LED utripalnik - multivibrator. Kako deluje multivibratorsko vezje Asimetrično multivibratorsko vezje
Multivibrator (iz latinščine veliko niham) je nelinearna naprava, ki pretvarja konstantno napajalno napetost v energijo skoraj pravokotnih impulzov. Multivibrator temelji na ojačevalniku s pozitivnimi povratnimi informacijami.
Obstajajo samonihajni in pripravljeni multivibratorji. Razmislimo o prvi vrsti.
Na sl. Slika 1 prikazuje posplošeno vezje ojačevalnika s povratno zvezo.
Vezje vsebuje ojačevalnik s kompleksnim koeficientom ojačanja k=Ke-ik, OOS vezje s prenosnim koeficientom m in PIC vezje s kompleksnim prenosnim koeficientom B=e-i. Iz teorije generatorjev je znano, da je za pojav oscilacij pri kateri koli frekvenci potrebno, da je na njej izpolnjen pogoj Bk>1. Impulzni periodični signal vsebuje niz frekvenc, ki tvorijo črtasti spekter (glej predavanje 1). to. Za ustvarjanje impulzov je treba izpolniti pogoj Bk>1 ne na eni frekvenci, ampak v širokem frekvenčnem pasu. Še več, krajši kot je impulz in s krajšimi robovi zahtevamo, da dobimo signal, za širši frekvenčni pas je treba izpolniti pogoj Bk>1. Zgornji pogoj je razdeljen na dva:
pogoj amplitudnega ravnotežja - modul celotnega prenosnega koeficienta generatorja mora presegati 1 v širokem frekvenčnem območju - K>1;
pogoj faznega ravnovesja - skupni fazni zamik nihanj v zaprtem krogu generatorja v istem frekvenčnem območju mora biti večkratnik 2 - k + = 2n.
Kvalitativno se proces nenadnega povečanja napetosti pojavi na naslednji način. Recimo, da se v nekem trenutku zaradi nihanj napetost na vhodu generatorja poveča za majhno vrednost u. Zaradi izpolnjevanja obeh generacijskih pogojev se bo na izhodu naprave pojavil prirastek napetosti: uout = Vkuin >uin, ki se na vhod prenese v fazi z začetnim uin. Skladno s tem bo to povečanje povzročilo nadaljnje povečanje izhodne napetosti. V širokem frekvenčnem območju se pojavi plazovit proces rasti napetosti.
Naloga konstruiranja praktičnega vezja generatorja impulzov se zmanjša na dovajanje dela izhodnega signala s fazno razliko =2 na vhod širokopasovnega ojačevalnika. Ker en uporovni ojačevalnik premakne fazo vhodne napetosti za 1800, lahko uporaba dveh zaporedno povezanih ojačevalnikov zadosti pogoju faznega ravnovesja. Pogoj ravnotežja amplitude bo v tem primeru videti takole:
Ena od možnih shem, ki izvaja to metodo, je prikazana na sliki 2. To je vezje samooscilirajočega multivibratorja s povezavami kolektor-baza. Vezje uporablja dve ojačevalni stopnji. Izhod enega ojačevalnika je povezan z vhodom drugega s kondenzatorjem C1, izhod slednjega pa je povezan z vhodom prvega s kondenzatorjem C2.
Kvalitativno bomo obravnavali delovanje multivibratorja z uporabo napetostnih časovnih diagramov (diagramov), prikazanih na sl. 3.
Naj se multivibrator preklopi v času t=t1. Tranzistor VT1 je v načinu nasičenja, VT2 pa v načinu izklopa. Od tega trenutka se začnejo procesi ponovnega polnjenja kondenzatorjev C1 in C2. Do trenutka t1 je bil kondenzator C2 popolnoma izpraznjen, C1 pa napolnjen do napajalne napetosti Ep (polarnost napolnjenih kondenzatorjev je prikazana na sliki 2). Po odklepanju VT1 se začne polniti iz vira Ep skozi upor Rk2 in bazo odklenjenega tranzistorja VT1. Kondenzator je napolnjen skoraj do napajalne napetosti Ep s konstanto naboja
zar2 = С2Rк2
Ker je C2 vzporedno povezan z VT2 prek odprtega VT1, hitrost njegovega polnjenja določa hitrost spremembe izhodne napetosti Uout2. Ob predpostavki, da je postopek polnjenja končan, ko je Uout2 = 0,9 Up, je enostavno dobiti trajanje
t2-t1= С2Rк2ln102,3С2Rк2
Hkrati s polnjenjem C2 (od trenutka t1) se ponovno napolni kondenzator C1. Njegova negativna napetost, uporabljena na bazi VT2, vzdržuje izklopljeno stanje tega tranzistorja. Kondenzator C1 se polni skozi vezje: Ep, upor Rb2, C1, E-K odprtega tranzistorja VT1. primer s časovno konstanto
razr1 = C1Rb2
Ker je Rb >>Rk, potem polnite<<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 = 0,7C1Rb2
V času t3 se pojavi kolektorski tok VT2, napetost Uke2 pade, kar vodi do zaprtja VT1 in s tem do povečanja Uke1. Ta inkrementalna napetost se prenaša skozi C1 na osnovo VT2, kar povzroči dodatno odprtino VT2. Tranzistorji preklopijo v aktivni način, pojavi se plazovit proces, zaradi katerega multivibrator preide v drugo kvazistacionarno stanje: VT1 je zaprt, VT2 je odprt. Trajanje obračanja multivibratorja je veliko krajše od vseh drugih prehodnih procesov in ga lahko štejemo za enako nič.
