Schema elettrico del multivibratore a transistor trifase, principio di funzionamento. Multivibratore simmetrico, calcolo e circuito multivibratore
I LED sono installati sulla scheda multivibratore
Lampeggiatore a LED - multivibratore simmetrico L'applicazione del circuito multivibratore simmetrico è molto ampia. Elementi dei circuiti multivibratore si trovano nella tecnologia informatica, nelle misurazioni radio e nelle apparecchiature mediche.
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Il circuito multivibratore mostrato in Figura 1 è una connessione in cascata di amplificatori a transistor in cui l'uscita del primo stadio è collegata all'ingresso del secondo tramite un circuito contenente un condensatore e l'uscita del secondo stadio è collegata all'ingresso del primo attraverso un circuito contenente un condensatore. Gli amplificatori multivibratore sono interruttori a transistor che possono trovarsi in due stati. Il circuito multivibratore nella Figura 1 differisce dal circuito di trigger discusso nell'articolo "". Poiché presenta elementi reattivi nei circuiti di retroazione, il circuito può quindi generare oscillazioni non sinusoidali. Puoi trovare la resistenza dei resistori R1 e R4 dalle relazioni 1 e 2:
Dove I KBO = 0,5 μA è la corrente massima di collettore inverso del transistor KT315a,
Ikmax=0.1A è la corrente massima di collettore del transistor KT315a, Up=3V è la tensione di alimentazione. Scegliamo R1=R4=100Ohm. I condensatori C1 e C2 vengono selezionati in base alla frequenza di oscillazione richiesta del multivibratore.
Figura 1 - Multivibratore basato su transistor KT315A
È possibile scaricare la tensione tra i punti 2 e 3 o tra i punti 2 e 1. I grafici seguenti mostrano approssimativamente come cambierà la tensione tra i punti 2 e 3 e tra i punti 2 e 1.
T - periodo di oscillazione, t1 - costante di tempo del braccio sinistro del multivibratore, t2 - costante di tempo del braccio destro del multivibratore può essere calcolato utilizzando le formule:
È possibile impostare la frequenza e il ciclo di lavoro degli impulsi generati dal multivibratore modificando la resistenza dei resistori di taglio R2 e R3. È inoltre possibile sostituire i condensatori C1 e C2 con condensatori variabili (o trimmer) e, cambiando la loro capacità, impostare la frequenza e il duty cycle degli impulsi generati dal multivibratore, questo metodo è ancora più preferibile, quindi se sono presenti trimmer (o meglio quelli variabili), allora è meglio usarli e impostare i resistori variabili R2 e R3 su costanti. La foto sotto mostra il multivibratore assemblato:
Per garantire il funzionamento del multivibratore assemblato, ad esso è stato collegato un altoparlante piezodinamico (tra i punti 2 e 3). Dopo aver alimentato il circuito, l'altoparlante piezoelettrico ha iniziato a crepitare. I cambiamenti nella resistenza dei resistori di sintonizzazione hanno portato ad un aumento della frequenza del suono emesso dalla piezodinamica, o alla sua diminuzione, o al fatto che il multivibratore ha smesso di generare.
Un programma per il calcolo della frequenza, del periodo e delle costanti di tempo, del ciclo di lavoro degli impulsi prelevati da un multivibratore:
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Altri multivibratori:
Un multivibratore è il generatore di impulsi più semplice che funziona in modalità auto-oscillazione, ovvero quando viene applicata tensione al circuito, inizia a generare impulsi.
Lo schema più semplice è mostrato nella figura seguente:
circuito a transistor multivibratore
Inoltre, le capacità dei condensatori C1, C2 sono sempre selezionate il più identiche possibile e il valore nominale delle resistenze di base R2, R3 dovrebbe essere superiore a quello del collettore. Questa è una condizione importante per il corretto funzionamento della MV.
Come funziona un multivibratore a transistor? Quindi: quando si accende l'alimentazione, i condensatori C1 e C2 iniziano a caricarsi.
Il primo condensatore nella catena R1-C1-transizione BE del secondo corpo.
La seconda capacità verrà caricata attraverso il circuito R4 - C2 - transizione BE del primo transistor - alloggiamento.
Poiché sui transistor è presente una corrente di base, si aprono quasi. Ma poiché non esistono due transistor identici, uno di essi si aprirà un po' prima del suo collega.
Supponiamo che il nostro primo transistor si apra prima. Quando si apre, scaricherà la capacità C1. Inoltre, si scaricherà con polarità inversa, chiudendo il secondo transistor. Ma il primo è nello stato aperto solo temporaneamente finché il condensatore C2 non viene caricato al livello della tensione di alimentazione. Al termine del processo di ricarica C2, Q1 viene bloccato.
Ma a questo punto C1 è quasi scarico. Ciò significa che una corrente lo attraverserà aprendo il secondo transistor, che scaricherà il condensatore C2 e rimarrà aperto finché il primo condensatore non verrà ricaricato. E così via di ciclo in ciclo finché non spegniamo l'alimentazione dal circuito.
Come è facile vedere, il tempo di commutazione qui è determinato dalla capacità nominale dei condensatori. A proposito, anche la resistenza delle resistenze di base R1, R3 contribuisce con un certo fattore.
Torniamo allo stato originale, quando il primo transistor è aperto. In questo momento, la capacità C1 non solo avrà il tempo di scaricarsi, ma inizierà anche a caricarsi con polarità inversa lungo il circuito R2-C1-collettore-emettitore di Q1 aperto.
