Содержание
Детали и монтаж
Мультивибратор можно смонтировать на печатной плате размерами 70*50 мм, эскиз которой показан на рис. 2 Постоянные резисторы можно использовать любые малогабаритные. Подстроечный резистор РП1-63М, СП4-1 или аналогичный импортный. Оксидные конденсаторы К50-29, К50-35 или аналоги Конденсаторы С2, С4 — К73-9, К73-17, К73-24 или любые плёночные малогабаритные.
Рис. 2. Печатная плата для схемы мощного мультивибратора на транзисторах.
Диоды КД522А можно заменить на КД503. КД521. Д223 с любым буквенным индексом или импортными 1N914, 1N4148. Вместо диодов КД226А и КД243А подойдёт любой из серий КД226, КД257, КД258, 1 N5401 …1 N5407.
Составные транзисторы КТ972А можно заменить любым из этой серии или из серии КТ8131, а вместо КТ973 любой из серии КТ973, КТ8130. При необходимости, мощные транзисторы устанавливают на небольшие теплоотводы. При отсутствии таких транзисторов, их можно заменить аналогами из двух транзисторов, включен ных по схеме Дарлингтона, рис. 3. Вместо маломощных п-р-п транзисторов КТ315Г подойдут любые из серий КТ312, КТ315, КТ342, КТ3102, КТ645, SS9014 и аналогичные.
Рис. 3. Принципиальная схема эквивалентной замены транзисторов КТ972, КТ973.
Нагрузкой этого мультивибратора может бытъ динамическая головка, телефонный капсюль, пьезокерамический излучатель звука, импульсный повышающий/понижающий трансформатор.
При использовании динамической головки с сопротивлением обмотки 8 Ом, следует учитывать, что при напряжении питания 9 В на нагрузку будет поступать 8 Вт мощности напряжения переменного тока. Поэтому, двух…четырёхваттная динамическая головка может бытъ повреждена уже через 1…2 минуты работы.
3.2. Мультивибраторы
Мультивибратор представляет собой релаксационный генератор колебаний почти прямоугольной формы. Он является двухкаскадным усилителем на резисторах с положительной обратной связью, в котором выход каждого каскада соединен со входом другого. Само название «мультивибратор» происходит от двух слов: «мульти» — много и «вибратор» — источник колебаний, поскольку колебания мультивибратора содержат большое число гармоник. Мультивибратор может работать в автоколебательном режиме, режиме синхронизации и ждущем режиме. В автоколебательном режиме мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением, в режиме синхронизации на мультивибратор действует извне синхронизирующее напряжение, частота которого определяет частоту импульсов, ну а в ждущем режиме мультивибратор работает как генератор с внешним возбуждением.
На рисунке 3.2.1 показана наиболее распространенная схема мультивибратора на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями, на рисунке 3.2.2 – графики, поясняющие принцип его работы.
Рисунок 3.2.1 Мультивибратор на транзисторах с емкостными коллекторно — базовыми связями
Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов на резисторов. Выход каждого каскада соединен со входом другого каскада через конденсаторы С1 и С2.
Мультивибратор, у которого транзисторы идентичны, а параметры симметричных элементов одинаковы, называется симметричным
Обе части периода его колебаний равны и скважность равна 2. Если кто забыл, что такое скважность, напоминаю: скважность — это отношение периода повторения к длительности импульса Q=Tи/tи
Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения. Так вот, если имеются различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным.
Мультивибратор в автоколебательном режиме имеет два состояния квазиравновесия, когда один из транзисторов находится в режиме насыщения, другой — в режиме отсечки и наоборот. Эти состояния не устойчивые. Переход схемы из одного состояния в другое происходит лавинообразно из-за глубокой ПОС.