Od trenutka t3 bodo procesi v multivibratorju potekali podobno kot opisano, le zamenjati morate indekse elementov vezja.
Tako je trajanje fronte impulza določeno s procesi polnjenja sklopnega kondenzatorja in je numerično enako:
Trajanje multivibratorja v kvazistabilnem stanju (trajanje impulza in pavze) je določeno s postopkom praznjenja sklopnega kondenzatorja skozi bazni upor in je številčno enako:
Pri simetričnem multivibratorskem vezju (Rk1 = Rk2 = Rk, Rb1 = Rb2 = Rb, C1 = C2 = C) je trajanje impulza enako trajanju pavze, perioda ponavljanja impulza pa je enaka:
T = u + n = 1,4CRb
Pri primerjavi trajanja impulza in fronte je treba upoštevati, da je Rb/Rk = h21e/s (h21e za sodobne tranzistorje je 100, s2 pa). Posledično je čas vzpona vedno krajši od trajanja impulza.
Frekvenca izhodne napetosti simetričnega multivibratorja ni odvisna od napajalne napetosti in je določena le s parametri vezja:
Če želite spremeniti trajanje impulzov in njihovo obdobje ponavljanja, je treba spreminjati vrednosti Rb in C. Vendar so možnosti tukaj omejene: meje spremembe Rb so na večji strani omejene s potrebo po vzdrževanju odprt tranzistor, na manjši strani s plitvo nasičenostjo. Težko je gladko spremeniti vrednost C tudi v majhnih mejah.
Da bi našli izhod iz težave, se obrnemo na časovno obdobje t3-t1 na sl. 2. Iz slike je razvidno, da je določen časovni interval in posledično trajanje impulza mogoče prilagoditi s spreminjanjem naklona neposrednega praznjenja kondenzatorja. To je mogoče doseči s priključitvijo osnovnih uporov ne na vir napajanja, temveč na dodatni vir napetosti ECM (glej sliko 4). Nato se kondenzator nagiba k ponovnemu polnjenju ne do Ep, ampak do Ecm, naklon eksponente pa se bo spremenil s spremembo Ecm.
Impulzi, ki jih generirajo obravnavana vezja, imajo dolg čas vzpona. V nekaterih primerih ta vrednost postane nesprejemljiva. Za skrajšanje f se v vezje vnesejo izklopni kondenzatorji, kot je prikazano na sliki 5. Kondenzator C2 se v tem vezju polni ne skozi Rz, ampak skozi Rd. Dioda VD2, medtem ko ostane zaprta, "odreza" napetost na C2 iz izhoda in napetost na kolektorju se poveča skoraj istočasno z zaprtjem tranzistorja.
V multivibratorjih lahko kot aktivni element uporabimo operacijski ojačevalnik. Samooscilacijski multivibrator, ki temelji na operacijskem ojačevalniku, je prikazan na sl. 6.
Op-amp je pokrit z dvema vezjema OS: pozitivnim
in negativno
Xc/(Xc+R) = 1/(1+wRC).
Generator naj bo vklopljen ob času t0. Na invertiranem vhodu je napetost enaka nič, na neinvertiranem vhodu je enako verjetno pozitivna ali negativna. Če smo natančni, vzemimo pozitivno. Zaradi PIC-a se bo na izhodu vzpostavila največja možna napetost - Uout m. Čas uravnavanja te izhodne napetosti je določen s frekvenčnimi lastnostmi operacijskega ojačevalnika in se lahko nastavi na nič. Od trenutka t0 bo kondenzator C napolnjen s časovno konstanto =RC. Do časa t1 Ud = U+ - U- >0 in izhod operacijskega ojačevalnika ohranja pozitiven Uoutm. Pri t=t1, ko je Ud = U+ - U- = 0, bo izhodna napetost ojačevalnika spremenila svojo polariteto na - Uout m. Po trenutku t1 se kapacitivnost C ponovno napolni in teži k nivoju - Uout m. Do trenutka t2 Ud = 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).
Multivibrator, prikazan na sliki 6, se imenuje simetričen, ker časi pozitivne in negativne izhodne napetosti so enaki.
Da bi dobili asimetrični multivibrator, je treba upor v OOS zamenjati z vezjem, kot je prikazano na sl. 7. Različno trajanje pozitivnih in negativnih impulzov zagotavljajo različne časovne konstante polnjenja posod:
R"C, - = R"C.