Ma la resistenza di R2 è piuttosto grande e C1 non ha il tempo di caricarsi al livello della fonte di alimentazione, ma quando Q1 è bloccato, si scaricherà attraverso la catena base di Q2, aiutandolo ad aprirsi più velocemente. La stessa resistenza aumenta anche il tempo di carica del primo condensatore C1. Ma le resistenze del collettore R1, R4 sono un carico e non hanno molto effetto sulla frequenza di generazione degli impulsi.
Come introduzione pratica, propongo di assemblare, nello stesso articolo viene discussa anche la struttura con tre transistor.
circuito multivibratore che utilizza transistor nella progettazione di un lampeggiatore di Capodanno
Diamo un'occhiata al funzionamento di un multivibratore asimmetrico che utilizza due transistor usando l'esempio di un semplice circuito radioamatoriale fatto in casa che emette il suono di una palla di metallo che rimbalza. Il circuito funziona nel modo seguente: man mano che la capacità C1 si scarica, il volume dei colpi diminuisce. La durata totale del suono dipende dal valore di C1 e il condensatore C2 imposta la durata delle pause. I transistor possono essere assolutamente di qualsiasi tipo pnp.
Esistono due tipi di micro multivibratori domestici: auto-oscillante (GG) e standby (AG).
Quelli auto-oscillanti generano una sequenza periodica di impulsi rettangolari. La loro durata e il periodo di ripetizione sono stabiliti dai parametri degli elementi esterni di resistenza e capacità o dal livello della tensione di controllo.
Lo sono, ad esempio, i microcircuiti domestici delle MT autooscillanti 530GG1, K531GG1, KM555GG2 Troverete informazioni più dettagliate su di loro e su molti altri, ad esempio, in Yakubovsky S.V. Circuiti integrati o circuiti integrati digitali e analogici e i loro analoghi stranieri. Directory in 12 volumi a cura di Nefedov
Per le MV in attesa, la durata dell'impulso generato è impostata anche dalle caratteristiche dei componenti radio collegati, e il periodo di ripetizione dell'impulso è impostato dal periodo di ripetizione degli impulsi di trigger che arrivano ad un ingresso separato.
Esempi: K155AG1 contiene un multivibratore di standby che genera singoli impulsi rettangolari con buona stabilità di durata; 133AG3, K155AG3, 533AG3, KM555AG3, KR1533AG3 contiene due MV di standby che generano singoli impulsi di tensione rettangolari con buona stabilità; 533AG4, KM555AG4 due MV in attesa che formano singoli impulsi di tensione rettangolari.
Molto spesso nella pratica radioamatoriale si preferisce non utilizzare microcircuiti specializzati, ma assemblarli utilizzando elementi logici.
Il circuito multivibratore più semplice che utilizza porte NAND è mostrato nella figura seguente. Ha due stati: in uno stato DD1.1 è bloccato e DD1.2 è aperto, nell'altro è tutto il contrario.
Ad esempio, se DD1.1 è chiuso, DD1.2 è aperto, quindi la capacità C2 viene caricata dalla corrente di uscita di DD1.1 che passa attraverso la resistenza R2. La tensione all'ingresso DD1.2 è positiva. Mantiene aperto DD1.2. Quando il condensatore C2 si carica, la corrente di carica diminuisce e la tensione su R2 diminuisce. Nel momento in cui viene raggiunto il livello di soglia, DD1.2 inizia a chiudersi e il suo potenziale di output aumenta. L'aumento di questa tensione viene trasmesso attraverso C1 all'uscita DD1.1, quest'ultima si apre e si sviluppa il processo inverso, che termina con il blocco completo di DD1.2 e lo sblocco di DD1.1 - la transizione del dispositivo al secondo stato instabile . Ora C1 verrà caricato tramite R1 e la resistenza di uscita del componente microcircuito DD1.2 e C2 tramite DD1.1. Pertanto, osserviamo un tipico processo auto-oscillatorio.
Un altro semplice circuito che può essere assemblato utilizzando elementi logici è un generatore di impulsi rettangolare. Inoltre, tale generatore funzionerà in modalità di autogenerazione, simile a quella a transistor. La figura seguente mostra un generatore costruito su un microassemblaggio domestico digitale logico K155LA3
circuito multivibratore su K155LA3
Un esempio pratico di tale implementazione si trova nella pagina dell'elettronica nella progettazione del dispositivo chiamante.
Viene considerato un esempio pratico dell'implementazione del funzionamento di una MV in attesa su un trigger nella progettazione di un interruttore ottico di illuminazione che utilizza raggi IR.
Questa lezione sarà dedicata ad un argomento piuttosto importante e popolare: i multivibratori e le loro applicazioni. Se provassi solo a elencare dove e come vengono utilizzati i multivibratori simmetrici e asimmetrici auto-oscillanti, richiederebbe un discreto numero di pagine del libro. Forse non esiste ramo della radioingegneria, dell'elettronica, dell'automazione, della tecnologia degli impulsi o dei computer in cui tali generatori non vengano utilizzati. Questa lezione fornirà informazioni teoriche su questi dispositivi e, alla fine, fornirò diversi esempi del loro utilizzo pratico in relazione alla tua creatività.
Multivibratore autooscillante
I multivibratori sono dispositivi elettronici che generano oscillazioni elettriche di forma quasi rettangolare. Lo spettro di oscillazioni generato da un multivibratore contiene molte armoniche - anche oscillazioni elettriche, ma multipli delle oscillazioni della frequenza fondamentale, che si riflette nel suo nome: "molti - molti", "vibrazione - oscillazione".
Consideriamo il circuito mostrato in (Fig. 1,a). Riconosci? Sì, questo è il circuito di un amplificatore a transistor a due stadi 3H con uscita per le cuffie. Cosa succede se l'uscita di un tale amplificatore è collegata al suo ingresso, come mostrato dalla linea tratteggiata nel diagramma? Tra loro si crea un feedback positivo e l'amplificatore si autoecciterà e diventerà un generatore di oscillazioni della frequenza audio, e nei telefoni sentiremo un suono basso.Questo fenomeno viene combattuto vigorosamente nei ricevitori e negli amplificatori, ma per i dispositivi che funzionano automaticamente si trasforma essere utile.
