Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про мультивибратор, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое мультивибратор, мультивибраторы, несимметричный мультивибратор, одновибратор, бистабильный мультивибратор, мультивибратор шмитта, ждущие мультивибраторы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
мультивибратор — релаксационный генератор электрических почти прямоугольных колебаний с короткими фронтами.
Мультивибратор является одним из самых распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы, используемый в электронике и радиотехнике. Обычно представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель, охваченный глубокой положительной обратной связью.
В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой схемотехникой, типом используемых активных компонентов (ламповые, транзисторные, тиристорные, микроэлектронные и другие), различающиеся режимом работы (автоколебательный, ждущие, с внешней синхронизацией), видом связи между усилительными элементами, способам регулировки длительности и частоты генерируемых импульсов и другими параметрами.
Мультивибратор изобретен в годы Первой Мировой войны французскими учеными Анри Абрахамом и Эженом Блохом и впервые описан в статье, опубликованной в журнале Annales de Physique в 1919 г.
Название мультивибратор для устройства предложил голландский физик ван дер Поль, и отражает тот факт, что в спектре прямоугольных колебаний мультивибратора присутствует множество высших гармоник — в отличие от генератора синусоидальных колебаний («моновибратора»).
Существуют три типа мультивибраторов в зависимости от режима работы:
Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при автоколебательном режиме его работы. В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.
Режим синхронизации отличается от автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) колебания удается синхронизовать частоту колебаний автоколебательного мультивибратора под частоту синхронизирующего сигнала или сделать кратной ей (режим «захвата частоты») для автоколебательных мультивибраторов.
Мультивибраторы
В мультивибраторе, работающем в режиме автоколебаний, на его выходе непрерывно возникают импульсы прямоугольной формы.
Любой мультивибратор, как импульсный генератор, состоит из усилителя и RC- цепей.
Симметричный мультивибратор
Длительность импульса tи и паузы tп равны.
Процесс зарядки конденсатора описывается дифференциальным уравнением:
Решение этого уравнения:
Если процесс зарядки конденсатора начинается в момент времени t2 и заканчивается в момент времени t3, то для данной схемы решение запишется так:
Пусть UC(tи)= β Uвых макс. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Прологарифмируем это выражение, то получим:
Если U+выхмакс = U-вых макс, то: tи = τ ∙ln(1+2 R1/ Roc)
если tи = tп, то мультивибратор симметричный в таком генераторе частота колебаний определяется по формуле, где период Т = tи + tп
несимметричный мультивибратор
Несимметричный мультивибратор – это генератор прямоугольных импульсов, у которых длительность импульса не равна длительности паузы, т.е. tи≠ tп.
tи =(R2+R3)•С• ln (1+2 R1/ Roc)
tп =(R2+R4)•C• ln (1+2 R1/ Roc),
причем R3 ≠ R4.
Одновибратор
Мультивибратор, работающий в ждущем режиме, когда прямоугольный импульс на выходе появляется только тогда, когда на вход разрешения подается запускающий импульс.
Иногда мультивибраторами называют триггеры Шмитта — электронные схемы, не являющиеся по сути мультивибраторами, а компараторами с гистерезисом.
Приведенная в качестве примера на рисунке «классическая» схема мультивибратора на двух транзисторах одного типа проводимости сейчас почти не применяется, так как имеет плохие частотные свойства и недостаточно крутые фронты, что ограничивает частоту его генерации единицами МГц. При уменьшении номиналов компонентов (сопротивлений резисторов и емкости конденсаторов) для повышения частоты генерации оба транзистора переходят в открытое или насыщенное состояние без генерации, — генерация самопроизвольно срывается, и для восстановления генерации устройство надо перезапускать, например, подачей импульса на базу одного из транзисторов, что во многих применениях неприемлемо.
Симметричным мультивибратор называют при попарном равенстве сопротивлений резисторов R1 и R4, R2 и R3, емкостей конденсаторов C1 и C2, а также параметров транзисторов Q1 и Q2.
Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные колебания («меандр») со скважностью 2, то есть прямоугольный сигнал, у которого длительность импульса и длительность паузы одинаковы.
Симметричный мультивибратор по «классической» схеме широко используется для учебных и демонстрационных целей в качестве простейшего по устройству генератора электрических колебаний. Принцип работы этой схемы легко понять, а также эта схема удобна тем, что не требует для своей реализации громоздких и неудобных катушек индуктивности и трансформаторов.
Разновидность ждущего мультивибратора, имеющего одно стабильное состояние и одно неустойчивое. При поступлении запускающего импульса одностабильный мультивибратор (одновибратор) переключается в неустойчивое состояние на время 
, причем это время не зависит от длительности запускающего импульса (для схемы на рисунке 2), а затем возвращается в устойчивое состояние.
Одновибраторы применяются для преобразования формы импульсов в расширителях импульсов .
Бистабильный мультивибратор, кроме выполнения функции триггера, применяется также для построения генераторов, синхронизированных внешним сигналом. Такой тип бистабильных мультивибраторов характеризуется минимальным временем пребывания в каждом из состояний или минимальным периодом колебаний. Изменение состояния мультивибратора возможно только по прошествии определенного времени с момента последнего переключения (так называемое «мертвое время переключения») и происходит в момент поступления фронта синхронизирующего сигнала.
Принципиально можно построить автоколебательный мультивибратор на инвертирующем компараторе с гистерезисом, охваченном отрицательной обратной связью. Пример такой структуры с использованием операционного усилителя (ОУ) приведен на рисунке справа.
Делитель напряжения из пары резисторов R4, включенных в цепь обратной положительной связи переводят ОУ в режим компаратора с гистерезисом по инвертирующему входу, к которому подключена интегрирующая цепочка R2, C1. При переключении компаратора из состояние в состояние происходит изменение направления тока в интегрирующей цепочке и конденсатор начинает перезаряжаться в другую сторону до достижения другого порога компарации, и переключения полярности напряжения на выходе ОУ. В этой схеме ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и выходного ключа.
Схема может находиться в одном из двух нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно. Фаза перехода очень короткая относительно длительности нахождения в состояниях благодаря глубокой положительной обратной связи, охватывающей два каскада усиления.
Пусть в состоянии 1 Q1 закрыт, Q2 открыт и насыщен, при этом C1 быстро заряжается током открытого базового перехода Q2 через R1 и Q2 почти до напряжения питания, после чего при полностью заряженном C1 через R1 ток прекращается, напряжение на C1 равно (ток базы Q2)·R2, а на коллекторе Q1 — напряжению питания.
При этом напряжение на коллекторе Q2 невелико (равно падению напряжения на насыщенном транзисторе).
C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии 2 (полярность по схеме), медленно разряжается через открытый Q2 и R3. При этом напряжение на базе Q1 отрицательно и этим напряжением он удерживается в закрытом состоянии. Запертое состояние Q1 сохраняется до того, пока C2 не перезарядится через R3 и напряжение на базе Q1 не достигнет порога его отпирания (около +0,6 В). При этом Q1 начинает приоткрываться, напряжение его коллектора снижается, что вызывает начало запирания Q2, напряжение коллектора Q2 начинает увеличиваться, что через конденсатор C2 еще больше открывает Q1. В результате в схеме развивается лавинообразный регенеративный процесс, приводящий к тому, что Q1 переходит в открытое насыщенное состояние, а Q2 наоборот полностью запирается.
Далее колебательные процессы в схеме периодически повторяются.
Длительности нахождения транзисторов в закрытом состоянии определяются постоянными времени для Q2 — T2 = С1·R2, для Q1 — T1 = C2·R3.
Номиналы R1 и R4 выбираются намного меньшие, чем R3 и R2, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 была быстрее, чем разрядка через R3 и R2. Чем больше будет время зарядки конденсаторов, тем положительней окажутся фронты импульсов. Но отношения R3/R1 и R2/R4 не должны быть больше, чем коэффициенты усиления соответствующих транзисторов, иначе транзисторы не будут открываться полностью.
Длительность одной из двух частей периода равна
Длительность периода из двух частей равна:
,
где
В особом случае, когда
Генераторы сигналов прямоугольной и близкой к ней формы нашли широкое применение. Так, на основе этих устройств собираются таймеры, генераторы звука и т. п. Параметры импульсов можно менять подбором компонентов электрической цепи. Возможно изменение длительности сигналов, периодичности их поступления, углов импульсных фронтов. В соответствии с определенными параметрами подобранных радиоэлементов сигнал будет изменяться в ту или иную сторону. Если поставить переменные конденсаторы или резисторы, можно будет в режиме реально времени регулировать выходной сигнал.
Чтобы добиться наиболее крутых импульсных фронтов, следует заменить транзисторы на более современные устройства, например микросхемы. В этом случае можно добиться наиболее точных прямоугольных сигналов.
Статью про мультивибратор я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое мультивибратор, мультивибраторы, несимметричный мультивибратор, одновибратор, бистабильный мультивибратор, мультивибратор шмитта, ждущие мультивибраторы 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