Multivibrator z operacijskim ojačevalcem je mogoče enostavno pretvoriti v multivibrator za enkratno uporabo ali v pripravljenosti. Najprej v vezju OOS, vzporedno s C, priključimo diodo VD1, kot je prikazano na sliki 8. Zahvaljujoč diodi ima vezje eno stabilno stanje, ko je izhodna napetost negativna. Res, ker Uout = - Uout m, potem je dioda odprta in napetost na obračalnem vhodu je približno nič. Medtem ko je napetost na neinvertirajočem vhodu
U+ =- Uout m R2/(R1+R2)
in ohranja se stabilno stanje vezja. Za ustvarjanje enega impulza je treba vezju dodati sprožilno vezje, ki ga sestavljajo diode VD2, C1 in R3. Dioda VD2 se vzdržuje v zaprtem stanju in se lahko odpre le s pozitivnim vhodnim impulzom, ki prispe na vhod v času t0. Ko se dioda odpre, se znak spremeni in vezje preide v stanje s pozitivno napetostjo na izhodu. Uout = Uout m. Po tem se začne kondenzator C1 polniti s časovno konstanto =RC. V času t1 se primerjata vhodni napetosti. U- = U+ = Uout m R2/(R1+R2) in =0. V naslednjem trenutku postane diferencialni signal negativen in vezje se vrne v stabilno stanje. Diagrami so prikazani na sl. 9.
Uporabljena so vezja čakajočih multivibratorjev z uporabo diskretnih in logičnih elementov.
Vezje obravnavanega multivibratorja je podobno tistemu, ki smo ga obravnavali prej.
MULTIVIBRATOR
Multivibrator. Prepričan sem, da je veliko ljudi začelo svoje radioamaterske dejavnosti s to shemo.To je bil tudi moj prvi diagram - kos vezanega lesa, luknje, preluknjane z žeblji, vodniki delov so bili zviti z žico brez spajkalnika.In vse je delovalo odlično!
LED se uporabljajo kot obremenitev. Ko multivibrator deluje, LED diode preklopijo.
Montaža zahteva najmanj delov. Tukaj je seznam:
- - Upori 500 Ohm - 2 kosa
- - Upori 10 kOhm - 2 kosa
- - Elektrolitski kondenzator 1 uF za 16 voltov - 2 kosa
- - Tranzistor KT972A - 2 kosa (delujeta tudi KT815 ali KT817), možen je tudi KT315, če tok ni večji od 25 mA.
- - LED - poljubna 2 kosa
- - Napajanje od 4,5 do 15 voltov.
Na sliki je prikazana ena LED dioda v vsakem kanalu, vendar jih je možno povezati več vzporedno. Ali zaporedno (veriga 5 kosov), vendar takrat napajanje ni manjše od 15 voltov.
Tranzistorji KT972A so kompozitni tranzistorji, to pomeni, da sta v njihovem ohišju dva tranzistorja in je zelo občutljiva ter prenese velik tok brez hladilnega telesa.
Za izvajanje poskusov vam ni treba izdelati tiskanega vezja, vse lahko sestavite s pomočjo nadometne namestitve. Spajkajte, kot je prikazano na slikah.
Risbe so posebej izdelane iz različnih zornih kotov in lahko podrobno preučite vse podrobnosti namestitve.
Tranzistorski multivibrator je generator pravokotnih valov. Spodaj na fotografiji je eden od oscilogramov simetričnega multivibratorja.
Simetrični multivibrator generira pravokotne impulze z delovnim ciklom dveh. Več o delovnem ciklu lahko preberete v članku generator frekvence. Za izmenično prižiganje LED diod bomo uporabili princip delovanja simetričnega multivibratorja.
Shema je sestavljena iz:
– dva KT315B (lahko s katero koli drugo črko)
– dva kondenzatorja z zmogljivostjo 10 mikrofaradov
– štiri, dva po 300 ohmov in dva po 27 kiloohmov
– dve kitajski 3-voltni LED
Tako izgleda naprava na mizi:
In tako deluje:
Če želite spremeniti trajanje utripanja LED, lahko spremenite vrednosti kondenzatorjev C1 in C2 ali uporov R2 in R3.
Obstajajo tudi druge vrste multivibratorjev. Več o njih lahko preberete. Opisuje tudi princip delovanja simetričnega multivibratorja.
Če ste preleni, da bi sestavili takšno napravo, lahko kupite že pripravljeno;-) Na Aliki sem celo našel že pripravljeno napravo. Lahko si ogledate to povezava.
Tukaj je videoposnetek, ki podrobno opisuje delovanje multivibratorja:
Multivibrator je morda najbolj priljubljena naprava med začetniki radijskimi amaterji. In pred kratkim sem moral enega sestaviti na zahtevo ene osebe. Čeprav me to ne zanima več, vseeno nisem bil len in sem izdelek sestavil v članek za začetnike. Dobro je, če en material vsebuje vse informacije za montažo. zelo preprosta in uporabna stvar, ki ne zahteva odpravljanja napak in vam omogoča vizualno preučevanje načel delovanja tranzistorjev, uporov, kondenzatorjev in LED. In tudi, če naprava ne deluje, se preizkusite kot regulator-debugger. Shema ni nova, zgrajena je po standardnem principu, dele pa lahko najdete kjerkoli. So zelo pogosti.