Ora guarda (Fig. 1, b). Su di esso vedi uno schema dello stesso amplificatore coperto riscontro positivo , come in (Fig. 1, a), solo il suo contorno è leggermente cambiato. Questo è esattamente il modo in cui vengono solitamente disegnati i circuiti dei multivibratori autooscillanti, cioè autoeccitati. L'esperienza è forse il metodo migliore per comprendere l'essenza dell'azione di un particolare dispositivo elettronico. Ne sei stato convinto più di una volta. E ora, per comprendere meglio il funzionamento di questo dispositivo universale: una macchina automatica, propongo di condurre un esperimento con esso. Puoi vedere il diagramma schematico di un multivibratore autooscillante con tutti i dati sui suoi resistori e condensatori in (Fig. 2, a). Montatelo su una breadboard. I transistor devono essere a bassa frequenza (MP39 - MP42), poiché i transistor ad alta frequenza hanno una tensione di rottura della giunzione dell'emettitore molto bassa. Condensatori elettrolitici C1 e C2 - tipo K50 - 6, K50 - 3 o loro analoghi importati per una tensione nominale di 10 - 12 V. Le resistenze dei resistori possono differire da quelle indicate nello schema fino al 50%. È importante solo che i valori dei resistori di carico Rl, R4 e dei resistori di base R2, R3 siano il più simili possibile. Per l'alimentazione utilizzare una batteria o un alimentatore Krona. Collegare un milliamperometro (PA) al circuito collettore di uno qualsiasi dei transistor per una corrente di 10 - 15 mA e collegare un voltmetro CC ad alta resistenza (PU) alla sezione emettitore-collettore dello stesso transistor per una tensione fino a a 10 V. Dopo aver controllato l'installazione e soprattutto la polarità dei condensatori elettrolitici di commutazione, collegare una fonte di alimentazione al multivibratore. Cosa mostrano gli strumenti di misura? Milliamperometro: la corrente del circuito del collettore a transistor aumenta bruscamente fino a 8-10 mA, quindi diminuisce bruscamente quasi fino a zero. Il voltmetro, al contrario, diminuisce quasi a zero o aumenta fino alla tensione della fonte di alimentazione, la tensione del collettore. Cosa indicano queste misurazioni? Il fatto che il transistor di questo braccio del multivibratore funzioni in modalità di commutazione. La corrente più alta del collettore e allo stesso tempo la tensione più bassa sul collettore corrispondono allo stato aperto, mentre la corrente più bassa e la tensione del collettore più alta corrispondono allo stato chiuso del transistor. Il transistor del secondo braccio del multivibratore funziona esattamente allo stesso modo, ma, come si suol dire, con sfasamento di 180° : Quando uno dei transistor è aperto, l'altro è chiuso. È facile verificarlo collegando lo stesso milliamperometro al circuito di collettore del transistor del secondo braccio del multivibratore; le frecce degli strumenti di misura si discosteranno alternativamente dai segni della scala zero. Ora, utilizzando un orologio con la lancetta dei secondi, conta quante volte al minuto i transistor passano da aperti a chiusi. Circa 15 - 20 volte: questo è il numero di oscillazioni elettriche generate dal multivibratore al minuto. Pertanto, il periodo di un'oscillazione è di 3 - 4 s. Continuando a monitorare l'ago del milliamperometro, prova a rappresentare graficamente queste fluttuazioni. Sull'asse delle ordinate orizzontali tracciare, su una certa scala, gli intervalli di tempo in cui il transistor si trova negli stati aperto e chiuso e, sull'asse verticale, tracciare la corrente di collettore corrispondente a questi stati. Otterrai più o meno lo stesso grafico mostrato in Fig. 2, b.
Ciò significa che possiamo presumerlo Il multivibratore genera oscillazioni elettriche rettangolari. Nel segnale del multivibratore, indipendentemente dall'uscita da cui viene prelevato, è possibile distinguere gli impulsi di corrente e le pause tra di loro. L'intervallo di tempo dal momento della comparsa di un impulso di corrente (o tensione) fino al momento della comparsa del successivo impulso della stessa polarità è solitamente chiamato periodo di ripetizione dell'impulso T e il tempo tra gli impulsi con una durata di pausa Tn - I multivibratori che generano impulsi la cui durata Tn è uguale alle pause tra loro sono detti simmetrici. Pertanto, il multivibratore esperto che hai assemblato lo è simmetrico. Sostituire i condensatori C1 e C2 con altri condensatori con una capacità di 10 - 15 µF. Il multivibratore rimase simmetrico, ma la frequenza delle oscillazioni da esso generate aumentò di 3 - 4 volte - fino a 60 - 80 al minuto o, che è la stessa cosa, a circa 1 Hz. Le frecce degli strumenti di misura hanno appena il tempo di seguire i cambiamenti di correnti e tensioni nei circuiti a transistor. E se i condensatori C1 e C2 venissero sostituiti con capacità di carta da 0,01 - 0,05 μF? Come si comporteranno ora le frecce degli strumenti di misura? Avendo deviato dallo zero della bilancia, rimangono fermi. Forse la generazione è stata interrotta? NO! È solo che la frequenza di oscillazione del multivibratore è aumentata a diverse centinaia di hertz. Si tratta di vibrazioni nella gamma di frequenze audio che i dispositivi DC non sono più in grado di rilevare. Possono essere rilevati utilizzando un frequenzimetro o cuffie collegate tramite un condensatore con una capacità di 0,01 - 0,05 μF a una qualsiasi delle uscite del multivibratore o collegandole direttamente al circuito del collettore di uno qualsiasi dei transistor anziché a un resistore di carico. Si sentirà un suono basso sui telefoni. Qual è il principio di funzionamento di un multivibratore? Torniamo allo schema di Fig. 2, a. Al momento dell'accensione, i transistor di entrambi i bracci del multivibratore si aprono, poiché tensioni di polarizzazione negative vengono applicate alle loro basi attraverso i corrispondenti resistori R2 e R3. Allo stesso tempo, i condensatori di accoppiamento iniziano a caricarsi: C1 - attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor V2 e del resistore R1; C2 - attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor V1 e del resistore R4. Questi circuiti di carica dei condensatori, essendo