает наш двухкаскадный усилитель в кольцо. Именно благодаря положительной обратной связи наш усилитель превращается в генератор, управляя сам собой и поддерживая незатухающие колебания.

Процессы, происходящие в мультивибраторе

Давайте теперь более детально разберём, какие электронные процессы происходят в мультивибраторе. Но для начала перерисуем его схему более «традиционным» образом, подчёркивая симметричность:

Рис. 2. Та же схема, скомпонованная по-другому

Можете сравнить и убедиться, что это та же самая схема, что на предыдущем рисунке. Я оставил прежние обозначения элементов, чтобы легче было понять, к какому именно из двух каскадов относится та или иная деталь.

Включение питания

В первый момент после включения питания оба транзистора начинают открываться. Откуда берётся открывающий ток? Рассмотрим на примере транзистора T1

Рис. 3. Момент включения питания: токи, открывающие транзистор

Первый, очевидный путь — через Rб1, на рисунке синяя стрелка. Второй, не столь очевидный — через конденсатор C1. Не будем забывать, что в первый момент времени конденсатор разряжен, его сопротивление практически нулевое, и в цепи возникает ток заряда через Rк2 — С1 — эмиттерный переход T1. Этот путь показан красной стрелкой.

Тут важно отметить, что коллекторные сопротивления Rк в этой схеме значительно меньше базовых Rб, как минимум на порядок, а то и на несколько.  Значит, «красная» составляющая в первый момент будет давать больший вклад.

Симметричный мультивибратор на транзисторах

Принцип работы состоит в переходе из одного нестабильного состояния (Q1 закрыт, Q2 открыт) в другое (Q1 открыт, Q2 закрыт).

Начнем с первого состояния: Q1 закрыт, Q2 открыт.

Конденсатор С1 быстро заряжается идет через «меньший» резистор R4 и базовый переход Q2. Одновременно с этим через открытый Q2 через «больший» резистор R2 медленно разряжается C2, отрицательное напряжение на котором держит в запертом состоянии Q1.

В процессе дальнейшего перезаряда С2 на базе Q1 появляется уже положительное, отпирающее напряжение, и Q1 начинает открываться. Ток через него возрастает, снижается напряжение на коллекторе Q1 и базе Q2, что вызывает его запирание.

Напряжение на коллекторе Q2 увеличивается и через конденсатор C2 еще сильнее открывает Q1.

Процесс открывания Q1 ускоряет запирание Q2, и процесс происходит практически лавинообразно, и переход из одного состояния в другое происходит очень быстро.

Напряжения на конденсаторе C1, база-эмиттер и коллектор-эмиттер транзистора Q2Напряжения на конденсаторе C1, база-эмиттер и коллектор-эмиттер транзистора Q2

В общем, транзисторы периодически друг друга открывают и закрывают.

Теперь немного о расчете элементов.

Период состоит из двух частей t1 и t2, зависящих от сопротивлений R2, R3 и емкостей C1, C2:

t1 = 0,7 x R3 x C1;

t2 = 0,7 x R2 x C2

Для примера, в схеме на картинке выше период равен t1 + t2 = 2*0,7*22 кОм*0,1 мкФ = 3,08 мс.

Период 3,3 мсПериод 3,3 мс

От сопротивления резисторов R1 и R4 зависит длительность спада импульсов: чем меньше сопротивление, тем быстрее спад.

При R1 = R4 = 470 ОмПри R1 = R4 = 470 Ом

Главный недостаток такой схемы — медленные спады. Этот недостаток исправляют в схеме:

Несимметричный мультивибратор на транзисторах разной структуры

Подключая в схему те или иные внешние цепи, можно собрать не один десяток конструкций. Например, звуковой пробник, генератор для изучения азбуки Морзе, прибор для отпугивания москитов, основа одноголосого музыкального инструмента. А применение внешних датчиков или устройств управления в цепи базы транзистора VT1 позволяет получить сторожевое устройство, индикатор влажности, освещённости, температуры и многие другие конструкции.

Как работает мультивибратор на транзисторах

Мультивибратор на самом деле работает просто. Во время подключения питания два светодиода периодически загораются и потухают. Частоту переменного переключения светодиодов возможно изменять при помощи емкостей конденсаторов или сопротивления резисторов, подключенных к транзисторам и светодиодам.