Shema
Kaj zdaj potrebujemo od radioelementov za montažo:
- 2 upora 1 kOhm
- 2 upora 33 kOhm
- 2 kondenzatorja 4,7 uF pri 16 voltih
- 2 tranzistorja KT315 s poljubnimi črkami
- 2 LED za 3-5 voltov
- 1 kronski napajalnik 9 voltov
Če ne najdete delov, ki jih potrebujete, ne skrbite. To vezje ni kritično za ocene. Dovolj je, da nastavite približne vrednosti, to ne bo vplivalo na delo kot celoto. Vpliva le na svetlost in frekvenco utripanja LED. Čas utripanja je neposredno odvisen od kapacitivnosti kondenzatorjev. Tranzistorje je mogoče namestiti v podobne n-p-n strukture nizke moči. Izdelujemo tiskano vezje. Velikost kosa tekstolita je 40 x 40 mm, lahko ga vzamete z rezervo.
Format datoteke za tiskanje. položi6 Prenesi. Da bi med namestitvijo naredil čim manj napak, sem na tekstolit uporabil položajne oznake. To pomaga preprečiti zmedo med sestavljanjem in doda lepoto celotnemu videzu. Tako izgleda dokončano tiskano vezje, jedkano in izvrtano:
Deli namestimo v skladu s shemo, to je zelo pomembno! Glavna stvar je, da ne zamenjate pinout tranzistorjev in LED. Spajkanju je treba nameniti tudi ustrezno pozornost.
Sprva morda ni tako eleganten kot industrijski, ni pa nujno, da je. Glavna stvar je zagotoviti dober stik radijskega elementa s tiskanim vodnikom. Da bi to naredili, moramo dele pred spajkanjem pokositriti. Ko so komponente nameščene in spajkane, vse ponovno preverimo in z alkoholom obrišemo kolofonijo s plošče. Končni izdelek bi moral izgledati nekako takole:
Če je bilo vse opravljeno pravilno, začne multivibrator ob vklopu električnega toka utripati. Barvo LED diod izberete sami. Zaradi jasnosti predlagam ogled videoposnetka.
Video z multivibratorjem
Trenutna poraba naših “utripajočih lučk” je le 7,3 mA. To omogoča, da se ta primerek napaja iz " krone"že dolgo časa. Na splošno je vse brez težav in informativno, in kar je najpomembneje, izjemno preprosto! Želim vam dobro in uspeh pri vaših prizadevanjih! Pripravil Daniil Goryachev ( Alex1).
Razpravljajte o članku SIMETRIČNI MULTIVIBRATOR ZA LED
V tem članku bomo govorili o multivibratorju, kako deluje, kako priključiti breme na multivibrator in o izračunu tranzistorskega simetričnega multivibratorja.
Multivibrator je preprost generator pravokotnih impulzov, ki deluje v načinu samooscilatorja. Za delovanje potrebujete samo napajanje iz baterije ali drugega vira energije. Razmislimo o najpreprostejšem simetričnem multivibratorju z uporabo tranzistorjev. Njegov diagram je prikazan na sliki. Multivibrator je lahko bolj zapleten, odvisno od potrebnih opravljenih funkcij, vendar so vsi elementi, predstavljeni na sliki, obvezni, brez njih multivibrator ne bo deloval.
Delovanje simetričnega multivibratorja temelji na procesih polnjenja in praznjenja kondenzatorjev, ki skupaj z upori tvorijo RC vezja.
O tem, kako delujejo vezja RC, sem že pisal v svojem članku Kondenzator, ki ga lahko preberete na moji spletni strani. Na internetu, če najdete gradivo o simetričnem multivibratorju, je predstavljeno na kratko in nerazumljivo. Ta okoliščina začetnikom radijskim amaterjem ne omogoča, da bi karkoli razumeli, ampak le pomaga izkušenim inženirjem elektronike, da si nekaj zapomnijo. Na zahtevo enega od obiskovalcev mojega spletnega mesta sem se odločil odpraviti to vrzel.
Kako deluje multivibrator?
V začetnem trenutku napajanja sta kondenzatorja C1 in C2 izpraznjena, zato je njun tokovni upor majhen. Nizek upor kondenzatorjev vodi do "hitrega" odpiranja tranzistorjev zaradi toka toka:
— VT2 vzdolž poti (prikazano rdeče): „+ napajanje > upor R1 > nizka upornost izpraznjenega C1 > spoj baza-emiter VT2 > — napajanje”;
— VT1 vzdolž poti (prikazano modro): »+ napajanje > upor R4 > nizek upor izpraznjenega C2 > spoj baza-emiter VT1 > — napajanje.«
To je "nestabilen" način delovanja multivibratorja. Traja zelo kratek čas, ki ga določa le hitrost tranzistorjev. In ni dveh tranzistorjev, ki bi bili popolnoma enaki po parametrih. Kateri koli tranzistor se odpre hitreje, bo ostal odprt - "zmagovalec". Predpostavimo, da se v našem diagramu izkaže, da je VT2. Nato bo zaradi nizkega upora izpraznjenega kondenzatorja C2 in nizkega upora spoja kolektor-emiter VT2 osnova tranzistorja VT1 kratkostično povezana z oddajnikom VT1. Posledično se bo tranzistor VT1 prisiljen zapreti - "postati poražen".