Рисунок 3.3.2 — Графики, поясняющие работу симметричного мультивибратора
При включении питания транзистор VT1 открыт и насыщен током, проходящим через резистор R3. Напряжение на его коллекторе минимально. Конденсатор С1 разряжается. Транзистор VT2 закрыт и конденсатор С2 заряжается. Напряжение на конденсатор С1 стремится к нулю, а потенциал на базе транзистора VT2 постепенно становится положительным и VT2 начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается и конденсатор С2 начинает разряжаться, транзистор VT1 закрывается. Далее процесс повторяется до бесконечности.
Параметры схемы должны быть следующими: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Длительность импульсов определяется по формуле:
Период импульсов определяется:
Выходные импульсы снимаются с коллектора одного из транзисторов, причем с какого именно — не важно. Другими словами, в схеме два выхода
Улучшение формы выходных импульсов мультивибратора, снимаемых с коллектора транзистора, может быть достигнуто включением разделительных (отключающих) диодов в цепи коллекторов, как показано на рисунке 3.2.3. Через эти диоды параллельно коллекторным нагрузкам подключены дополнительные резистов Rд1 и Rд2.
Рис. 3.2.3 Мультивибратор с улучшенной формой выходных импульсов
В этой схеме после закрывания одного из транзисторов и понижения потенциала коллектора подключенный к его коллектору диод также закрывается, отключая конденсатора от коллекторной цепи. Заряд конденсатора происходит через дополнительный резистор Rд, а не через резстор в коллекторной цепи, и потенциал коллектора запирающегося транзистора почти скачком становится равным Eк. Максимальная длительность фронтов импульсов в коллекторных цепях определяется в основном частотными свойствами транзисторов.
Такая схема позволяет получить импульсы почти прямоугольной формы, но её недостатки заключаются в более низкой максимальной скважности и невозможностью плавной регулировки периода колебаний
Включение питания
В первый момент после включения питания оба транзистора начинают открываться. Откуда берётся открывающий ток? Рассмотрим на примере транзистора T1
Рис. 3. Момент включения питания: токи, открывающие транзистор
Первый, очевидный путь — через Rб1, на рисунке синяя стрелка. Второй, не столь очевидный — через конденсатор C1. Не будем забывать, что в первый момент времени конденсатор разряжен, его сопротивление практически нулевое, и в цепи возникает ток заряда через Rк2 — С1 — эмиттерный переход T1. Этот путь показан красной стрелкой.
Тут важно отметить, что коллекторные сопротивления Rк в этой схеме значительно меньше базовых Rб, как минимум на порядок, а то и на несколько. Значит, «красная» составляющая в первый момент будет давать больший вклад
Схема
Теперь что нам понадобиться из радиоэлементов для сборки:
- 2 резистора 1 кОм
- 2 резистора 33 кОм
- 2 конденсатора 4.7 мкФ на 16 вольт
- 2 транзистора КТ315 с любыми буквами
- 2 светодиода на 3-5 вольт
- 1 источник питания типа «крона» 9 вольт
Если вам не удалось найти нужных деталей, не огорчайтесь. Данная схема не критична к номиналам. Достаточно поставить приближённые значения, на работе в целом это никак не скажется. Влияет лишь на яркость и частоту мигания светодиодов. Время мигания напрямую зависит от ёмкости конденсаторов. Транзисторы можно установить подобные маломощные n-p-n структуры. Печатную плату делаем . Размер кусочка текстолита 40 на 40 мм, можно взять и с запасом.
Файл для печати формата.lay6
качаем . Для того чтоб при монтаже было допущено как можно меньше ошибок, нанёс позиционные обозначения на текстолит. Это помогает не путаться при сборке и добавляет красоты в общий вид. Так выглядит готовая печатная плата, протравленная и просверленная:
Производим монтаж деталей в соответствии со схемой, это очень важно! Главное не перепутать цоколевку транзисторов и светодиодов
Пайке тоже стоит уделить должное внимание
Поначалу она может быть не такой изящной как промышленная, но это и не нужно. Главное обеспечить хороший контакт радиоэлемента с печатным проводником. Для этого детали перед пайкой обязательно лудим. После того как компоненты установлены и запаяны, ещё раз всё проверяем и протираем плату от канифоли спиртом. Примерно так должно смотреться готовое изделие:
Если всё было сделано грамотно, то при подаче питания мультивибратор начинает мигать. Цвет светодиодов вы выбираете сами. Для наглядности предлагаю посмотреть видео.