Это устройство находится в одном из двух противоположных нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и снова обратно. Фаза перехода довольно мала относительно большой длительности нахождения в состояниях за счет положительной обратной связи (ПОС), которая охватывает два каскада усиления.

Открыть в полном размере

Допустим, что VT1 закрыт, VT2 полностью открыт и насыщен, при этом C1 быстро заряжается током открытого базового перехода VT2 через R1 и VT2 практически до напряжения питания. Когда полностью заряжен конденсатор C1 через резистор R1 ток прекращается, напряжение на C1 = (ток базы VT2) ·R2, а на коллекторе VT1 — питающему напряжению.

Электрическое напряжение на коллекторе VT2 достаточно невелико (что в свою очередь будет равно падению электрического напряжения на насыщенном транзисторе). C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии (полярность как по схеме), медленно начинает разряжаться через открытый транзистор VT2 и резистор R3. Текущее напряжение на базе у транзистора VT1 отрицательно и благодаря этому напряжению он прочно удерживается в закрытом состоянии. Закрытое от напряжения состояние транзистора VT1 сохраняется до того, пока конденсатор C2 не будет перезаряжаться через R3 и напряжение на базе VT1 не начнет достигать порога его полного отпирания (около +0,6 В).

При этом VT1 начинает незамедлительно приоткрываться, и напряжение его коллектора начинает стремительно снижаться, что в свою очередь вызывает необратимое начало запирания VT2, напряжение коллектора транзистора VT2 начинает стремительно увеличиваться, что в свою очередь через конденсатор C2 еще больше открывает VT1. По итогу в транзисторном мультивибраторе происходит лавинообразный регенеративный повторяющийся процесс, приводящий к тому, что VT1 переходит в открытое насыщенное состояние, а VT2 в свою очередь запирается.

Электрические колебательные процессы в схеме будут постоянно и периодически повторяться, в зависимости от емкости и сопротивления компонентов и коэффициентов используемых транзисторов.

Какие параметры возможны у деталей

Параметры резисторов R1 и R4 выбираются меньше, чем у пары R3 и R2. Это нужно для того, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 была побыстрее, чем разрядка через R3 и R2. Если дольше будет время зарядки конденсаторов, тогда аналогичными будут фронты импульсов. Но соотношения R3/R1 и R2/R4 не должны быть больше, чем текущие коэффициенты усиления используемых транзисторов. В противном случае транзисторы перестанут полностью открываться.

Можно ли собрать схему самостоятельно

Да, можно. Это устройство отлично подойдет для начинающих и для тех, кто интересуется электроникой.

На этой схеме мало деталей, но работает она просто и надежно. Можно собрать схему и навесным монтажом, на монтажной плате или же попробовать свои силы в изготовлении печатной платы — лазерно утюжная технология (ЛУТ).

Из деталей транзисторы КТ315 можно брать любые, близкие по аналогам. Резисторы 0,125 Вт, а конденсаторы — не меньше питающего напряжения. Питать можно от ЛБП (лабораторного блока питания) или от аккумулятора +12 В, зарядного устройства.

По поводу настройки частоты. Можно поменять частоту при помощи емкости и сопротивления. При помощи резисторов намного проще. Достаточно просто поменять обычный резистор на переменный (не подстроечный). Достаточно из контактов 1-2-3 использовать 1-2 или 3-1.

Чем больше сопротивление — тем меньше шаг регулировки. От переменного резистора можно провести провода и визуально наблюдать за изменением частоты.

Схематически мультивибратор

Как мы знаем, мультивибратором называют электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по форме к прямоугольной, что и отражено в его названии: «мульти — много», «вибро — колебание». Другими словами, мультивибратор — генератор прямоугольных импульсов релаксационного типа с резистивно — емкостными положительными обратными связями, использующий замкнутый в кольцо положительной обратной связи двухкакасдный усилитель. При работе мультивибратора в режиме автоколебаний вырабатываются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы. Частота генерируемых импульсов определяется параметрами времязадающей цепи, свойствами схемы и режимом ее питания. На частоту автоколебаний оказывает также влияние подключаемая нагрузка. Обычно мультивибратор применяется в качестве генератора импульсов относительно большой длительности, которые затем используются для формирования импульсов необходимой длительности и амплитуды.