Ker je tranzistor VT1 zaprt, pride do "hitrega" polnjenja kondenzatorja C1 vzdolž poti: "+ napajalnik > upor R1 > nizek upor izpraznjenega C1 > spoj baza-emiter VT2 > — napajalnik." Ta naboj se pojavi skoraj do napetosti napajalnika.
Istočasno se kondenzator C2 napolni s tokom obratne polarnosti vzdolž poti: "+ vir energije> upor R3> nizek upor izpraznjenega C2> spoj kolektor-emiter VT2> — vir energije." Trajanje polnjenja je določeno z ocenama R3 in C2. Določajo čas, ko je VT1 v zaprtem stanju.
Ko se kondenzator C2 napolni do napetosti, ki je približno enaka napetosti 0,7-1,0 voltov, se bo njegov upor povečal in tranzistor VT1 se bo odprl z napetostjo, ki se uporablja vzdolž poti: "+ napajalnik> upor R3> stičišče baza-emiter VT1> - napajanje." V tem primeru bo napetost napolnjenega kondenzatorja C1 preko odprtega spoja kolektor-emiter VT1 uporabljena na spoju emiter-baza tranzistorja VT2 z obratno polarnostjo. Posledično se bo VT2 zaprl in tok, ki je prej šel skozi odprto stičišče kolektor-emiter VT2, bo tekel skozi tokokrog: "+ napajalnik> upor R4> nizek upor C2> stičišče baza-emiter VT1> — napajanje. ” To vezje bo hitro napolnilo kondenzator C2. Od tega trenutka se začne način samoproizvodnje "steady-state".
Delovanje simetričnega multivibratorja v "steady-state" načinu generiranja
Začne se prvi pol cikla delovanja (nihanja) multivibratorja.
Ko je tranzistor VT1 odprt in VT2 zaprt, kot sem pravkar napisal, se kondenzator C2 hitro napolni (od napetosti 0,7 do 1,0 voltov ene polarnosti do napetosti vira energije nasprotne polarnosti) vzdolž vezja : “+ napajalnik > upor R4 > nizek upor C2 > spoj baza-emiter VT1 > - napajalnik.” Poleg tega se kondenzator C1 počasi ponovno polni (od napetosti vira ene polarnosti do napetosti 0,7...1,0 voltov nasprotne polarnosti) vzdolž tokokroga: "+ napajanje > upor R2 > desna plošča C1 > leva plošča C1 > kolektorsko-emiterski spoj tranzistorja VT1 > - - vir energije.”
Ko zaradi ponovnega polnjenja C1 napetost na dnu VT2 doseže vrednost +0,6 voltov glede na oddajnik VT2, se bo tranzistor odprl. Zato bo napetost napolnjenega kondenzatorja C2 preko odprtega spoja kolektor-emiter VT2 uporabljena na spoju emiter-baza tranzistorja VT1 z obratno polarnostjo. VT1 se bo zaprl.
Začne se drugi pol cikel delovanja (nihanje) multivibratorja.
Ko je tranzistor VT2 odprt in VT1 zaprt, se kondenzator C1 hitro napolni (iz napetosti 0,7 ... 1,0 voltov ene polarnosti na napetost vira napajanja nasprotne polarnosti) vzdolž vezja: "+ napajanje > upor R1 > nizek upor C1 > bazni oddajnik VT2 > - napajalnik.” Poleg tega se kondenzator C2 počasi ponovno polni (od napetosti vira energije ene polarnosti do napetosti 0,7...1,0 voltov nasprotne polarnosti) vzdolž tokokroga: "desna plošča C2 > spoj kolektor-emiter tranzistor VT2 > - napajanje > + napajanje vira > upor R3 > leva plošča C2". Ko napetost na dnu VT1 doseže +0,6 voltov glede na oddajnik VT1, se bo tranzistor odprl. Zato bo napetost napolnjenega kondenzatorja C1 preko odprtega spoja kolektor-emiter VT1 uporabljena na spoju emiter-baza tranzistorja VT2 z obratno polarnostjo. VT2 se bo zaprl. Na tej točki se drugi polovični cikel nihanja multivibratorja konča in prvi polovični cikel se začne znova.
Postopek se ponavlja, dokler multivibratorja ne izklopimo iz vira napajanja.
Metode za priključitev tovora na simetrični multivibrator
Pravokotni impulzi se odstranijo iz dveh točk simetričnega multivibratorja– tranzistorski kolektorji. Ko je na enem kolektorju "visok" potencial, je na drugem kolektorju "nizek" potencial (odsoten je) in obratno - ko je na enem izhodu "nizek" potencial, potem obstaja »visok« potencial na drugi strani. To je jasno prikazano na spodnjem časovnem grafu.
