Multivibrátor kenyérdeszkán. Szimmetrikus multivibrátor LED-ekhez. A multivibrátor működési elve
Ha megnézzük, az összes elektronika nagyszámú egyedi téglából áll. Ezek tranzisztorok, diódák, ellenállások, kondenzátorok, induktív elemek. És ezekből a téglákból bármit megépíthet, amit csak akar.
Egy ártalmatlan gyermekjátéktól, amely például „miau” hangot ad ki, a ballisztikus rakéta irányítórendszeréig, több robbanófejjel nyolc megatonnás töltetre.
Az egyik nagyon jól ismert és gyakran használt áramkör az elektronikában a szimmetrikus multivibrátor, amely egy elektronikai eszköz alakú, téglalaphoz közeledő rezgéseket keltő (generáló).
A multivibrátor két tranzisztorra vagy logikai áramkörre van szerelve további elemek. Lényegében ez egy kétfokozatú erősítő pozitív visszacsatoló áramkörrel (POC). Ez azt jelenti, hogy a második fokozat kimenete kondenzátoron keresztül csatlakozik az első fokozat bemenetéhez. Ennek eredményeként az erősítő generátorrá változik a pozitív visszacsatolás miatt.
Ahhoz, hogy a multivibrátor elkezdjen impulzusokat generálni, elegendő a tápfeszültséget csatlakoztatni. Multivibrátorok lehetnek szimmetrikusÉs aszimmetrikus.
Az ábrán egy szimmetrikus multivibrátor áramköre látható.
Egy szimmetrikus multivibrátorban a két kar elemeinek értéke abszolút megegyezik: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Ha megnézzük egy szimmetrikus multivibrátor kimenőjelének oszcillogramját, könnyen észrevehetjük, hogy a köztük lévő téglalap alakú impulzusok és szünetek időben megegyeznek. t pulzus ( t és) = t szünet ( t p). A tranzisztorok kollektoráramköreiben lévő ellenállások nem befolyásolják az impulzusparamétereket, és értéküket a használt tranzisztor típusától függően választják ki.
Az ilyen multivibrátor impulzusismétlési sebessége könnyen kiszámítható egy egyszerű képlettel:
Ahol f a frekvencia hertzben (Hz), C a kapacitás mikrofaradban (µF), és R az ellenállás kiloohmban (kOhm). Például: C = 0,02 µF, R = 39 kOhm. Behelyettesítjük a képletbe, végrehajtjuk a műveleteket, és a hangtartományban körülbelül 1000 Hz-nek, pontosabban 897,4 Hz-nek megfelelő frekvenciát kapunk.
Önmagában egy ilyen multivibrátor érdektelen, hiszen egy modulálatlan „csikorgást” produkál, de ha az elemek 440 Hz-es frekvenciát választanak, és ez az első oktáv A hangja, akkor egy miniatűr hangvillát kapunk, amivel például gitárt hangolhatsz egy túrán. Csak egy tranzisztoros erősítő fokozatot és egy miniatűr hangszórót kell hozzá tennie.
A következő paramétereket tekintjük az impulzusjel fő jellemzőinek:
Frekvencia. Mértékegység (Hz) Hertz. 1 Hz – egy oszcilláció másodpercenként. Az emberi fül által érzékelt frekvenciák a 20 Hz és 20 kHz közötti tartományban vannak.
Impulzus időtartam. A másodperc törtrészében mérik: mérföld, mikro, nano, pico és így tovább.
Amplitúdó. A szóban forgó multivibrátorban nincs amplitúdó-beállítás. A professzionális eszközök lépéses és sima amplitúdó beállítást is alkalmaznak.
Kötelesség tényező. A periódus (T) és az impulzus időtartamának aránya ( t). Ha az impulzus hossza 0,5 periódus, akkor a munkaciklus kettő.
A fenti képlet alapján könnyen kiszámítható a multivibrátor szinte bármilyen frekvenciára, kivéve a magas és az ultramagas frekvenciákat. Ott kissé eltérő fizikai elvek működnek.