Работа схемы мультивибратора

Симметричный мультивибратор на транзисторах

Схематически мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов с общим эмиттером, выходное напряжение каждого из которых подается на вход другого. При подсоединении схемы к источнику питания Ек оба транзистора пропускают коллекторные точки — их рабочие точки находятся в активной области, поскольку на базы через резисторы RБ1 и RБ2 подается отрицательное смещение. Однако такое состояние схемы неустойчивое. Из-за наличия в схеме положительной обратной связи выполняется условие ?Ку>1 и двухкаскадный усилитель самовозбуждается. Начинается процесс регенерации — быстрое увеличение тока одного транзистора и уменьшение тока другого транзистора. Пусть в результате любого случайного изменения напряжений на базах или коллекторах несколько увеличится ток IK1 транзистора VT1. При этом увеличится падение напряжения на резисторе RK1 и коллектор транзистора VT1 получит приращение положительного потенциала. Поскольку напряжение на конденсаторе СБ1 не может мгновенно измениться, это приращение прикладывается к базе транзистора VT2, подзапирая его. Коллекторный ток IK2 при этом уменьшается, напряжение на коллекторе транзистора VT2 становится более отрицательным и, передаваясь через конденсатор СБ2 на базу транзистора VT1, еще больше открывает его, увеличивая ток IK1. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор VT1 входит в режим насыщения, а транзистор VT2 — в режим отсечки. Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний равновесия. При этом открытое состояние транзистора VT1 обеспечивается смещением от источника питания Ек через резистор RБ1, а запертое состояние транзистора VT2 — положительным напряжением на конденсаторе СБ1 (Ucm = UБ2 > 0), который через открытый транзистор VT1 включен в промежуток база — эмиттер транзистора VT2.

Для сооружения мультивибратора нам из радиокомпонентов понадобятся:
1. Два транзистора типа КТ315.
2. Два электролитических конденсатора на 16в, 10-200микрофарад (Чем меньше емкость, тем чаще моргание).
3. 4 резистора номиналом: 100-500 ом 2 штуки (если вы ставите 100 ом, то схема будет работать даже от 2.5в), 10 ком 2 штуки. Все резисторы мощностью в 0.125 ватт.
4. Два не ярких светодиода (Любого цвета, кроме белого).

Электрическая схема мультивибратора:

Печатная плата формата Lay6 в архиве. Приступим к изготовлению. Сама печатная плата имеет такой вид:

Припаивываем два транзистора, не перепутайте коллектор и базу на транзисторе — это частая ошибка.

Паяем конденсаторы 10-200 Микрофарад. Обратите внимание, что конденсаторы на 10 вольт крайне нежелательны для использование в этой схеме, если вы будете подавать питание 12 вольт. Помните, что у электролитических конденсаторов существует полярность!

Идем дальше. Паяем резисторы номиналом в 100-500 ом (500 ом использовать крайне не желательно, если у вас нету блока питания на 12вольт).

Мультивибратор почти готов. Остается припаять светодиоды, и входные провода. Фото готового устройства выглядит примерно так:

Автоколебательный режим мультивибратора

В автоколебательном режиме мультивибратор возбуждается и генерирует прямоугольные импульсы сразу же после включения источника питания. Процесс возбуждения и генерирования импульсов показан графиками на рис.2.

В момент включения питания транзисторы обеих плеч мультивибратора начинают открываться, т.к. на них, через базовые резисторы, подается отрицательное смещение.
Одновременно начинают заряжаться конденсаторы связи: С1 — через базово-эмиттерный переход VT2 и Rк1, С2 — через VT1 и Rк2. При подаче постоянки на мультивибратор проходит токовый заряд через С1, С2, VT1, VT2 и резисторы у которых в реальности, даже при тщательном подборе идентичных пар, не будет идеального совпадения параметров. У VT1 и VT2 будет хоть какая-та разница коэффициентов передачи токов; от различия параметров базовых резисторов будет отличатся величина смещения у транзисторов и т.д.
Предположим, что в момент включения источника питания VT1 повезло и у него ток больше, чем у соседа VT2. Вследствие этого падение напряжения на Rк1 будет больше чем у Rк2. Так как коллекторное питание отрицательно, то поэтому потенциал коллектора VT1 станет менее отрицательным, а у VT2 — более. Но так как изменения через конденсаторы передаются на базы VT1 и VT2, то это приведет к еще большему нарастанию тока коллектора VT1 и его насыщению, а ток VT2 уменьшится и он запрется. С1 и С2 оказываются заряженными до напряжений близких к Еп (полярность указана на рис.1).