divisori di tensione della sorgente di alimentazione, creano tensioni sempre più negative alle basi dei transistor (rispetto agli emettitori), tendendo ad aprire sempre di più i transistor. L'accensione di un transistor provoca una diminuzione della tensione negativa sul suo collettore, che fa diminuire la tensione negativa alla base dell'altro transistor, spegnendolo. Questo processo avviene contemporaneamente in entrambi i transistor, ma solo uno di essi si chiude, sulla base del quale si verifica una tensione positiva più elevata, ad esempio, a causa della differenza nei coefficienti di trasferimento di corrente h21e di resistori e condensatori. Il secondo transistor rimane aperto. Ma questi stati dei transistor sono instabili, perché i processi elettrici nei loro circuiti continuano. Supponiamo che qualche tempo dopo l'accensione, il transistor V2 fosse chiuso e il transistor V1 fosse aperto. Da questo momento, il condensatore C1 inizia a scaricarsi attraverso il transistor aperto V1, la cui resistenza della sezione emettitore-collettore in questo momento è bassa, e il resistore R2. Quando il condensatore C1 si scarica, la tensione positiva alla base del transistor chiuso V2 diminuisce. Non appena il condensatore è completamente scarico e la tensione alla base del transistor V2 si avvicina allo zero, nel circuito collettore di questo transistor che si apre si forma una corrente che agisce attraverso il condensatore C2 sulla base del transistor V1 e abbassa il negativo tensione su di esso. Di conseguenza, la corrente che scorre attraverso il transistor V1 inizia a diminuire e, al contrario, aumenta attraverso il transistor V2. Ciò fa sì che il transistor V1 si spenga e il transistor V2 si apra. Ora il condensatore C2 inizierà a scaricarsi, ma attraverso il transistor V2 aperto e il resistore R3, che alla fine porta all'apertura del primo e alla chiusura del secondo transistor, ecc. I transistor interagiscono continuamente, facendo sì che il multivibratore generi oscillazioni elettriche. La frequenza di oscillazione del multivibratore dipende sia dalla capacità dei condensatori di accoppiamento, che avete già controllato, sia dalla resistenza dei resistori di base, che potrete verificare ora. Prova, ad esempio, a sostituire i resistori di base R2 e R3 con resistori ad alta resistenza. La frequenza di oscillazione del multivibratore diminuirà. Al contrario, se la loro resistenza è minore, la frequenza di oscillazione aumenterà. Un altro esperimento: scollegare i terminali superiori (secondo lo schema) dei resistori R2 e R3 dal conduttore negativo della fonte di alimentazione, collegarli insieme e tra loro e il conduttore negativo accendere un resistore variabile con una resistenza di 30 - 50 kOhm come reostato. Ruotando l'asse del resistore variabile, è possibile modificare la frequenza di oscillazione dei multivibratori entro un intervallo abbastanza ampio. La frequenza di oscillazione approssimativa di un multivibratore simmetrico può essere calcolata utilizzando la seguente formula semplificata: F = 700/(RC), dove f è la frequenza in hertz, R è la resistenza dei resistori di base in kilo-ohm, C è la capacità dei condensatori di accoppiamento in microfarad. Utilizzando questa formula semplificata, calcola quali oscillazioni di frequenza hanno generato il tuo multivibratore. Torniamo ai dati iniziali di resistori e condensatori del multivibratore sperimentale (secondo lo schema di Fig. 2, a). Sostituisci il condensatore C2 con un condensatore con una capacità di 2 - 3 μF, collega un milliamperometro al circuito del collettore del transistor V2, segui la sua freccia e rappresenta graficamente le fluttuazioni di corrente generate dal multivibratore. Ora la corrente nel circuito del collettore del transistor V2 apparirà con impulsi più brevi di prima (Fig. 2, c). La durata degli impulsi Th sarà approssimativamente lo stesso numero di volte inferiore alle pause tra gli impulsi Th poiché la capacità del condensatore C2 è diminuita rispetto alla sua capacità precedente. Ora collega lo stesso (o simile) milliamperometro al circuito del collettore del transistor V1. Cosa mostra il dispositivo di misurazione? Anche gli impulsi attuali, ma la loro durata è molto più lunga delle pause tra loro (Fig. 2, d). Quello che è successo? Riducendo la capacità del condensatore C2, hai rotto la simmetria dei bracci del multivibratore: è diventata asimmetrico . Pertanto, le vibrazioni da esso generate sono diventate asimmetrico : nel circuito del collettore del transistor V1, la corrente appare in impulsi relativamente lunghi, nel circuito del collettore del transistor V2 - in impulsi brevi. Gli impulsi di tensione brevi possono essere rimossi dall'Uscita 1 di tale multivibratore e gli impulsi di tensione lunghi possono essere rimossi dall'Uscita 2. Scambiare temporaneamente i condensatori C1 e C2. Ora gli impulsi di tensione brevi saranno sull'uscita 1 e quelli lunghi sull'uscita 2. Contare (su un orologio con la lancetta dei secondi) quanti impulsi elettrici al minuto genera questa versione del multivibratore. Circa 80. Aumentare la capacità del condensatore C1 collegando in parallelo ad esso un secondo condensatore elettrolitico con una capacità di 20 - 30 μF. La frequenza di ripetizione degli impulsi diminuirà. Cosa succede se, al contrario, la capacità di questo condensatore viene ridotta? La frequenza di ripetizione degli impulsi dovrebbe aumentare. Esiste, tuttavia, un altro modo per regolare la frequenza di ripetizione dell'impulso - modificando la resistenza del resistore R2: con una diminuzione della resistenza di questo resistore (ma non inferiore a 3 - 5 kOhm, altrimenti il transistor V2 sarà sempre aperto e il processo di auto-oscillazione verrà interrotto), la frequenza di ripetizione dell'impulso dovrebbe aumentare e, con un aumento della sua resistenza, al contrario, diminuisce. Controllalo empiricamente: è vero? Seleziona un resistore di valore tale che il numero di impulsi al minuto sia esattamente 60. L'ago del milliamperometro oscillerà ad una frequenza di 1 Hz. Il multivibratore in questo caso diventerà come un meccanismo di orologio elettronico che conta i secondi.