Obremenitev multivibratorja mora biti priključena vzporedno z enim od kolektorskih uporov, nikakor pa vzporedno s tranzistorskim spojem kolektor-emiter. Tranzistorja ne morete zaobiti z obremenitvijo. Če ta pogoj ni izpolnjen, se bo najmanj trajanje impulzov spremenilo, največ pa multivibrator ne bo deloval. Spodnja slika prikazuje, kako pravilno priključiti breme in kako tega ne storiti.
Da obremenitev ne vpliva na sam multivibrator, mora imeti zadosten vhodni upor. V ta namen se običajno uporabljajo stopnje vmesnega tranzistorja.
Primer kaže priključitev dinamične glave z nizko impedanco na multivibrator. Dodatni upor poveča vhodni upor vmesne stopnje in s tem odpravi vpliv vmesne stopnje na tranzistor multivibratorja. Njegova vrednost ne sme biti manjša od 10-kratne vrednosti kolektorskega upora. Priključitev dveh tranzistorjev v vezje "kompozitni tranzistor" znatno poveča izhodni tok. V tem primeru je pravilno povezati bazno-emitersko vezje vmesne stopnje vzporedno s kolektorskim uporom multivibratorja in ne vzporedno s kolektorsko-emiterskim spojem tranzistorja multivibratorja.
Za priključitev visokoimpedančne dinamične glave na multivibrator stopnja medpomnilnika ni potrebna. Glava je priključena namesto enega od kolektorskih uporov. Edini pogoj, ki mora biti izpolnjen je, da tok, ki teče skozi dinamično glavo, ne sme preseči največjega kolektorskega toka tranzistorja.
Če želite na multivibrator priključiti navadne LED diode– ustvariti »utripajočo luč«, potem za to niso potrebne vmesne kaskade. Lahko jih povežemo zaporedno s kolektorskimi upori. To je posledica dejstva, da je tok LED majhen in padec napetosti na njem med delovanjem ni večji od enega volta. Zato nimajo nobenega vpliva na delovanje multivibratorja. Res je, da to ne velja za super svetle LED diode, pri katerih je delovni tok višji in je lahko padec napetosti od 3,5 do 10 voltov. Toda v tem primeru obstaja izhod - povečajte napajalno napetost in uporabite tranzistorje z visoko močjo, ki zagotavljajo zadosten kolektorski tok.
Upoštevajte, da so oksidni (elektrolitski) kondenzatorji s pozitivnimi polji povezani s kolektorji tranzistorjev. To je posledica dejstva, da se na osnovi bipolarnih tranzistorjev napetost ne dvigne nad 0,7 voltov glede na oddajnik, v našem primeru pa so oddajniki minus napajanja. Toda na kolektorjih tranzistorjev se napetost spremeni skoraj od nič do napetosti vira energije. Oksidni kondenzatorji ne morejo opravljati svoje funkcije, če so povezani z obratno polarnostjo. Seveda, če uporabljate tranzistorje drugačne strukture (ne N-P-N, ampak strukture P-N-P), potem morate poleg spremembe polarnosti vira napajanja obrniti LED s katodami "navzgor v vezju" in kondenzatorje s plusi na bazah tranzistorjev.
Ugotovimo zdaj Kateri parametri elementov multivibratorja določajo izhodne tokove in frekvenco generiranja multivibratorja?
Na kaj vplivajo vrednosti kolektorskih uporov? V nekaterih povprečnih internetnih člankih sem videl, da vrednosti kolektorskih uporov ne vplivajo bistveno na frekvenco multivibratorja. Vse to je popolna neumnost! Če je multivibrator pravilno izračunan, odstopanje vrednosti teh uporov za več kot petkrat od izračunane vrednosti ne bo spremenilo frekvence multivibratorja. Glavna stvar je, da je njihov upor manjši od osnovnega upora, saj kolektorski upori zagotavljajo hitro polnjenje kondenzatorjev. Po drugi strani pa so vrednosti kolektorskih uporov glavne za izračun porabe energije iz vira energije, katerih vrednost ne sme presegati moči tranzistorjev. Če pogledate, če so pravilno povezani, niti nimajo neposrednega vpliva na izhodno moč multivibratorja. Toda trajanje med preklopi (frekvenca multivibratorja) je določeno s "počasnim" polnjenjem kondenzatorjev. Čas polnjenja je določen z nazivnimi vrednostmi RC tokokrogov - baznih uporov in kondenzatorjev (R2C1 in R3C2).
Multivibrator, čeprav se imenuje simetričen, se to nanaša samo na vezje njegove konstrukcije in lahko proizvaja tako simetrične kot asimetrične izhodne impulze po trajanju. Trajanje impulza (visoka raven) na kolektorju VT1 je določeno z ocenama R3 in C2, trajanje impulza (visoka raven) na kolektorju VT2 pa je določeno z ocenama R2 in C1.
Trajanje polnjenja kondenzatorjev se določi s preprosto formulo, kjer Tau– trajanje impulza v sekundah, R– upornost upora v Ohmih, Z– kapacitivnost kondenzatorja v Faradih:
Torej, če še niste pozabili, kaj je bilo v tem članku napisano nekaj odstavkov prej:
Če obstaja enakost R2=R3 in C1=C2, na izhodih multivibratorja bo "meander" - pravokotni impulzi s trajanjem, ki je enako premorom med impulzi, ki jih vidite na sliki.