На рис.2 показаны эти процессы работы за период от «0» до «to», где приводятся графики следующих напряжений: Uc1, Uc2 — на обкладках конденсаторов; Uб1, Uб2 — базового смещения; Uк1, Uк2 — выходные сигналы мультивибратора.
После прекращения изменений коллекторных токов С1 сравнительно медленно разряжается через Rб1, Rб2, источник питания и переходы открытого VT1. Напряжения на С1 — Uc1, и базы VT2 — Uб2 убывают по экспоненте ( на графике период to — t1), и когда положительный потенциал Uб2 уменьшится и станет отрицательным — VT2 отпирается. Это приводит к уменьшению его отрицательного потенциала на коллекторе, который передается через С2 на базу VT1 и ускоряет его запирание. Этот лавинообразный процесс длится до тех пор, пока VT1 не войдет в режим отсечки, а VT2 — в режим насыщения (точка t1).
Таким образом, возникает состояние, противоположное исходному, которое затем в результате выше описанному процессу, вновь переходит в исходное. Таким путем поддерживаются колебания в мультивибраторе..
В симметричном мультивибраторе время заряда конденсатора меньше времени раздяда, т. к. Rк << Rб. Графики Uк1 и Uк2 имеют форму импульсов, близкую к прямоугольной, а скругление фронтов объясняется падением напряжения из-за зарядки конденсаторов.
Частота колебаний мультивибратора определяется постоянными времени разряда τр = Rб1·С2 = Rб2·С1 и ее можно примерно определить по формуле:

где f — частота в Гц;
Rб — сопротивление базового резистора в кОм;
С — емкость конденсатора связи в мкФ.

Ждущие мультивибраторы и генераторы

Ждущие мультивибраторы и генераторы

Как уже отмечалось выше, ждущие мультивибраторы и генераторы нельзя отнести ни к последовательностным, ни к комбинационным микросхемам, поэтому рассмотрим их отдельно.

МикросхемаК155АГ1 (рис. 146) — одиночный ждущий мультивибратор, имеет три входа запуска, три вывода С, RC и RI для подключения времязадающих цепей, прямой и инверсный выходы. Условие запуска мультивибратора — изменение входных сигналов, в результате которого появляется следующее сочетание — хотя бы на одном из

входов 3 или 4 — лог. 0, на входе 5 — лог. 1. Исходное состояние для запуска — любое, не соответствующее указанному требованию.

Несколько основных вариантов подачи входных сигналов, обеспечивающих запуск, показано на рис. 147. Для обеспечения запуска фронтом положительного импульса его следует подать на вывод 5, при этом хотя бы на

одном из входов 3 или 4 должен быть лог. 0 (рис. 147, а). Для запуска спадом положительного импульса можно использовать включение по схемам рис. 147 (б или в).

При запуске на прямом выходе генерируется импульс положительной полярности, на инверсном — отрицательной. Длительность импульса при основном варианте подключения времязадающей цепи, приведенном на рис. 148 (а), составляет приблизительно Т — 0,7R1C1. Размерности в этом формуле — килоомы, нанофарады, микросекунды или килоомы, микрофарады, миллисекунды.

Сопротивление резистора R1 может находиться в пределах 1.5…43 кОм. Емкость конденсатора С1 может быть любой, конденсатор

даже может отсутствовать. В этом случае длительность генерируемого импульса составляет 30… 100 нс в зависимости от сопротивления времязадающего резистора. При применении оксидных конденсаторов их полярность должна соответствовать приведенной на рис. 148. Сопротивление резистора может быть и более 43 кОм, однако стабильность длительности импульса при этом ухудшается.

Микросхема содержит внутренний времязадающий резистор сопротивлением около 2 кОм, включенный между выводами RC и RI, что может обеспечить работу ждущего мультивибратора без внешнего резистора при включении по схеме рис. 148 (б). Внутренний резистор может использоваться как ограничительный при использовании в качестве времязадающего переменного резистора (рис. 148, в).

Если необходимо обеспечить большую длительность выходного импульса при малой емкости конденсатора, времязадающую цепь следует дополнить транзистором (рис. 148, г). В этом случае длительность генерируемого импульса определяется по приведенной выше формуле, однако сопротивление времязадающего резистора R1 может быть выбрано в h21э раз больше, чем указанные выше 43 кОм. При использовании транзисторов серии КТ3102 сопротивление времязадающего резистора может доходить до 20 МОм. Сопротивление ограничительного резистора R2 может находиться в пределах 1.5…20 кОм.