Multivibratore in attesa
Un tale multivibratore genera impulsi di corrente (o tensione) quando i segnali di attivazione vengono applicati al suo ingresso da un'altra sorgente, ad esempio da un multivibratore auto-oscillante. Per trasformare il multivibratore auto-oscillante, con cui hai già effettuato esperimenti in questa lezione (secondo lo schema di Fig. 2a), in un multivibratore in attesa, devi fare quanto segue: rimuovere il condensatore C2 e collegare invece un resistore tra il collettore del transistor V2 e la base del transistor V1 (in Fig. 3 - R3) con una resistenza di 10 - 15 kOhm; tra la base del transistor V1 e il conduttore di terra, collegare un elemento 332 collegato in serie (G1 o altra sorgente di tensione costante) e un resistore con una resistenza di 4,7 - 5,1 kOhm (R5), ma in modo che il polo positivo dell'elemento è collegato alla base (tramite R5); Collegare un condensatore (in Fig. 3 - C2) con una capacità di 1 - 5 mila pF al circuito di base del transistor V1, la cui seconda uscita fungerà da contatto per il segnale di controllo in ingresso. Lo stato iniziale del transistor V1 di un tale multivibratore è chiuso, il transistor V2 è aperto. Controlla: è vero? La tensione sul collettore del transistor chiuso dovrebbe essere vicina alla tensione della fonte di alimentazione e sul collettore del transistor aperto non dovrebbe superare 0,2 - 0,3 V. Quindi, accendere un milliamperometro con una corrente di 10 - 15 mA nel circuito del collettore del transistor V1 e, osservando la sua freccia , collegare tra il contatto Uin e il conduttore di terra, letteralmente per un momento, uno o due elementi 332 collegati in serie (nello schema GB1) o una batteria 3336L. Basta non confonderlo: il polo negativo di questo segnale elettrico esterno deve essere collegato al contatto Uin. In questo caso, l'ago del milliamperometro dovrebbe deviare immediatamente al valore della corrente più alta nel circuito del collettore del transistor, congelarsi per un po' e poi tornare nella sua posizione originale per attendere il segnale successivo. Ripeti questo esperimento più volte. Ad ogni segnale, il milliamperometro mostrerà che la corrente del collettore del transistor V1 aumenta istantaneamente fino a 8 - 10 mA e dopo un po' di tempo diminuisce istantaneamente fino quasi a zero. Si tratta di singoli impulsi di corrente generati da un multivibratore. E se mantieni la batteria GB1 collegata al terminale Uin per un tempo più lungo. Accadrà la stessa cosa degli esperimenti precedenti: all'uscita del multivibratore apparirà solo un impulso.Provalo!
E un altro esperimento: tocca il terminale di base del transistor V1 con un oggetto metallico preso in mano. Forse in questo caso il multivibratore in attesa funzionerà, grazie alla carica elettrostatica del tuo corpo. Ripeti gli stessi esperimenti, ma collegando il milliamperometro al circuito del collettore del transistor V2. Quando viene applicato un segnale di controllo, la corrente del collettore di questo transistor dovrebbe diminuire bruscamente fino quasi a zero, quindi aumentare altrettanto bruscamente fino al valore della corrente del transistor aperto. Anche questo è un impulso di corrente, ma di polarità negativa. Qual è il principio di funzionamento di un multivibratore in attesa? In un tale multivibratore, la connessione tra il collettore del transistor V2 e la base del transistor V1 non è capacitiva, come in uno auto-oscillante, ma resistiva, attraverso il resistore R3. Una tensione di polarizzazione negativa che lo apre viene fornita alla base del transistor V2 attraverso il resistore R2. Il transistor V1 è chiuso in modo affidabile dalla tensione positiva dell'elemento G1 alla sua base. Questo stato dei transistor è molto stabile. Possono rimanere in questo stato per qualsiasi periodo di tempo. Ma alla base del transistor V1 è apparso un impulso di tensione di polarità negativa. Da questo momento in poi, i transistor entrano in uno stato instabile. Sotto l'influenza del segnale di ingresso, il transistor V1 si apre e la variazione di tensione sul suo collettore attraverso il condensatore C1 chiude il transistor V2. I transistor rimangono in questo stato finché il condensatore C1 non viene scaricato (attraverso il resistore R2 e il transistor V1 aperto, la cui resistenza in questo momento è bassa). Non appena il condensatore si scarica, il transistor V2 si aprirà immediatamente e il transistor V1 si chiuderà. Da questo momento in poi il multivibratore si trova di nuovo nella sua modalità standby originale e stabile. Così, un multivibratore in attesa ha uno stato stabile e uno instabile . Durante uno stato instabile ne genera uno impulso quadrato corrente (tensione), la cui durata dipende dalla capacità del condensatore C1. Maggiore è la capacità di questo condensatore, maggiore è la durata dell'impulso. Quindi, ad esempio, con una capacità del condensatore di 50 µF, il multivibratore genera un impulso di corrente della durata di circa 1,5 s e con un condensatore con una capacità di 150 µF, tre volte di più. Attraverso condensatori aggiuntivi, gli impulsi di tensione positivi possono essere rimossi dall'uscita 1 e quelli negativi dall'uscita 2. È solo con un impulso di tensione negativo applicato alla base del transistor V1 che il multivibratore può essere portato fuori dalla modalità standby? No, non solo. Questo può essere fatto anche applicando un impulso di tensione di polarità positiva, ma alla base del transistor V2. Quindi, tutto ciò che devi fare è verificare sperimentalmente come la capacità del condensatore C1 influisce sulla durata degli impulsi e sulla capacità di controllare il multivibratore di standby con impulsi di tensione positiva. Come puoi praticamente utilizzare un multivibratore di riserva? Diversamente. Ad esempio, per convertire la tensione sinusoidale in impulsi di tensione (o corrente) rettangolari della stessa frequenza o per accendere un altro dispositivo per un certo tempo applicando un segnale elettrico a breve termine all'ingresso di un multivibratore in attesa. In quale altro modo? Pensare!
