Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про нестабильный мультивибратор , и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое нестабильный мультивибратор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
Нестабильные мультивибраторы - это свободно работающие генераторы, которые колеблются между двумя состояниями, непрерывно генерируя две прямоугольные выходные волны. нестабильный мультивибратор не имеет стабильных состояний . Когда мультивибратор включен, он просто самостоятельно меняет свои состояния после определенного периода времени, который определяется постоянными времени R C. Источник питания постоянного тока или V cc подается в цепь для своей работы.
Рис принципиальная схема нестабильного мультивибратора.
Выходные сигналы на коллекторах Q 1 и Q 2 показаны на следующих рисунках.
Регенеративные переключающие схемы, такие как нестабильные мультивибраторы, являются наиболее часто используемым типом релаксационных генераторов, потому что они не только просты, надежны и легки в конструкции, но и создают постоянную прямоугольную форму выходного сигнала.
В отличие от моностабильного мультивибратора или бистабильного мультивибратора, которые мы рассматривали в предыдущих руководствах, для работы которых требуется «внешний» пусковой импульс, нестабильный мультивибратор имеет встроенный автоматический запуск, который постоянно переключает его между двумя нестабильными состояниями, установленными и сброшенными.
Нестабильный мультивибратор другой тип поперечно в сочетании схемы переключения транзистора , который имеет NO стабильные выходные состояния , как он меняется от одного состояния в другое все время. Нестабильная схема состоит из двух переключающих транзисторов, перекрестно связанной цепи обратной связи и двух конденсаторов с временной задержкой, которые позволяют колебаться между двумя состояниями без внешнего запуска для изменения состояния.
В электронных схемах, нестабильные мультивибраторы также известны как бесплатные выполняющихся мультивибратора , поскольку они не требуют каких - либо дополнительных входов или внешней помощи вибрировать. Нестабильные генераторы генерируют непрерывную прямоугольную волну на своем выходе или выходах (два выхода без входов), которые затем можно использовать для мигания огней или воспроизведения звука в громкоговорителе.
Базовая транзисторная схема для нестабильного мультивибратора создает прямоугольный сигнал на выходе из пары заземленных эмиттерных транзисторов с перекрестной связью. Оба транзистора мультивибратора NPN или PNP смещены для линейной работы и работают как усилители с общим эмиттером со 100% положительной обратной связью.
Эта конфигурация удовлетворяет условию колебания, когда: ( βA = 1 ∠ 0 o ). Это приводит к тому, что один каскад проводит «полностью ВКЛЮЧЕНО» (насыщение), а другой переключается «полностью ВЫКЛЮЧЕНО» (отсечка), обеспечивая очень высокий уровень взаимного усиления между двумя транзисторами. Проводимость передается с одной ступени на другую за счет разряда конденсатора через резистор, как показано ниже.
Предположим, источник питания 6 В и этот транзистор TR 1 только что выключился (отключение) и его напряжение коллектора возрастает до Vcc , в то время как транзистор TR 2 только что включился. Пластина «A» конденсатора C1 также поднимается к шине питания +6 В Vcc, поскольку она подключена к коллектору TR 1, который теперь отключен. Поскольку TR 1 отключен, он не проводит ток, поэтому на нагрузочном резисторе R 1 нет падения напряжения .
Другая сторона конденсатора C1 , пластина «B», подключена к клемме базы транзистора TR 2 и имеет напряжение 0,6 В, потому что транзистор TR 2 является проводящим (насыщение). Следовательно, конденсатор C1 имеет разность потенциалов на пластинах +5,4 В ( 6,0 - 0,6 В ) от точки A до точки B.
Поскольку TR 2 полностью включен, конденсатор C 2 начинает заряжаться через резистор R 2 в направлении Vcc . Когда напряжение на конденсаторе C 2 повышается до более чем 0,6 В, он смещает транзистор TR 1 в проводимость и в насыщение.
В тот момент, когда транзистор TR 1 включает «ВКЛ», пластина «А» конденсатора, которая изначально была под потенциалом Vcc , сразу же падает до 0,6 вольт. Это быстрое падение напряжения на пластине «A» вызывает равное и мгновенное падение напряжения на пластине «B», поэтому пластина «B» C1 опускается до -5,4 В (обратный заряд), и это отрицательное колебание напряжения применяется к основание TR 2, жестко повернув его в положение «OFF». Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Одно нестабильное состояние.
Транзистор TR 2 отключается, поэтому конденсатор C1 теперь начинает заряжаться в противоположном направлении через резистор R3, который также подключен к шине питания +6 В, Vcc . Таким образом, база транзистора TR 2 теперь движется вверх в положительном направлении к Vcc с постоянной времени, равной комбинации C1 x R3 .