Celotna nihajna doba multivibratorja je T enak vsoti trajanja impulza in premora:
Frekvenca nihanja F(Hz), povezanih z obdobjem T(sek) skozi razmerje:
Praviloma, če obstajajo izračuni radijskih vezij na internetu, so skromni. Zato Izračunajmo elemente simetričnega multivibratorja na primeru .
Kot vse tranzistorske stopnje je treba izračun opraviti od konca - izhoda. In na izhodu imamo vmesno stopnjo, potem so kolektorski upori. Kolektorski upori R1 in R4 opravljajo funkcijo obremenitve tranzistorjev. Kolektorski upori nimajo vpliva na frekvenco generiranja. Izračunani so na podlagi parametrov izbranih tranzistorjev. Tako najprej izračunamo kolektorske upore, nato osnovne upore, nato kondenzatorje in nato še pufersko stopnjo.
Postopek in primer izračuna tranzistorskega simetričnega multivibratorja
Začetni podatki:
Napajalna napetost Ui.p. = 12 V.
Zahtevana frekvenca multivibratorja F = 0,2 Hz (T = 5 sekund), trajanje impulza pa je enako 1 (ena sekunda.
Kot obremenitev se uporablja avtomobilska žarnica z žarilno nitko. 12 voltov, 15 vatov.
Kot ste uganili, bomo izračunali "utripajočo luč", ki bo utripala vsakih pet sekund, trajanje sijaja pa bo 1 sekunda.
Izbira tranzistorjev za multivibrator. Na primer, v sovjetskih časih imamo najpogostejše tranzistorje KT315G.
Za njih: Pmax=150 mW; Imax=150 mA; h21>50.
Tranzistorji za vmesno stopnjo so izbrani glede na obremenitveni tok.
Da diagrama ne bi upodobil dvakrat, sem že podpisal vrednosti elementov na diagramu. Njihov izračun je podan v nadaljevanju Sklepa.
rešitev:
1. Najprej morate razumeti, da je delovanje tranzistorja pri visokih tokovih v preklopnem načinu varnejše za sam tranzistor kot delovanje v ojačevalnem načinu. Zato ni treba izračunati moči za prehodno stanje v trenutkih prehoda izmeničnega signala skozi delovno točko "B" statičnega načina tranzistorja - prehod iz odprtega stanja v zaprto stanje in nazaj . Za impulzna vezja, zgrajena na bipolarnih tranzistorjih, se moč običajno izračuna za tranzistorje v odprtem stanju.
Najprej določimo največjo disipacijo moči tranzistorjev, ki naj bo za 20 odstotkov manjša (faktor 0,8) od največje moči tranzistorja, ki je navedena v priročniku. Toda zakaj moramo multivibrator pognati v tog okvir visokih tokov? In tudi s povečano močjo bo poraba energije iz vira energije velika, koristi pa bo malo. Torej, ko smo določili največjo disipacijo moči tranzistorjev, jo bomo zmanjšali za 3-krat. Nadaljnje zmanjšanje disipacije moči je nezaželeno, ker je delovanje multivibratorja na osnovi bipolarnih tranzistorjev v načinu nizkega toka "nestabilen" pojav. Če se vir energije ne uporablja samo za multivibrator ali če ni povsem stabilen, bo frekvenca multivibratorja tudi "lebdela".
Določimo največjo disipacijo moči: Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW
Določimo nazivno disipirano moč: Pdis.nom. = 120 / 3 = 40 mW
2. Določite kolektorski tok v odprtem stanju: Ik0 = Pdis.nom. / Ui.p. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA
Vzemimo ga kot največji kolektorski tok.
3. Poiščimo vrednost upora in moči obremenitve kolektorja: Rk.total = Ui.p./Ik0 = 12V/3,3mA = 3,6 kOhm
Iz obstoječega nazivnega območja izberemo upore, ki so čim bližje 3,6 kOhm. Nazivna serija uporov ima nazivno vrednost 3,6 kOhm, zato najprej izračunamo vrednost kolektorskih uporov R1 in R4 multivibratorja: Rк = R1 = R4 = 3,6 kOhm.
Moč kolektorskih uporov R1 in R4 je enaka nazivni moči disipacije tranzistorjev Pras.nom. = 40 mW. Uporabljamo upore z močjo, ki presega navedeno Pras.nom. - tip MLT-0.125.
4. Preidimo na izračun osnovnih uporov R2 in R3. Njihova ocena je določena na podlagi ojačanja tranzistorjev h21. Hkrati mora biti za zanesljivo delovanje multivibratorja vrednost upora v območju: 5-krat večja od upornosti kolektorskih uporov in manjša od produkta Rк * h21.V našem primeru Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm in Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm
Tako so lahko vrednosti upora Rb (R2 in R3) v območju 18 ... 180 kOhm. Najprej izberemo povprečno vrednost = 100 kOhm. Vendar ni dokončno, saj moramo zagotoviti zahtevano frekvenco multivibratorja, in kot sem že napisal, je frekvenca multivibratorja neposredno odvisna od osnovnih uporov R2 in R3, pa tudi od kapacitivnosti kondenzatorjev.