Multivibratore in generatori e interruttori elettronici
Chiamata elettronica. Un multivibratore può essere utilizzato per il campanello di un appartamento, in sostituzione di quello elettrico normale. Può essere assemblato secondo lo schema riportato in (Fig. 4). I transistor V1 e V2 operano in un multivibratore simmetrico, generando oscillazioni con una frequenza di circa 1000 Hz, e il transistor V3 opera in un amplificatore di potenza per queste oscillazioni. Le vibrazioni amplificate vengono convertite dalla testina dinamica B1 in vibrazioni sonore. Se per effettuare una chiamata si utilizza un altoparlante dell'abbonato, collegando l'avvolgimento primario del suo trasformatore di transizione al circuito collettore del transistor V3, la sua custodia ospiterà tutta l'elettronica del campanello montata sulla scheda. Anche la batteria sarà posizionata lì.
È possibile installare un campanello elettronico nel corridoio e collegarlo con due fili al pulsante S1. Quando si preme il pulsante, il suono apparirà nella testina dinamica. Poiché l'alimentazione viene fornita al dispositivo solo durante i segnali di chiamata, due batterie 3336L collegate in serie o "Krona" dureranno diversi mesi di funzionamento della suoneria. Impostare il tono audio desiderato sostituendo i condensatori C1 e C2 con condensatori di altre capacità. Un multivibratore assemblato secondo lo stesso circuito può essere utilizzato per studiare e allenarsi all'ascolto dell'alfabeto telegrafico - codice Morse. In questo caso è sufficiente sostituire il pulsante con un tasto telegrafico.
Interruttore elettronico. Questo dispositivo, il cui schema è mostrato in (Fig. 5), può essere utilizzato per commutare due ghirlande di alberi di Natale alimentate da una rete a corrente alternata. L'interruttore elettronico stesso può essere alimentato da due batterie 3336L collegate in serie o da un raddrizzatore che fornirebbe in uscita una tensione costante di 9 - 12 V.
Il circuito dell'interruttore è molto simile al circuito del campanello elettronico. Ma le capacità dei condensatori C1 e C2 dell'interruttore sono molte volte maggiori delle capacità di condensatori a campana simili. L'interruttore multivibratore, in cui operano i transistor V1 e V2, genera oscillazioni con una frequenza di circa 0,4 Hz e il carico del suo amplificatore di potenza (transistor V3) è l'avvolgimento del relè elettromagnetico K1. Il relè ha una coppia di piastre di contatto che funzionano per la commutazione. Adatto, ad esempio, è un relè RES-10 (passaporto RS4.524.302) o un altro relè elettromagnetico che funziona in modo affidabile da una tensione di 6 - 8 V con una corrente di 20 - 50 mA. All'accensione, i transistor V1 e V2 del multivibratore si aprono e si chiudono alternativamente, generando segnali ad onda quadra. Quando il transistor V2 è acceso, una tensione di alimentazione negativa viene applicata attraverso il resistore R4 e questo transistor alla base del transistor V3, portandolo in saturazione. In questo caso, la resistenza della sezione emettitore-collettore del transistor V3 diminuisce a diversi ohm e quasi l'intera tensione della fonte di alimentazione viene applicata all'avvolgimento del relè K1: il relè viene attivato e i suoi contatti collegano una delle ghirlande a il network. Quando il transistor V2 è chiuso, il circuito di alimentazione alla base del transistor V3 è interrotto ed è anche chiuso; nessuna corrente scorre attraverso l'avvolgimento del relè. In questo momento, il relè rilascia l'ancora e i suoi contatti, commutando, collegano la seconda ghirlanda dell'albero di Natale alla rete. Se si desidera modificare il tempo di commutazione delle ghirlande, sostituire i condensatori C1 e C2 con condensatori di altre capacità. Lasciare gli stessi dati per i resistori R2 e R3, altrimenti la modalità di funzionamento CC dei transistor verrà interrotta. Un amplificatore di potenza simile all'amplificatore sul transistor V3 può anche essere incluso nel circuito di emettitore del transistor V1 del multivibratore. In questo caso, i relè elettromagnetici (compresi quelli fatti in casa) potrebbero non avere gruppi di contatti di commutazione, ma normalmente aperti o normalmente chiusi. I contatti relè di uno dei bracci del multivibratore chiuderanno e apriranno periodicamente il circuito di alimentazione di una ghirlanda, mentre i contatti relè dell'altro braccio del multivibratore apriranno periodicamente il circuito di alimentazione della seconda ghirlanda. L'interruttore elettronico può essere montato su una scheda in getinax o altro materiale isolante e, insieme alla batteria, inserito in una scatola di compensato. Durante il funzionamento, l'interruttore consuma una corrente non superiore a 30 mA, quindi l'energia di due batterie 3336L o Krona è sufficiente per l'intera vacanza di Capodanno. Un interruttore simile può essere utilizzato per altri scopi. Ad esempio