Однако он никогда не достигает значения Vcc, потому что, как только оно достигает 0,6 В положительного напряжения, транзистор TR 2 полностью включается в состояние насыщения. Это действие запускает весь процесс снова, но теперь с конденсатором C2, который переводит базу транзистора TR 1 в состояние -5,4 В , заряжается через резистор R2 и входит во второе нестабильное состояние.
Затем мы можем видеть, что схема чередуется между одним нестабильным состоянием, в котором транзистор TR 1 «ВЫКЛ», а транзистор TR 2 «ВКЛ», и вторым нестабильным состоянием, в котором TR 1 «ВКЛ», а TR 2 «ВЫКЛ» при скорость определяется значениями RC . Этот процесс будет повторяться снова и снова, пока присутствует напряжение питания.
Амплитуда выходного сигнала примерно такая же, как напряжение питания Vcc, а период времени каждого состояния переключения определяется постоянной времени RC- цепей, подключенных к базовым выводам транзисторов. Поскольку транзисторы переключаются одновременно в состояние «ВКЛ» и «ВЫКЛ», на выходе любого коллектора будет прямоугольная волна со слегка закругленными углами из-за тока, который заряжает конденсаторы. Это можно исправить, используя больше компонентов, о чем мы поговорим позже.
Если две постоянные времени, создаваемые C2 x R2 и C1 x R3 в базовых схемах, одинаковы, отношение метки к пространству ( t1 / t2 ) будет равно один к одному, что сделает выходной сигнал симметричным по форме. . Изменяя конденсаторы C1, C2 или резисторы R2, R3, можно изменить отношение метки к промежутку и, следовательно, частоту.
В руководстве по RC-разрядке мы видели, что время, необходимое для того, чтобы напряжение на конденсаторе упало до половины напряжения питания, 0,5 В постоянного тока, равно 0,69 постоянной времени комбинации конденсатора и резистора. Тогда, если взять одну сторону нестабильного мультивибратора, время, в течение которого транзистор TR 2 находится в состоянии «ВЫКЛ», будет равен 0,69T или 0,69 постоянной времени C1 x R3 . Аналогично, время, в течение которого транзистор TR 1 находится в состоянии «ВЫКЛ», будет равен 0,69 Тл или 0,69 постоянной времени C2 x R2, и это определяется как.
Где R выражается в Ω, а C - в фарадах.
Изменяя постоянную времени только одной RC-цепи, можно изменить отношение метки к пространству и частоту выходного сигнала, но обычно, изменяя обе постоянные времени RC вместе одновременно, выходная частота будет изменяться с сохранением отметки. Соотношение площади и пространства такое же при однозначном.
Если значение конденсатора C1 равно значению конденсатора C2 , C1 = C2, а также значение резистора базы R2 равно значению резистора базы R3 , R2 = R3, тогда общая продолжительность работы мультивибраторов цикл приведен ниже для симметричной формы выходного сигнала.
Где R - в Ω, C - в фарадах, T - в секундах, а ƒ - в герцах.
и это известно как «частота повторения импульсов». Таким образом, нестабильные мультивибраторы могут генерировать ДВЕ очень короткие выходные волны прямоугольной формы от каждого транзистора или гораздо более длинные прямоугольные выходные сигналы, симметричные или несимметричные, в зависимости от постоянной времени RC-цепи, как показано ниже.
Схема нестабильного мультивибратора должна генерировать серию импульсов с частотой 500 Гц с отношением метки к промежутку 1: 5. Если R2 = R3 = 100 кОм , рассчитайте номиналы конденсаторов, требуемых C1 и C2 .
и путем преобразования приведенной выше формулы для периодического времени значения конденсаторов, необходимые для получения отношения метки к пространству 1: 5, задаются как:
Значения 4,83 нФ и 24,1 нФ соответственно являются расчетными значениями, поэтому нам нужно будет выбрать ближайшие предпочтительные значения для C1 и C2 с учетом допуска конденсаторов. Фактически, из-за большого диапазона допусков, связанных с обычным конденсатором, фактическая выходная частота может отличаться на ± 20% (от 400 до 600 Гц в нашем простом примере) от фактической необходимой частоты.
Если мы требуем, чтобы выходной сигнал нестабильной формы был несимметричным для использования в схемах синхронизации или стробирования и т. Д., Мы могли бы вручную вычислить значения R и C для отдельных компонентов, как мы это сделали в примере выше. Однако, когда два R - х и C's оба равны, мы можем сделать нашу жизнь немного легче для себя с помощью таблиц , чтобы показать нестабильные мультивибраторы вычисленных частот для различных комбинаций или значений как R и C . Например,
Предварительно рассчитанные таблицы частот могут быть очень полезны при определении требуемых значений R и C для конкретной симметричной выходной частоты без необходимости постоянно пересчитывать их каждый раз, когда требуется другая частота.
Путем замены двух постоянных резисторов, R 2 и R 3 для потенциометра с двумя группами и сохранения номиналов конденсаторов одинаковыми, частоту с выхода нестабильных мультивибраторов можно легче «настроить», чтобы получить конкретное значение частоты или компенсировать допуски используемых компонентов.