Автоколебательный режим мультивибратора.
В автоколебательном режиме мультивибратор возбуждается и генерирует прямоугольные импульсы сразу же после включения источника питания. Процесс возбуждения и генерирования импульсов показан графиками на рис.2.
В момент включения питания транзисторы обеих плеч мультивибратора начинают открываться, т.к. на их базы через базовые резисторы подается отрицательное напряжение смещения.
Одновременно начинают заряжаться конденсаторы связи: С1 — через базово-эмиттерный переход VT2 и резистор Rк1, С2 — через VT1 и Rк2. Нужно заметить, что при подаче постоянного напряжения на конденсаторы ток проходит через них только во время заряда. Так вот, во время заряда ток проходит через конденсаторы, транзисторы и резисторы у которых в реальности, даже при тщательном подборе идентичных пар, не будет идеального совпадения параметров. У транзисторов будет хоть какая-та разница коэффициентов передачи токов; от различия параметров базовых резисторов будет отличатся величина напряжения смещения на базах транзисторов и т.д.
Предположим, что в момент включения источника питания транзистору VT1 повезло и у него ток больше, чем у соседа VT2. Вследствие этого падение напряжения на Rк1 будет больше чем у Rк2. Так как напряжение источника коллекторного питания отрицательно, то поэтому потенциал коллектора VT1 станет менее отрицательным, а у VT2 — более отрицательным. Но так как изменения через конденсаторы передаются на базы транзисторов, то это приведет к еще большему нарастанию тока коллектора VT1 и его насыщению, а ток VT2 уменьшится и он запрется. Конденсаторы оказываются заряженными до напряжений близких к Еп (полярность указана на рис.1).
На рис.2 показаны эти процессы за период от «0» до «to», где приводятся графики следующих напряжений: Uc1, Uc2 — на обкладках конденсаторов; Uб1, Uб2 — смещения на базах; Uк1, Uк2 — выходные сигналы мультивибратора.
После прекращения изменений коллекторных токов конденсатор С1 сравнительно медленно разряжается через
Rб1, Rб2, источник питания и переходы открытого VT1. Напряжения конденсатора Uc1 и базы транзистора Uб2 убывают по экспоненте ( на графике период to — t1), и когда положительный потенциал Uб2 уменьшится и станет отрицательным — VT2 отпирается. Это приводит к уменьшению его отрицательного потенциала на коллекторе, который передается через С2 на базу VT1 и ускоряет его запирание. Этот лавинообразный процесс длится до тех пор, пока VT1 не войдет в режим отсечки, а VT2 — в режим насыщения (точка t1).
Таким образом, возникает состояние, противоположное исходному, которое затем в результате выше описанному процессу, вновь переходит в исходное. Таким путем поддерживаются колебания в мультивибраторе.
В симметричном мультивибраторе время заряда конденсатора меньше времени раздяда, т. к. Rк
Частота колебаний мультивибратора определяется постоянными времени разряда τр = Rб1·С2 = Rб2·С1 и ее можно примерно определить по формуле:
где f — частота в Гц;
Rб — сопротивление базового резистора в кОм;
С — емкость конденсатора связи в мкФ.
Ждущий мультивибратор (одновибратор)
Ждущий мультивибратор в отличие от автоколебательного на выходе формирует одиночный импульс под действием входного сигнала, причём длительность выходного импульса зависит от номиналов элементов обвязки операционного усилителя. Схема ждущего мультивибратора показана ниже
Схема ждущего мультивибратора (одновибратора) на операционном усилителе.