Длительность генерируемого ждущим мультивибратором импульса не зависит от длительности запускающего импульса. Во время генерации выходного импульса ждущий мультивибратор нечувствителен к изменению входных сигналов. Повторно мультивибратор может быть запущен спустя время t > С1 после окончания генерируемого импульса (размерности в этой формуле те же, что и в предыдущей). Если интервал после окончания импульса меньше, сокращается длительность генерируемого импульса и даже возможен срыв запуска.

МикросхемаК155АГ3 (рис. 149) — сдвоенный ждущий мультивибратор. Каждый из мультивибра

торов микросхемы имеет два входа для запуска — А, В, вход сброса R, выводы С и RC для подключения времязадающих элементов, прямой и инверсный выходы. Условие запуска мультивибратора — изменение входных сигналов, в результате которого появляется следующее сочетание — лог. 0 на входе А, лог. 1 на входах В и R. Исходное состояние для запуска — любое, не соответствующее указанному требованию.

Несколько основных вариантов подачи входных сигналов, обеспечивающих запуск, показано на рис. 150. Для обеспечения запуска фронтом положительного импульса его необходимо подать на вход В (рис. 150, а) или R (рис. 150, б). Для запуска спадом положительного импульса следует использовать включение по схеме рис. 150 (в).

Различие между входами В и R в том, что лог. 0 на входе R прекращает генерацию импульса и принудительно устанавливает выходы мультивибратора в исходное состояние независимо от состояния других входов.

Ждущие мультивибраторы микросхемы К155АГЗ обладают способностью повторного запуска. Если во время генерации выходного импульса повторно выполнится условие запуска, длительность выходного импульса увеличится на интервал времени между запускающими импульсами (рис. 151). Однако для повторного запуска этот интервал должен удовлетворять требованию t > 0,224С, где размерности те же, что и в приведенных выше формулах.

Подключение времязадающих цепей проиллюстрировано на рис. 152. В основном варианте включения, приведенном на рис. 152 (а), сопротивление резистора R1 может находиться в пределах 5,1…51 кОм,

емкость конденсатора С1 — любая. Длительность генерируемого импульса приближенно может быть определена по формуле

Т = 0,32 (R1 + 0,7)С1.

Размерности в этой формуле те же, что и в формуле для микросхемы К155АГ1. При установке оксидного конденсатора во времязадающую цепь рекомендуется

устанавливать диод (рис. 152, б), в этом случае полярность включения конденсатора меняется. В отсутствие внешнего конденсатора С1 (рис. 152, в) ждущий мультивибратор генерирует импульсы длительностью примерно 50…200 нс при сопротивлении резистора R1 соответственно 5,1…51 кОм.

Так же, как и в случае применения микросхемы К155АГ1, емкость конденсатора может быть существенно уменьшена, если времязадающую цепь дополнить транзистором (рис. 152, г). Ограничения на резисторы этой схемы включения аналогичны ограничениям схемы рис. 148 (г).

Микросхема К555АГЗ — сдвоенный ждущий мультивибратор, схемы включения и условия запуска те же, что и микросхемы К155АГЗ. Длительность импульса при времязадающей емкости С > 1000 пФ рассчитывают по формуле Т = 0,45 RC. Времязадающий резистор может иметь сопротивление 3…200 кОм. В отсутствие внешнего конденсатора и при сопротивлении времязадающего резистора 10 кОм длительность выходного импульса около 2 мкс. Диод во времязадающей цепи не нужен при любой емкости времязадающего конденсатора, полярность подключения оксидных конденсаторов должна соответствовать указанной на рис. 152 (б).

При изменении напряжения питания от 4,5 до 5,5 В длительность генерируемого импульса возрастает не более чем на 5%, имея максимум приблизительно при 5,25 В. Изменение температуры окружающего воздуха от минимальной до максимальной приводит к уменьшению длительности импульса приблизительно на 4%, причем более круто при повышении температуры более 20 °С.

Микросхема АГ3 удобна для построения различных генераторов импульсов. Для примера на рис. 153 приведена схема управляемого генератора импульсов. Если на вход «Запуск» подать лог. 0, генерация импульсов не происходит, на выходах обоих ждущих мультивибраторов лог. 0; если подать лог. 1, на входах ждущего мультивибратора DD1.1 возникнет условие запуска, на его выходе появится

положительный импульс, спадом которого запустится ждущий мультивибратор DD1.2, спадом выходного импульса последнего — жду-

щий мультивибратор DD1.1 и т. д.