Например, выбрав емкость конденсатора 10 нФ из приведенной выше таблицы. Используя потенциометр 100 кОм для измерения нашего сопротивления, мы получим выходную частоту, которую можно полностью отрегулировать от немного выше 71,4 кГц до 714 Гц, что составляет около трех декад частотного диапазона. Аналогичным образом, емкость конденсатора 47 нФ даст диапазон частот от 152 Гц до более 15 кГц.
Схема нестабильного мультивибратора построена с использованием двух синхронизирующих конденсаторов равной емкости 3,3 мкФ и двух базовых резисторов номиналом 10 кОм. Вычислите минимальную и максимальную частоту колебаний, если двухконтактный потенциометр 100 кОм соединен последовательно с двумя резисторами.
Когда потенциометр установлен на 0%, значение сопротивления базы равно 10 кОм.
при потенциометре на 100% значение сопротивления базы равно 10 кОм + 100 кОм = 110 кОм.
Тогда выходная частота колебаний нестабильного мультивибратора может быть изменена от 2,0 до 22 Гц.
При выборе значений сопротивления и емкости для надежной работы базовые резисторы должны иметь значение, позволяющее транзистору полностью включаться, когда другой транзистор выключается. Например, рассмотрим схему выше. Когда транзистор TR 2 полностью открыт, (насыщение) примерно одинаковое напряжение падает на резисторе R3 и резисторе R4 .
Если используемый транзистор имеет коэффициент усиления по току β , равный 100, а резистор нагрузки коллектора R4 равен, скажем, 1 кОм, максимальное значение резистора базы, следовательно, будет 100 кОм. Если установить более высокое значение, транзистор может не включиться полностью, в результате чего мультивибратор будет давать ошибочные результаты или вообще не будет колебаться. Точно так же, если сопротивление базового резистора слишком низкое, транзистор может не выключиться, и мультивибратор снова не будет колебаться.
Выходной сигнал может быть получен от клеммы коллектора любого транзистора в цепи нестабильного мультивибратора, причем каждая форма выходного сигнала является зеркальным отображением самого себя. Выше мы видели, что передний фронт выходного сигнала слегка закруглен, а не квадратен из-за зарядных характеристик конденсатора в схеме с перекрестной связью.
Но мы можем ввести в схему еще один транзистор, который будет генерировать почти идеально прямоугольный выходной импульс и который также можно использовать для переключения нагрузок с более высоким током или нагрузок с низким импедансом, таких как светодиоды, громкоговорители и т. Д., Не влияя на работу фактического нестабильного мультивибратора. Однако недостатком этого является то, что форма выходного сигнала не является идеально симметричной, поскольку дополнительный транзистор производит очень небольшую задержку. Рассмотрим две схемы ниже.
Выход с квадратным передним фронтом теперь производится третьим транзистором TR 3, подключенным к эмиттеру транзистора TR 2 . Этот третий транзистор переключает «ВКЛ» и «ВЫКЛ» одновременно с транзистором TR 2 . Мы можем использовать этот дополнительный транзистор для переключения светоизлучающих диодов, реле или для создания звука от преобразователя звука, такого как динамик или пьезоэхолот, как показано выше.
Нагрузочный резистор Rx необходимо выбрать подходящим образом, чтобы учесть прямые падения напряжения и ограничить максимальный ток примерно до 20 мА для цепи светодиода или обеспечить полное сопротивление нагрузки примерно 100 Ом для цепи динамика. Динамик может иметь любое сопротивление менее 100 Ом.
Подключив дополнительный транзистор TR 4 к эмиттерной схеме другого транзистора TR 1 аналогичным образом, мы можем создать нестабильную схему мультивибратора, которая будет мигать двумя наборами огней или светодиодов от одного к другому со скоростью, определяемой постоянная времени цепи синхронизации RC .
В следующем уроке о формах волны и сигналах мы рассмотрим различные типы нестабильных мультивибраторов , которые используются для создания непрерывной выходной формы волны. Эти схемы, известные как релаксационные генераторы, генерируют на своих выходах квадратную или прямоугольную волну для использования в последовательных схемах в качестве тактового импульса или сигнала синхронизации. Эти типы схем называются генераторами сигналов.
Преимущества использования нестабильного мультивибратора следующие:
Недостатки использования нестабильного мультивибратора следующие:
Нестабильные мультивибраторы используются во многих приложениях, таких как любительское радиооборудование, генераторы азбуки Морзе, схемы таймеров, аналоговые схемы и телевизионные системы.
Пожалуйста, пиши комментарии, если ты обнаружил что-то неправильное или если ты желаешь поделиться дополнительной информацией про нестабильный мультивибратор Надеюсь, что теперь ты понял что такое нестабильный мультивибратор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база