Ahhoz, hogy a multivibrátor több diszkrét frekvenciát tudjon produkálni, elegendő egy kétszakaszos kapcsolót és öt-hat különböző kapacitású, mindkét karba természetesen azonos kondenzátort beépíteni, és a kapcsolóval kiválasztani a kívánt frekvenciát. Az R2, R3 ellenállások szintén befolyásolják a frekvenciát és a munkaciklust, és változtathatóvá tehetők. Itt van egy másik multivibrátor áramkör állítható kapcsolási frekvenciával.
Az R2 és R4 ellenállások egy bizonyos érték alá csökkentése, a használt tranzisztorok típusától függően, generálási hibát okozhat, és a multivibrátor nem fog működni, ezért az R2 és R4 ellenállásokkal sorba kapcsolva változtatható ellenállást csatlakoztathat. R3, amivel kiválasztható a multivibrátor kapcsolási frekvenciája.
A szimmetrikus multivibrátor gyakorlati alkalmazásai nagyon széleskörűek. Impulzusszámítástechnika, rádiós mérőberendezések gyártásban Háztartási gépek. Számos egyedi orvosi berendezés épül ugyanazon a multivibrátoron alapuló áramkörökre.
Kivételes egyszerűségének és alacsony költségének köszönhetően a multivibrátor széles körben alkalmazható a gyermekjátékokban. Íme egy példa egy hagyományos LED-es villogóra.
A diagramon feltüntetett C1, C2 elektrolitkondenzátorok és R2, R3 ellenállások értékeivel az impulzusfrekvencia 2,5 Hz lesz, ami azt jelenti, hogy a LED-ek körülbelül másodpercenként kétszer villannak fel. Használhatja a fent javasolt áramkört, és tartalmazhat egy változó ellenállást az R2, R3 ellenállásokkal együtt. Ennek köszönhetően látható lesz, hogy a LED-ek villanási frekvenciája hogyan változik a változó ellenállás ellenállásának változásával. Különböző teljesítményű kondenzátorokat telepíthet, és megfigyelheti az eredményt.
Még iskolás koromban összeállítottam egy karácsonyfa-füzér kapcsolót egy multivibrátor segítségével. Minden sikerült, de amikor csatlakoztattam a füzéreket, a készülékem nagyon magas frekvencián kezdte kapcsolni őket. Emiatt a szomszéd szobában lévő tévé vad interferenciát kezdett mutatni, és az áramkörben lévő elektromágneses relé recsegett, mint egy géppuska. Egyszerre volt örömteli (működik!) és egy kicsit ijesztő is. A szülők nagyon megijedtek.
Egy ilyen bosszantó hiba a túl gyakori váltással nem adott nyugalmat. És megnéztem az áramkört, és a kondenzátorok a névleges értékükön voltak. Csak egy dolgot nem vettem figyelembe.
Az elektrolit kondenzátorok nagyon régiek és kiszáradtak. Kapacitásuk kicsi volt, és egyáltalán nem felelt meg a testükön feltüntetettnek. Az alacsony kapacitás miatt a multivibrátor magasabb frekvencián működött, és túl gyakran kapcsolta a füzéreket.
Akkor még nem voltak olyan műszereim, amivel a kondenzátorok kapacitását meg tudnám mérni. Igen, és a teszter mutatót használt, nem pedig modern digitális multimétert.
Ezért, ha a multivibrátor túlzott frekvenciát produkál, először ellenőrizze az elektrolitkondenzátorokat. Szerencsére ma már kevés pénzért lehet venni egy univerzális rádióalkatrész tesztert, amivel egy kondenzátor kapacitását is mérhetjük.
A fenti frekvenciájú téglalap alakú impulzusok generálásához olyan áramköröket használhat, amelyek ugyanazon az elven működnek, mint az 1. ábrán látható áramkör. 18.32. ábrán látható módon. 18.40, az ilyen áramkörökben egy egyszerű differenciálerősítőt használnak komparátorként.