Если лог. 0 на вход «Запуск» будет подан во время генерации ждущим мультивибратором DD1.1 выходного импульса, этот импульс будет укорочен, вслед за чем ждущий мультивибратор DD1.2 сформирует последний импульс (рис. 154). Если в качестве входа «Запуск» использовать

вход В DD1.1, а на его вход R подать постоянно лог. 1, указанного укорочения импульса не произойдет. Вместо соединения прямого выхода каждого ждущего мультивибратора с инверсным входом запуска А другого можно соединить инверсный выход с прямым входом В. Использование свободных входов ждущих мультивибраторов позволяет создавать различные варианты управляемых генераторов импульсов.

Повторный запуск ждущего мультивибратора можно заблокировать, если инверсный выход мультивибратора соединить с входом В или прямой — с входом А. В этом случае во время формирования выходного импульса условие запуска не может быть выполнено. Однако, если длительность запускающего импульса превышает длительность выходного, сразу после окончания выходного импульса происходит повторный запуск и ждущий генератор превращается в управляемый генератор (рис. 155). Такой генератор формирует на своем прямом выходе короткие импульсы отрицательной полярности, на инверсном — положительной (рис. 156). Длительность импульсов — примерно 50… 100 нс. Период импульсов определяется по последней из приведенных выше формул.

Естественно, что управляемые генераторы по схемам рис. 153 и 155 могут использоваться как автогенераторы, если на их входы «Запуск» постоянно подавать разрешающий генерацию уровень.

Микросхема К555АГ4 (рис. 149) — сдвоенный ждущий мультивибратор, по разводке выводов совпадает с АГ3. Каждый из мультивибраторов микросхемы имеет два входа для запуска — А, В, вход сброса R, выводы С и RC для подключения времязадающих цепей, прямой и инверсный выходы. Условие запуска мультивибратора — изменение

входных сигналов, в результате которого появляется следующее сочетание — лог. 0 на входе А, лог. 1 на входе В. Исходным состоянием на входах А и В может быть любое, не соответствующее указанному требованию, на входе R во время запуска должна быть лог. 1.

Два основных варианта подачи входных сигналов, обеспечивающих запуск, показаны на рис. 150 (а, в). Для запуска фронтом положительного импульса его необходимо подать на вход В (рис. 150, а), для запуска спадом положительного импульса следует использовать включение по схеме рис. 150 (в).

Подача лог. 0 на вход R предотвращает запуск или прекращает генерацию импульса и принудительно устанавливает выходы мультивибратора в исходное состояние независимо от состояния других входов.

Ждущие мультивибраторы микросхемы К555АГ4 в отличие от АГЗ не обладают способностью повторного запуска. Если во время генерации выходного импульса повторно выполнится условие запуска, длительность выходного импульса не изменится.

Подключение времязадающих цепей проиллюстрировано на рис. 152 (а, в, г), полярность включения конденсаторов всегда такая, как на рис. 152 (а). В основном варианте включения, приведенном на рис. 152 (а), сопротивление резистора R1 может находиться в пределах 1,4…100 кОм, емкость конденсатора С1 — любая. Длительность генерируемого импульса приближенно может быть определена по формуле Т = 0,7 R1C1. Размерности в этой формуле — килоомы, нанофарады, микросекунды или килоомы, микрофарады, миллисекунды. В отсутствие внешнего конденсатора С1 (рис. 152, в) ждущий мультивибратор генерирует импульсы длительностью 20…70 нс при сопротивлении резистора R1 = 2 кОм.

Если необходимо обеспечить большую длительность выходного импульса при малой емкости конденсатора, времязадающую цепь следует дополнить транзистором (рис. 152, г). В этом случае длительность генерируемого импульса определяется по приведенной выше формуле, однако сопротивление времязадающего резистора R1 может быть выбрано в h21э раз больше, чем указанные выше 100 кОм.

При использовании транзисторов серии КТ3102 сопротивление времязадающего резистора может доходить до 20 МОм. Сопротивление ограничительного резистора R2 может находиться в пределах 1,5…100 кОм.