Ждущий мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, цепи ПОС на резисторах R4R5, цепи ООС VD1C2R3 и цепи запуска C1R1VD2.
Цикл работы ждущего мультивибратора можно условно разделить на три части: ждущий режим, переход из ждущего режима в состояние выдержки и непосредственно состояние выдержки. Рассмотрим цикл работы мультивибратора подробнее.
Ждущий режим является основной и наиболее устойчивой частью цикла работы данного типа мультивибратора, так как самопроизвольно он не может перейти в следующие части цикла работы ждущего мультивибратора. В данном состоянии на выходе мультивибратора присутствует положительное напряжение насыщения ОУ (UНАС+), которое через цепь ПОС R4R5 частично поступает на неинвертирующий вход ОУ, тем самым задавая пороговое напряжение переключения мультивибратора (UПП), которое определяется следующим выражением
На инвертирующем входе ОУ присутствует напряжение, которое задаётся диодом VD1 (в случае кремневого диода напряжение примерно равно 0,6 – 0,7 В), то есть меньше порога переключения мультивибратора. При данных условиях ждущий мультивибратор может находиться неограниченно долгое время (до тех пор, пока не поступит запускающий импульс).
Переход из ждущего режима в состояние выдержки, является следующей частью цикла работы ждущего мультивибратора и начинается после того, как на вход поступит импульс отрицательной полярности, амплитуда которого превысит двухкратное значение напряжения переключения ждущего мультивибратора. То есть минимальная амплитуда входного напряжения (UВХ min) должна быть равна
В этом случае напряжение порога переключения ждущего мультивибратора понизится и станет меньше, чем напряжение падения на диоде VD1. Далее произойдёт лавинообразный процесс переключения выходного напряжения и на выходе установится напряжение отрицательного насыщение ОУ (UНАС-) и ждущий мультивибратор перейдёт в состояние выдержки. При выборе номиналов элементов входной цепи C1 и R1 надо исходить из того, что конденсатор С1 должен полностью разрядиться за время действия входного импульса, то есть постоянная времени цепи C1R1 должна быть на порядок (в десять раз) меньше длительности входного импульса.
Заключительная часть цикла работы ждущего мультивибратора является состояние выдержки. В данном состоянии на неинвертирующий вход поступает часть напряжения с выхода мультивибратора, тем самым задавая пороговое напряжение перехода мультивибратора в ждущий режим. В тоже время выходное напряжение через цепь ООС C1R1 поступает на инвертирующий вход и открывает диод VD1, через который начинает разряжаться конденсатор С1. После разряда конденсатора С1 до 0 В происходит его зарядка через резистор R1 до напряжения перехода мультивибратора в ждущий режим. После чего схема переходит в исходное состояние и на выходе устанавливается напряжение положительного насыщения ОУ (UНАС+). Длительность состояния выдержки и непосредственно формируемого выходного импульса определяется временем зарядка конденсатора С1 через резистор R1 и в общем случае определяется следующим выражением
Так как ждущий мультивибратор имеет только одно устойчивое состояние, то за ним закрепилось название одновибратора.
Для того чтобы одновибратор вырабатывал положительные импульсы при положительных управляющих входных сигналах необходимо изменить полярность включения диодов VD1 и VD2.
Как собрать мигалку на светодиодах своими руками
Немного теории. Мультивибратор это по сути двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1 и VT2 с цепью положительной обратной связи через электролитический конденсатор С2 между каскадами усиления на транзисторах VT2 и VT1. Такая обратная связь превращает схему в генератор. Название симметричный мультивибратор обусловлено одинаковыми значениями пар элементов R1=R2, R3=R4, C1=C2. При таких значениях элементов мультивибратор будет генерировать импульсы и паузы между импульсами равной длительности. Частота следования импульсов задается в большей степени значениями пар R1=R2 и C1=C2. Контролировать длительность импульсов и пауз можно будет по вспышкам светодиодов. При нарушении равенства пар элементов мультивибратор становится несимметричным. Несимметричность будет обусловлена прежде всего различием в длительности импульса и длительности паузы.