per illuminare maschere e attrazioni. Immagina una statuina dell'eroe della fiaba "Il gatto con gli stivali" ritagliata in compensato e dipinta. Dietro gli occhi trasparenti ci sono le lampadine di una torcia, accese da un interruttore elettronico, e sulla figura stessa c'è un pulsante. Non appena premi il pulsante, il gatto inizierà immediatamente a farti l'occhiolino. Non è possibile utilizzare un interruttore per elettrificare alcuni modelli, come il modello del faro? In questo caso, nel circuito del collettore del transistor dell'amplificatore di potenza, invece di un relè elettromagnetico, è possibile includere una lampadina a incandescenza di piccole dimensioni, progettata per una piccola corrente di filamento, che imiterà i lampi di un faro. Se tale interruttore è integrato con un interruttore a levetta, con l'aiuto del quale due di queste lampadine possono essere accese alternativamente nel circuito collettore del transistor di uscita, allora può diventare un indicatore di direzione per la tua bicicletta.
Metronomo- questo è un tipo di orologio che consente di contare periodi di tempo uguali utilizzando segnali sonori con una precisione di frazioni di secondo. Tali dispositivi vengono utilizzati, ad esempio, per sviluppare il senso del tatto nell'insegnamento dell'alfabetizzazione musicale, durante il primo addestramento alla trasmissione di segnali utilizzando l'alfabeto telegrafico. È possibile vedere uno schema di uno di questi dispositivi in (Fig. 6).
Anche questo è un multivibratore, ma asimmetrico. Questo multivibratore utilizza transistor di diverse strutture: Vl - n - p - n (MP35 - MP38), V2 - p - n - p (MP39 - MP42). Ciò ha permesso di ridurre il numero totale di parti del multivibratore. Il principio del suo funzionamento rimane lo stesso: la generazione avviene grazie al feedback positivo tra l'uscita e l'ingresso di un amplificatore 3CH a due stadi; la comunicazione viene effettuata dal condensatore elettrolitico C1. Il carico del multivibratore è una testina dinamica di piccole dimensioni B1 con una bobina con una resistenza di 4 - 10 Ohm, ad esempio 0,1GD - 6, 1GD - 8 (o una capsula telefonica), che crea suoni simili ai clic durante impulsi di corrente a breve termine. La frequenza di ripetizione degli impulsi può essere regolata mediante il resistore variabile R1 da circa 20 a 300 impulsi al minuto. Il resistore R2 limita la corrente di base del primo transistor quando il cursore del resistore R1 si trova nella posizione più bassa (secondo il circuito), corrispondente alla frequenza più alta delle oscillazioni generate. Il metronomo può essere alimentato da una batteria 3336L o da tre celle 332 collegate in serie. La corrente che consuma dalla batteria non supera i 10 mA. Il resistore variabile R1 deve avere una scala calibrata secondo un metronomo meccanico. Usandolo, semplicemente ruotando la manopola della resistenza, è possibile impostare la frequenza desiderata dei segnali sonori del metronomo.
Lavoro pratico
Per il lavoro pratico, ti consiglio di assemblare i circuiti multivibratore presentati nelle immagini della lezione, che ti aiuteranno a comprendere il principio di funzionamento del multivibratore. Successivamente, propongo di assemblare un "simulatore di usignolo elettronico" molto interessante e utile basato su multivibratori, che può essere utilizzato come campanello. Il circuito è molto semplice, affidabile e funziona immediatamente se non ci sono errori nell'installazione e nell'uso di elementi radio riparabili. Lo uso come campanello da 18 anni, fino ad oggi. Non è difficile indovinare che l'ho raccolto quando, come te, ero un radioamatore principiante.
Se lo guardi, tutta l'elettronica è costituita da un gran numero di singoli mattoni. Questi sono transistor, diodi, resistori, condensatori, elementi induttivi. E da questi mattoni puoi costruire tutto quello che vuoi.
Da un innocuo giocattolo per bambini che emette, ad esempio, il suono di un “miao”, al sistema di guida di un missile balistico con testata multipla per cariche da otto megatoni.
Uno dei circuiti molto conosciuti e spesso utilizzati in elettronica è un multivibratore simmetrico, che è un dispositivo elettronico che produce (genera) oscillazioni di forma che si avvicinano a quelle rettangolari.
Il multivibratore è assemblato su due transistor o circuiti logici con elementi aggiuntivi. Essenzialmente, si tratta di un amplificatore a due stadi con un circuito di feedback positivo (POC). Ciò significa che l'uscita del secondo stadio è collegata tramite un condensatore all'ingresso del primo stadio. Di conseguenza, l'amplificatore si trasforma in un generatore a causa del feedback positivo.
Affinché il multivibratore inizi a generare impulsi, è sufficiente collegare la tensione di alimentazione. I multivibratori possono esserlo simmetrico E asimmetrico.
La figura mostra un circuito di un multivibratore simmetrico.