При использовании микросхем К155АГ1, АГЗ и К555АГ4 следует помнить, что они легко запускаются как от помех по цепи питания, так и по входным цепям. Для исключения ложных запусков рекомендуется в непосредственной близости от микросхем устанавливать по цепи питания блокировочные керамические конденсаторы емкостью не менее 0,033 мкФ, а проводники входных и времязадающих цепей выполнять минимальной длины. Монтажная емкость точки соединения времязадающих конденсатора, резистора и вывода микросхемы К155АГЗ не должна превышать 50 пФ.

Следует также иметь в виду, что приведенные выше формулы для расчета длительности генерируемого импульса приближенные и дают заниженный результат при емкости времязадающего конденсатора менее 1000 пФ.

МикросхемаКР531ГГ1 (рис. 157) — два генератора импульсов. Частота генерируемых колебаний определяется или кварцевым резонатором, подключаемым к выводам С1 и С2, или конденсатором, подключаемым вместо резонатора. В последнем случае частоту можно регулировать в некоторых пределах, изменяя напряжение на двух управляющих входах, один из которых обычно называют диапазонным Uд, другой — входом управления частотой Uч. При увеличении напряжения

на входе Uч частота увеличивается, при увеличении напряжения на входе Uд — уменьшается. Рекомендуемый интервал изменения напряжения на входе Uд от 2 до 4…4.5 В. В зависимости от напряжения на входе Uд меняется диапазон изменения частоты при изменении напряжения на входе Uч. При Uд=2 В и при изменении напряжения на входе Uч от 1 до 5 В частота может быть изменена приблизительно на 15%, а при Uд= 4 В примерно в 4 раза (рис. 158).

Зависимость частоты f0 генератора при Uд=Uч=2 В от емкости конденсатора приведена на рис. 159, максимальная частота генерации — около 80 МГц. При изменении температуры от -0 до +70 «С частота изменяется в пределах примерно от 107 до 91% частоты при 25 °С, а при колебаниях напряжения питания +-5% частота изменяется примерно на ±2,5%.

На выходах генераторов микросхемы установлены ключи, которыми можно перевести вь1ходы в состояние 1 подачей на входы Е лог. 1. Сигналы генераторов проходят на выход при лог. 0 на входе Е.

Цепи питания (выводы 16 и 15) и общего провода (9 и цифровой и аналоговой частей микросхемы для уменьшения влияния генераторов друг на друга разделены. Несмотря на это, существует взаимное влияние генераторов, поэтому одновременная работа двух управляемых напряжением генераторов не рекомендуется.

• Рис. 146 Микросхема К155АГ1
• Рис. 147 Варианты запуска микросхемы К155АГ1
• Рис. 148 Подключение времязадающих элементов к микросхеме К155АГ1
• Рис. 149 Микросхемы К155АГ3 (К555АГ3) и АГ4 (К555АГ4)
• Рис. 150 Варианты подачи сигнала для запуска микросхемы АГ3 и АГ4
• Рис. 151 Влияние повторного запуска микросхемы АГ3 на длительность входного импульса
• Рис. 152 Подключение времязадающих элементов к микросхемам АГ3 и АГ4
• Рис. 153 Генератор на двух мультивибраторах микросхемы АГ3
• Рис. 154 Временная диаграмма работы генератора
• Рис. 155 Генераторы на одном мультивибраторе микросхемы АГ3
• Рис. 156 Временная диаграмма работы генератора
• Рис. 157 Микросхема КР531ГГ1
• Рис. 158 Зависимость частоты генерации от управляющих напряжений
• Рис. 159 Зависимость частоты генерации от емкости

Подборка простых и эффективных схем

Простейший мультивибратор. Не смотря не его простоту, область применения его очень широка. Ни одно электронное устройство не обходится без него. На первом рисунке изображена его принципиальная схема.
В качестве нагрузки используются светодиоды. Когда мультивибратор работает — светодиоды переключаются.
Для сборки потребуется минимум деталей:
1. Резисторы 500 Ом — 2 штуки 2. Резисторы 10 кОм — 2 штуки 3. Конденсатор электролитический 47 мкФ на 16 вольт — 2 штуки 4. Транзистор КТ972А — 2 штуки 5. Светодиод — 2 штуки
Транзисторы КТ972А являются составными транзисторами, то есть в их корпусе имеется два транзистора, и он обладает высокой чувствительностью и выдерживает значительный ток без теплоотвода. Когда вы приобретёте все детали, вооружайтесь паяльником и принимайтесь за сборку. Для проведения опытов не стоит делать печатную плату, можно собрать всё навесным монтажом. Спаивайте так, как показано на рисунках.