A Schmitt trigger áramkörben a pozitív visszacsatolás az erősítő kimenetének közvetlen bemenetére történő csatlakoztatásával érhető el, azaz a feszültségosztó ellenállásának nullával egyenlőnek kell lennie. A (18.16) képlet szerint egy ilyen sémának végtelenül hosszú ingadozási periódust kellett volna eredményeznie, de ez nem teljesen igaz. Ennek az egyenletnek a származtatása során azt feltételeztük, hogy a komparátorként használt erősítő végtelenül nagy erősítéssel rendelkezik, pl. hogy az áramköri kapcsolási folyamat akkor következik be, ha a bemeneti feszültségkülönbség nullával egyenlő. Ebben az esetben az áramkör kapcsolási küszöbe megegyezik a kimeneti feszültséggel, és a C kondenzátor feszültsége csak nagyon hosszú idő után éri el ezt az értéket.
Rizs. 18.40 Differenciálerősítő alapú multivibrátor.
A generátor elkészítésének alapjául szolgáló differenciál-erősítő áramkör az ábrán. 18.40, meglehetősen alacsony nyereséggel rendelkezik. Emiatt az áramkör még azelőtt átkapcsol, hogy az erősítő bemeneti jelei közötti különbség elérné a nullát. Ha például egy ilyen sémát az ábrán látható módon valósítunk meg. 18.41, ESL technológiával gyártott lineáris erősítő alapján (pl. integrált áramkör alapján a bemeneti jelek különbsége, amelynél az áramkör kapcsol, kb. lesz. Amikor a kimeneti feszültség amplitúdója kb. ESL technológia, a generált jel impulzusperiódusa megegyezik
A figyelembe vett áramkör lehetővé teszi, hogy impulzusfeszültséget hozzon létre, amelynek frekvenciája legfeljebb
Hasonló generátor is készíthető TTL áramkörök alapján. Erre a célra alkalmas egy kész Schmitt trigger mikroáramkör (például 7414 vagy 74132), mivel már rendelkezik belső pozitív Visszacsatolás. Egy ilyen mikroáramkör megfelelő csatlakozását az ábra mutatja. 18.42. Mivel a TTL elem bemeneti áramának át kell haladnia a Schmitt trigger ellenálláson, ellenállása nem haladhatja meg a 470 Ohmot. Ez szükséges az áramkör biztos kapcsolásához az alsó küszöbön. Ennek az ellenállásnak a minimális értékét a logikai elem kimeneti terhelhetősége határozza meg, és körülbelül 100 Ohm. A Schmitt-trigger küszöbértékei 0,8 és 1,6 V. A TTL típusú IC-kre jellemző, körülbelül 3 V-os kimeneti jel amplitúdója esetén a generált jel impulzusfrekvenciája
A maximális elérhető frekvenciaérték körülbelül 10 MHz.
A legtöbb magas frekvenciák A generálás speciális emitter-csatolt multivibrátor áramkörökkel történik (például mikroáramkörök vagy Sematikus ábrájaábrán egy ilyen multivibrátor látható. 18.43. Ezen túlmenően ezek az integrált áramkörök további végső fokozatokkal vannak felszerelve, amelyek TTL vagy ESL áramkörök alapján készülnek.
Tekintsük az áramkör működési elvét. Tegyük fel, hogy a váltakozó feszültségek amplitúdója az áramkör minden pontján nem haladja meg az értéket. Amikor a tranzisztor zárva van, a kollektorán a feszültség majdnem megegyezik a tápfeszültséggel. A tranzisztor emitterén lévő feszültség az Emitter áram
Rizs. 18.41. ESL technológiával készült lineáris erősítőn alapuló multivibrátor.