In un multivibratore simmetrico i valori degli elementi di ciascuno dei due bracci sono assolutamente gli stessi: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Se guardi l'oscillogramma del segnale di uscita di un multivibratore simmetrico, è facile notare che gli impulsi rettangolari e le pause tra loro sono gli stessi nel tempo. t impulso ( t e) = t pausa ( t pag). I resistori nei circuiti del collettore dei transistor non influenzano i parametri degli impulsi e il loro valore viene selezionato in base al tipo di transistor utilizzato.
La frequenza di ripetizione degli impulsi di un tale multivibratore può essere facilmente calcolata utilizzando una semplice formula:
Dove f è la frequenza in hertz (Hz), C è la capacità in microfarad (μF) e R è la resistenza in kilo-ohm (kOhm). Ad esempio: C = 0,02 µF, R = 39 kOhm. Lo sostituiamo nella formula, eseguiamo le azioni e otteniamo una frequenza nella gamma audio approssimativamente pari a 1000 Hz, o più precisamente a 897,4 Hz.
Di per sé, un tale multivibratore non è interessante, poiché produce un "cigolio" non modulato, ma se gli elementi selezionano una frequenza di 440 Hz, e questa è la nota LA della prima ottava, otterremo un diapason in miniatura, con con cui puoi, ad esempio, accordare una chitarra durante un'escursione. L'unica cosa che devi fare è aggiungere un singolo stadio amplificatore a transistor e un altoparlante in miniatura.
I seguenti parametri sono considerati le caratteristiche principali di un segnale a impulsi:
Frequenza. Unità di misura (Hz) Hertz. 1 Hz – un'oscillazione al secondo. Le frequenze percepite dall'orecchio umano sono comprese tra 20 Hz e 20 kHz.
Durata dell'impulso. Si misura in frazioni di secondo: miglia, micro, nano, pico e così via.
Ampiezza. Nel multivibratore in esame non è prevista la regolazione dell'ampiezza. I dispositivi professionali utilizzano sia la regolazione graduale che quella graduale dell'ampiezza.
Fattore di servizio. Il rapporto tra il periodo (T) e la durata dell'impulso ( T). Se la lunghezza dell'impulso è 0,5 periodi, il ciclo di lavoro è due.
Sulla base della formula sopra, è facile calcolare un multivibratore per quasi tutte le frequenze ad eccezione delle frequenze alte e ultraalte. Ci sono principi fisici leggermente diversi in azione lì.
Affinché il multivibratore produca più frequenze discrete, è sufficiente installare un interruttore a due sezioni e cinque o sei condensatori di capacità diverse, naturalmente identici in ciascun braccio, e utilizzare l'interruttore per selezionare la frequenza richiesta. I resistori R2, R3 influenzano anche la frequenza e il ciclo di lavoro e possono essere resi variabili. Ecco un altro circuito multivibratore con frequenza di commutazione regolabile.
Ridurre la resistenza dei resistori R2 e R4 a meno di un certo valore, a seconda del tipo di transistor utilizzato, può causare guasti alla generazione e il multivibratore non funzionerà, pertanto, in serie ai resistori R2 e R4, è possibile collegare un resistore variabile R3, che può essere utilizzato per selezionare la frequenza di commutazione del multivibratore.
Le applicazioni pratiche di un multivibratore simmetrico sono molto estese. Tecnologia di calcolo degli impulsi, apparecchiature di misurazione radio nella produzione di elettrodomestici. Molte apparecchiature mediche uniche sono costruite su circuiti basati sullo stesso multivibratore.
Grazie alla sua eccezionale semplicità e al basso costo, il multivibratore ha trovato ampia applicazione nei giocattoli per bambini. Ecco un esempio di un normale lampeggiatore a LED.
Con i valori dei condensatori elettrolitici C1, C2 e dei resistori R2, R3 indicati nel diagramma, la frequenza degli impulsi sarà di 2,5 Hz, il che significa che i LED lampeggeranno circa due volte al secondo. È possibile utilizzare il circuito proposto sopra e includere un resistore variabile insieme ai resistori R2, R3. Grazie a ciò sarà possibile vedere come cambierà la frequenza di lampeggio dei LED al variare della resistenza del resistore variabile. È possibile installare condensatori di diversa potenza e osservare il risultato.
Mentre ero ancora uno scolaro, ho assemblato un interruttore per la ghirlanda dell'albero di Natale utilizzando un multivibratore. Tutto ha funzionato, ma quando ho collegato le ghirlande, il mio dispositivo ha iniziato a cambiarle con una frequenza molto alta. Per questo motivo, la TV nella stanza accanto ha iniziato a mostrare interferenze selvagge e il relè elettromagnetico nel circuito ha crepitato come una mitragliatrice. È stato allo stesso tempo gioioso (funziona!) e un po' spaventoso. I genitori erano piuttosto allarmati.
Un errore così fastidioso con cambi troppo frequenti non mi ha dato pace. E ho controllato il circuito e i condensatori erano al valore nominale. Non ho tenuto conto solo di una cosa.
I condensatori elettrolitici erano molto vecchi e seccati. La loro capacità era piccola e non corrispondeva affatto a quanto indicato sul loro corpo. A causa della bassa capacità, il multivibratore funzionava a una frequenza più alta e cambiava le ghirlande troppo spesso.
A quel tempo non disponevo di strumenti in grado di misurare la capacità dei condensatori. Sì, e il tester ha utilizzato un puntatore e non un moderno multimetro digitale.
Pertanto, se il tuo multivibratore produce una frequenza eccessiva, controlla prima i condensatori elettrolitici. Fortunatamente ora è possibile acquistare per pochi soldi un tester universale per componenti radio, in grado di misurare la capacità di un condensatore.