Рисунки специально сделаны в разных ракурсах и можно подробно рассмотреть все детали монтажа. А уж как применить собранное устройство, пусть подскажет ваша фантазия! Например, вместо светодиодов можно поставить реле, а этим реле коммутировать более мощную нагрузку. Если изменить номиналы резисторов или конденсаторов – изменится частота переключения. Изменением частоты можно добиться очень интересных эффектов, от писка в динамике, до паузы на много секунд..
Фотореле.
А это схема простого фотореле. Это устройство с успехом можно применить где Вам угодно, для автоматической подсветки лотка DVD, для включения света или для сигнализации от проникновения в тёмный шкаф. Предоставлены два варианта схемы. В одном варианте схема активируется светом, а другом его отсутствием.

Работает это так: когда свет от светодиода попадает на фотодиод, транзистор откроется и начнёт светиться светодиод-2. Подстроечным резистором регулируется чувствительность устройства. В качестве фотодиода можно применить фотодиод от старой шариковой мышки. Светодиод — любой инфракрасный светодиод. Применение инфракрасного фотодиода и светодиода позволит избежать помех от видимого света. В качестве светодиода-2 подойдёт любой светодиод или цепочка из нескольких светодиодов. Можно применить и лампу накаливания. А если вместо светодиода поставить электромагнитное реле, то можно будет управлять мощными лампами накаливания, или какими-то механизмами. На рисунках предоставлены обе схемы, цоколёвка(расположение ножек) транзистора и светодиода, а так же монтажная схема.
При отсутствии фотодиода, можно взять старый транзистор МП39 или МП42 и спилить у него корпус напротив коллектора, вот так:
Вместо фотодиода в схему надо будет включить p-n переход транзистора. Какой именно будет работать лучше – Вам предстоит определить экспериментально.
Усилитель мощности на микросхеме TDA1558Q.
Этот усилитель имеет выходную мощность 2 Х 22 ватта и достаточно прост для повторения начинающими радиолюбителями. Такая схема пригодится Вам для самодельных колонок, или для самодельного музыкального центра, который можно сделать из старого MP3 плеера.
Для его сборки понадобится всего пять деталей:
1. Микросхема — TDA1558Q 2. Конденсатор 0.22 мкФ 3. Конденсатор 0.33 мкФ – 2 штуки 4. Электролитический конденсатор 6800 мкФ на 16 вольт
Микросхема имеет довольно высокую выходную мощность и для её охлаждения понадобится радиатор. Можно применить радиатор от процессора. Всю сборку можно произвести навесным монтажом без применения печатной платы. Сначала у микросхемы надо удалить выводы 4, 9 и 15. Они не используются. Отсчёт выводов идёт слева направо, если держать её выводами к себе и маркировкой вверх. Потом аккуратно распрямите выводы. Далее отогните выводы 5, 13 и 14 вверх, все эти выводы подключаются к плюсу питания. Следующим шагом отогните выводы 3, 7 и 11 вниз – это минус питания, или «земля». После этих манипуляций прикрутите микросхему к теплоотводу, используя теплопроводную пасту. На рисунках виден монтаж с разных ракурсов, но я всё же поясню. Выводы 1 и 2 спаиваются вместе – это вход правого канала, к ним надо припаять конденсатор 0.33 мкФ. Точно так же надо поступить с выводами 16 и 17. Общий провод для входа это минус питания или «земля». К выводам 5, 13 и 14 припаяйте провод плюса питания. Этот же провод припаивается к плюсу конденсатора 6800 мкФ. Отогнутые вниз выводы 3, 7 и 11 так же спаиваются вместе проводом, и этот провод припаивается к минусу конденсатора 6800 мкФ. Далее от конденсатора провода идут к источнику питания. Выводы 6 и 8 – это выход правого канала, 6 вывод припаивается к плюсу динамика, а вывод 8 к минусу. Выводы 10 и 12 – это выход левого канала, вывод 10 припаивается к плюсу динамика, а вывод 12 к минусу. Конденсатор 0.22 мкФ надо припаять параллельно выводам конденсатора 6800 мкФ.
Прежде чем подавать питание, внимательно проверьте правильность монтажа. На входе усилителя надо поставить сдвоенный переменный резистор 100 кОМ для регулировки громкости.

Помогла ли вам статья?