Мультивибратор собирается на двух транзисторах, кроме того потребуется четыре резистора, два электролитических конденсатора и два светодиода для индикации работы мультивибратора. Задача приобретения деталей и печатной платы решается легко. Вот ссылка на покупку готового набора деталей http://ali.pub/2bk9qh. Набор включает в себя все детали, добротную печатную плату размером 28 мм × 30 мм, схему, монтажную схему и спецификацию. Ошибок расположения деталей на рисунке печатной платы практически нет.
Состав набора деталей мультивибратора
Принципиальная электрическая схема мультивибратора
Приступим к сборке схемы, для работы потребуется маломощный паяльник, флюс для пайки, припой, бокорезы и батареи питания. Схема простая, но ее надо собрать правильно и без ошибок.
- Ознакомьтесь с содержимым пакета. Расшифруйте по цветовому коду номиналы резисторов и установите их на плату.
- Припаяйте резисторы и откусите выступающие остатки электродов.
- Электролитические конденсаторы должны размещаться на плате определенным образом. В правильном размещении вам поможет монтажная схема и рисунок на плате. Электролитические конденсаторы имеют на корпусе маркировку отрицательного электрода, а положительный электрод имеет чуть большую длину. Расположение отрицательного электрода на плате находится в заштрихованной части обозначения конденсатора.
- Установите конденсаторы на плату и припаяйте их.
- Размещение транзисторов на плате строго по ключу.
- Светодиоды также имеют полярность электродов. Смотрите фото. Устанавливаем и припаиваем их. Старайтесь не перегревать эту деталь при пайке. Плюс светодиода LED2 находится ближе к резистору R4 (смотрите видео).
- Припаяйте согласно полярности проводники питания и подайте напряжение от батарей. При напряжении питания 3 Вольта светодиоды включились вместе. После секундного разочарования, было подано напряжение от трех батарей и светодиоды начали попеременного мигать. Частота мультивибратора зависит от напряжения питания. Так как схема должна была устанавливаться в игрушку с питанием от 3 Вольт пришлось заменить резисторы R1 и R2 на резисторы номиналом 120 кОм, четкое попеременное мигание было достигнуто. Смотрите видео.
Мигалка на светодиодах — симметричный мультивибратор
Простая мигалка на светодиодах. Твоя первая схема
Watch this video on YouTube
Применение схемы симметричного мультивибратора весьма широко. Элементы схем мультивибратора найдутся в вычислительной технике, радиоизмерительной и медицинской аппаратуре.
Симметричный мультивибратор
|
Эквивалентные схемы цепей заряда конденсаторов связи мультивибратора с анодной связью.| Схема мультивибратора, работающего в режиме автоколебаний, рассчитанного в примере 8 — 4. |
Рассчитать симметричный мультивибратор, работающий в режиме автоколебаний ( рис. 8 — 27) налампебЛ), длительность селекторного импульса которого составляет 50 мксек.
Схема симметричного мультивибратора ( рис. 12.3) представляет собой двухкаскадный усилитель напряжения с емкостной связью, в котором создана положительная обратная связь за счет соединения выходных и входных зажимов.
Синхронизация симметричного мультивибратора, в зависимости от способа подачи синхронизирующего напряжения, возможна при четных и при нечетных коэффициентах деления. В обоих случаях синхронизируются как весь период, так и его отдельные части.
Расчет симметричного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями ( рис. 8 — 7) производят следующим образом.
В симметричном мультивибраторе при С — С2 С и Rs R52Ro длительности полупериодов одинаковы.