Rizs. 18.42. TTL technológiával készült Schmitt trigger alapú multivibrátor. Frekvencia
Rizs. 18.43. Multivibrátor emitter csatlakozásokkal.
tranzisztor egyenlő Ahhoz, hogy a kívánt amplitúdójú jel felszabaduljon az ellenálláson, annak ellenállása legyen Ekkor az áramkör figyelembe vett állapotában a tranzisztor emitterén lévő feszültség egyenlő lesz. Amíg a tranzisztor zárva van, az áramkörnek megfelelő bal oldali forrás árama átfolyik a C kondenzátoron. Ennek eredményeként a tranzisztor emitterének feszültsége ütemesen csökken
A T tranzisztor akkor nyílik ki, ha az emitterén a feszültség az értékre csökken, ilyenkor a tranzisztor bázisán lévő feszültség 0,5 V-tal csökken és a tranzisztor zár, a kollektorán pedig a feszültség az értékre nő. egy emitter követő a tranzisztoron, a tranzisztor kollektorán lévő feszültség a feszültség növekedésével nő a tranzisztor alapfeszültsége is. Ennek eredményeként a tranzisztor emitterén a feszültség hirtelen erre az értékre növekszik, ez a feszültségugrás a C kondenzátoron át a tranzisztor emitterére kerül, így a feszültség ezen a ponton hirtelen megnövekszik -ról -ra.
Amíg a tranzisztor zárva van, a C kondenzátoron átfolyó áram hatására a tranzisztor emitterén a feszültség ütemesen csökken.
A tranzisztor mindaddig kikapcsolt állapotban marad, amíg emitterpotenciálja értékről értékre nem csökken Egy tranzisztor esetében ez az idő
Egyszerű házi készítésű tervek LED villogók tranzisztoros multivibrátorokon alapul. Az 1. ábra egy multivibrátor áramkört mutat, amely két LED-et kapcsol. A LED-ek felváltva villognak, vagyis amikor a HL1 be van kapcsolva, a HL2 LED nem világít, hanem fordítva.
A diagramot karácsonyfa játékba szerelheti. Az áramellátás bekapcsolásakor a játék villogni kezd. Ha a LED-ek különböző színűek, akkor a játék egyszerre villog, és megváltoztatja a ragyogás színét.
A villogás gyakorisága az R2 és R3 ellenállások ellenállásának kiválasztásával változtatható, egyébként ha ezek az ellenállások nem azonos ellenállásúak, akkor biztos lehet benne, hogy az egyik LED hosszabb ideig világít, mint a másik.
De két LED valahogy még a legkisebb asztali karácsonyfához sem elég. A 2. ábrán egy áramkör látható, amely három LED-ből álló két láncot kapcsol. Több LED van, és a tápellátáshoz szükséges feszültség is. Ezért most a forrás nem 5 voltos, hanem 9 voltos (vagy 12 voltos).
1. ábra. A legegyszerűbb villogó áramköre LED-ekkel és tranzisztorokkal.
2. ábra. Egy egyszerű villogó áramköre hat LED-del és két tranzisztorral.
Rizs. 3. LED villogó áramkör erőteljes terhelési kimenetekkel.
Áramforrásként használhat egy régi televíziós játékkonzol, például a „Dandy” tápegységét, vagy vásárolhat egy olcsó „hálózati adaptert” 9 V vagy 12 V kimeneti feszültséggel az üzletben.
Pedig még hat LED sem elég egy otthoni karácsonyfához. Jó lenne megháromszorozni a LED-ek számát. Igen, és ne egyszerű LED-eket használjon, hanem rendkívül fényes LED-eket. De ha minden füzérben már kilenc sorba kapcsolt LED van, sőt szuperfényes is, akkor a világításához szükséges teljes feszültség már 2,3Vx9=20,7V lesz.
Ráadásul még néhány volt szükséges a multivibrátor működéséhez. Sőt, akciósan általában " hálózati adapterek"az olcsóbbak közül legfeljebb 12V.