5. Izračunajte kapacitivnosti kondenzatorjev C1 in C2 in po potrebi ponovno izračunajte vrednosti R2 in R3.
Vrednosti kapacitivnosti kondenzatorja C1 in upora upora R2 določajo trajanje izhodnega impulza na kolektorju VT2. Med tem impulzom naj bi zasvetila naša žarnica. In v stanju je bilo trajanje impulza nastavljeno na 1 sekundo.
Določimo kapacitivnost kondenzatorja: C1 = 1 s / 100 kOhm = 10 µF
Kondenzator s kapaciteto 10 μF je vključen v nazivno območje, tako da nam ustreza.
Vrednosti kapacitivnosti kondenzatorja C2 in upora upora R3 določajo trajanje izhodnega impulza na kolektorju VT1. Med tem impulzom je na kolektorju VT2 "pavza" in naša žarnica ne bi smela zasvetiti. In v pogoju je bilo določeno celotno obdobje 5 sekund s trajanjem impulza 1 sekunde. Zato je trajanje premora 5 sekund – 1 sekunda = 4 sekunde.
Po preoblikovanju formule trajanja polnjenja smo Določimo kapacitivnost kondenzatorja: C2 = 4 s / 100 kOhm = 40 µF
Kondenzator s kapaciteto 40 μF ni vključen v nazivno območje, zato nam ne ustreza, zato bomo vzeli kondenzator s kapaciteto 47 μF, ki mu je čim bližje. Toda kot razumete, se bo spremenil tudi čas "pavze". Da do tega ne bi prišlo, smo Preračunajmo upornost upora R3 glede na trajanje premora in kapacitivnost kondenzatorja C2: R3 = 4 sekunde / 47 µF = 85 kOhm
Glede na nominalno serijo je najbližja vrednost upora upora 82 kOhm.
Tako smo dobili vrednosti elementov multivibratorja:
R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.
6. Izračunajte vrednost upora R5 vmesne stopnje.
Da bi odpravili vpliv na multivibrator, je upor dodatnega omejevalnega upora R5 izbran vsaj 2-krat večji od upora kolektorskega upora R4 (in v nekaterih primerih več). Njegov upor, skupaj z uporom stičišč emiter-baza VT3 in VT4, v tem primeru ne bo vplival na parametre multivibratorja.
R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhm
Glede na nominalno serijo je najbližji upor 7,5 kOhm.
Z vrednostjo upora R5 = 7,5 kOhm bo krmilni tok vmesne stopnje enak:
Icontrol = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12v - 1,2v) / 7,5 kOhm = 1,44 mA
Poleg tega, kot sem že napisal, stopnja obremenitve kolektorja tranzistorjev multivibratorja ne vpliva na njegovo frekvenco, tako da če nimate takega upora, ga lahko zamenjate z drugo "tesno" oceno (5 ... 9 kOhm ). Bolje je, če je to v smeri zmanjševanja, da ne pride do padca krmilnega toka v vmesni stopnji. Vendar ne pozabite, da je dodatni upor dodatna obremenitev za tranzistor VT2 multivibratorja, tako da se tok, ki teče skozi ta upor, poveča tok kolektorskega upora R4 in je obremenitev za tranzistor VT2: Total = Ik + Icontrol. = 3,3 mA + 1,44 mA = 4,74 mA
Skupna obremenitev kolektorja tranzistorja VT2 je v mejah normale. Če presega največji kolektorski tok, določen v referenčni knjigi in pomnožen s faktorjem 0,8, povečajte upor R4, dokler se obremenitveni tok dovolj ne zmanjša, ali uporabite močnejši tranzistor.
7. Žarnici moramo zagotoviti tok In = Рн / Ui.p. = 15 W / 12 V = 1,25 A
Toda krmilni tok vmesne stopnje je 1,44 mA. Tok multivibratorja je treba povečati za vrednost, ki je enaka razmerju:
V / Icontrol = 1,25 A / 0,00144 A = 870-krat.
Kako narediti? Za znatno povečanje izhodnega toka uporabite tranzistorske kaskade, zgrajene po vezju "kompozitni tranzistor". Prvi tranzistor je običajno nizke moči (uporabljali bomo KT361G), ima največji dobiček, drugi pa mora zagotoviti zadosten obremenitveni tok (vzemimo nič manj pogost KT814B). Nato se njihovi prenosni koeficienti h21 pomnožijo. Torej, za tranzistor KT361G h21>50 in za tranzistor KT814B h21=40. In skupni koeficient prenosa teh tranzistorjev, povezanih v skladu s vezjem "kompozitni tranzistor": h21 = 50 * 40 = 2000. Ta številka je večja od 870, tako da so ti tranzistorji povsem dovolj za krmiljenje žarnice.
No, to je vse!
Nalaganje...