В симметричном мультивибраторе транзисторы, сопротивления резисторов в цепях коллекторов и баз, а также емкости конденсаторов С3 и С2 одинаковы. Устойчивое состояние схемы, при котором оба транзистора отперты, невозможно. Всякое изменение одного из токов или напряжений ведет к лавинообразному процессу, в результате которого один из транзисторов запирается, а другой отпирается. Время пребывания схемы в этом состоянии определяется постоянной времени цепи разряда конденсатора С2 или Сз. Когда напряжение на конденсаторе достигнет нулевого значения, один транзистор отпирается, а другой запирается. Процесс этот повторяется, при этом амплитуда импульсов на коллекторах транзисторов близка к напряжению источника питания.
Схемы синхронизации симметричного мультивибратора при.| Временные диаграммы импульсного делителя с малой скважностью при делении частоты следования коротких импульсов.
Зовы синхронизации симметричного мультивибратора, построенные по уравнениям ( 16 — 17) — ( 16 — 20), показаны на рис. 16.8 а.
Зоны синхронизации ( п 1, 2, 3, 4 импульсного делителя с малой скважностью при делении частоты следования. а — коротких импульсов. б — прямоугольник импульсов.
б — прямоугольник импульсов.
При синхронизации симметричного мультивибратора синусоидальными колебаниями лучше всего в цепи управления подавать синфазные сигналы ( рис. 16.6 а), если необходимо получить четный коэффициент деления, и противофазные сигналы ( рис. 16.6 6), если необходимо получить нечетный коэффициент деления. Для рассмотрения каждого случая удобно представить напряжение в цепях управления в виде, показанном на рис. 16.9 а и б, где, с учетом принятой ранее идеализации, изображены оба полупериода мультивибратора на одной временной диаграмме.
|
Осцилляторные схемы симметричных мультивибраторов. |
Осцилляторные схемы симметричных мультивибраторов на транзисторах и лампах ( рис. 17.4) получены при замене одного из времяза-дающих конденсаторов мультивибратора кварцевым резонатором.
Рассмотрим работу симметричного мультивибратора, изображенного на рис. 5.50. Схема мультивибратора представляет собой двухкаскадный усилитель, замкнутый петлей положительной обратной связи.
Рассмотрим работу симметричного мультивибратора, как наиболее простого. Так как схема симметричная, то можно предположить, что после ее включения токи в транзисторах и напряжения на конденсаторах достигнут одинаковой величины и мультивибратор будет находиться в равновесии.
ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРОВ
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 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 . В этом случае можно добиться наиболее точных прямоугольных сигналов.
Напряжение питания и ток
Спаяли. Заработало. А от чего питать? Мультивибратор начинает работать уже от 1,5 вольт (конечно с желтыми или красными светодиодами). То есть ограничение по нижнему пределу напряжения упирается в вольтаж LED элементов. И поставив белые светики потребуется питать уже от литиевого АКБ, так как 3 В (2 АА батареи) будет маловато. С ростом напряжения частота мигания замедляется — учитывайте этот момент.
Верхний предел напряжения определяется вольтажом конденсаторов и параметрами транзисторов, насколько они выдержат Uкэ. Что касается токоограничения — нет смысла вешать резистор на каждый из светодиодов — достаточно одного общего на 100 — 500 Ом по плюсу или минусу (без разницы) всей схемы. Проверено — отлично работает!
Потребление тока должно быть на уровне одного светодиода (ведь в каждый момент времени светится только один LED элемент, даже в шестифазном мультике). То есть если ставите светодиоды обычные на 5 мм — задавайте 5-10 мА, если мощные полуваттные — соответственно ток выставляйте на его паспортное значение — это около 100-200 мА.
Конечно можно собрать мигалку на микросхемах, контроллерах, где эффект будет даже с подвыподвертом, но есть ли смысл усложнять дело? Может ещё на радиолампах попробуете сделать? Как вам например мультивибратор на 6Н2П
В общем собирайте, проверяйте на макетной плате, паяйте и прокачивайте свой скилл электронщика, всем пока!
Обсудить статью МУЛЬТИВИБРАТОР НА 3, 4, 5, 6 КАНАЛОВ