Kiléphet ebből a helyzetből, ha a LED-eket három három csoportra osztja. És párhuzamosan kapcsolja be a csoportokat. Ez azonban a tranzisztorokon keresztüli áram növekedéséhez vezet, és megzavarja a multivibrátor működését. Lehetőség van azonban további erősítési fokozatok készítésére további két tranzisztor használatával (3. ábra).
Két füzér jó, de csak felváltva pislognak. Ha legalább három lenne! Ilyen esetre létezik egy úgynevezett „háromfázisú multivibrátor” áramkör. A 4. ábrán látható.
4. ábra. Multivibrátor áramkör három tranzisztorral.
Ha bekapcsolja a LED-füzéreket a tranzisztorok kollektoráramköreiben (5. ábra), akkor egyfajta futótűz effektust kap. A fényhatás reprodukálási sebessége a C1, C2 és C3 kondenzátorok más kapacitású kondenzátorokra cseréjével állítható be. És az R2, R4, R6 ellenállások cseréje eltérő ellenállású ellenállásokra. A kapacitás vagy ellenállás növekedésével a LED kapcsolási sebessége csökken.
Rizs. 5. Multivibrátor áramkör a futótűz hatásának eléréséhez.
A 6. ábrán pedig egy erősebb változat látható 27 LED-del. A 3. és 6. ábrán látható diagramok szerinti „villogó fényekben” szinte bármilyen LED használható, de még mindig kívánatos, hogy szuperfényes vagy szuperfényes legyen.
Rizs. 6. Egy erősebb villogó rajza 27 LED-del.
A telepítés kenyérsütőtáblákra is elvégezhető nyomtatott áramkörök, amelyeket rádióalkatrész-üzletekben árusítanak. Vagy egyáltalán táblák nélkül, az alkatrészek összeforrasztásával.
A LED-ek a multivibrátor táblára vannak felszerelve
LED villogó - szimmetrikus multivibrátor A szimmetrikus multivibrátor áramkör alkalmazása igen széles. A multivibrátor áramkörök elemei megtalálhatók a számítástechnikában, a rádiós mérő- és orvosi berendezésekben.
A LED villogók összeszereléséhez szükséges alkatrészkészlet az alábbi linken vásárolható meg http://ali.pub/2bk9qh . Ha komolyan szeretnél gyakorolni az egyszerű szerkezetek forrasztását, a Mester egy 9 készletből álló készlet vásárlását javasolja, amivel nagymértékben megtakarítod a szállítási költségeket. Itt a link a vásárláshoz http://ali.pub/2bkb42 . A mester összeszedte az összes készletet, és elkezdtek dolgozni. Siker és készségfejlesztés a forrasztásban.
A tranzisztoros multivibrátor négyszöghullámú generátor. Az alábbi képen egy szimmetrikus multivibrátor egyik oszcillogramja látható.
A szimmetrikus multivibrátor téglalap alakú impulzusokat generál kettős munkaciklussal. A munkaciklusról bővebben a cikk frekvenciagenerátorában olvashat. Egy szimmetrikus multivibrátor működési elvét fogjuk használni a LED-ek váltakoztatására.
A séma a következőkből áll:
– két KT315B (bármilyen más betűvel is lehet)
– két kondenzátor 10 mikroFarad kapacitással
– négy, kettő egyenként 300 ohmos és kettő egyenként 27 kiloohmos
– két kínai 3 voltos LED
Így néz ki a készülék kenyérsütőtáblán:
És ez így működik:
A LED-ek villogásának időtartamának megváltoztatásához módosíthatja a C1 és C2 kondenzátorok vagy az R2 és R3 ellenállások értékét.
Vannak más típusú multivibrátorok is. Bővebben olvashatsz róluk. Leírja a szimmetrikus multivibrátor működési elvét is.
Aki lusta összeszerelni egy ilyen készüléket, az vehet készen is;-) Az Alikán még találtam is kész készüléket. Utána lehet nézni ez link.
Itt van egy videó, amely részletesen leírja a multivibrátor működését: