8. Мультивибраторы на полевых транзисторах КР504НТ

Симметричные и несимметричные мультивибраторы различного назначения можно строить не только на биполярных транзисторах, но и на полевых. Один из примеров тому вы найдете в [1]. Учитывая, что полевые транзисторы имеют ряд преимуществ перед биполярными, основное из которых - крайне малый ток в цепи управления при работе на низкой частоте или в статическом режиме, можно полагать, что и обычный двух транзисторный мультивибратор, но только на полевых транзисторах, окажется в выигрышном положении перед аналогичными узлами, собранными на их биполярных собратьях.

Схему первого мульвибратора вы видите на рис. 1. Работа его во многом аналогична работе мультивибратора на p-n-р биполярных транзисторах - светодиоды так же будут перемигиваться. Отличие в том, что для закрывания каждого из транзисторов VT1.1, VT1.2 необходимо приложить положительное напряжение затвор-исток, которое должно превышать напряжение отсечки этих транзисторов (около 4В). Это происходит при каждом переключении плеч мультивибратора, благодаря наличию времязадающих конденсаторов С1, С2.

Именно поэтому и нет необходимости в двух полярном источнике питания. Частота переключения транзисторов в этом генераторе - один раз в 6 с. При установке качественных электролитических конденсаторов (с малым током утечки), емкостью 100...4700 мкФ, можно добиться переключения транзисторов с периодом в несколько десятков минут, что недостижимо для простых устройств на биполярных транзисторах.

Сопротивления резисторов R2 и R3 могут отличаться в несколько тысяч раз, например, R2 можно взять 30 МОм, a R3-10 кОм. Мультивибратор при этом станет несимметричным. Таким же образом изменяются и емкости конденсаторов. Нужным образом подобрав эти элементы, можно получить на выводе стока одного из транзисторов очень короткие импульсы, следующие с большой скважностью (100... 10000). Если в устройстве, изготовленном по схеме рис. 1, вместо обычных светодиодов в качестве нагрузки транзисторов включить мигающие, например, L-36BSRD, то любой из них, мигнув несколько раз, будет отдыхать, пока мигает его сосед. Если потребуется работа мультивибратора на звуковых частотах, то сопротивление резисторов R2 и R3 нужно уменьшить в 10...20 раз, а конденсаторы взять емкостью несколько сотен пикофарад.

Вместо обычных резисторов R2, R3 можно установить фоторезисторы (ФСК)СФ2-х, СФЗ-х, ФР117 и др.). При этом частота переключения транзисторов будет изменяться в несколько тысяч раз в зависимости от уровня освещенности. Следует только отметить, что при сопротивлении резисторов R2, R3 менее 3 кОм генерация может срываться. Мультивибратор, изготовленный по схеме, приведенной на рис. 1, требует применения полевых транзисторов с большим начальным током стока (10...30 мА). При отсутствии таких сборок из серии КР504, можно собрать аналогичный мультивибратор по схеме, приведенной на рис. 2.

Здесь полевые транзисторы работают с меньшим током стока, а чтобы получить достаточную яркость светодиодов, установлены усилители тока на биполярных транзисторах VT1, VT4. Частота переключения этого мультивибратора - около 1 Гц. Если на место транзисторов VT1, VT4 установить мощные составные транзисторы из серии КТ829, то в качестве их нагрузки можно применять лампы накаливания. При этом R2, R6 не устанавливаются, так как транзисторы типа КТ829 содержат свои встроенные резисторы. Если этот мультивибратор "откажется" работать, то следует точнее подобрать резисторы R3, R7. В узле, собранном по схеме, изображенной на рис. 1, можно использовать микросборки согласованных пар полевых транзисторов серий КР504, (К504, 504) с начальным током стока более 10 мА. Больше всего подходят КР504НТ4В, КР504НТЗВ, но можно попробовать и с индексами А, Б. При изменении полярности напряжения питания и подключения светодиодов, вместо транзисторной сборки можно использовать два отдельных полевых n-канальных транзистора из серий КП302, КП307. Если у них окажется большое напряжение отсечки, то питающее напряжение можно увеличить до 15В.

Для узла, схема которого приведена на рис. 2, подойдут микросхемы КР504НТ1, КР504НТ2 с любым буквенный индексом, а при подборе резисторов R3, R7 - КР504НТЗ, КР504НТ4. Кроме того, без настройки будут работать и многие полевые транзисторы серий КП103, КП101. Конденсаторы лучше использовать неполярные, например, малогабаритные К73-17 на 63 В. "Обычные" светодиоды могут быть любыми из серий АЛ307, КИПД21, КИПД35, КИПД40, а также 1-1513, L-934 и т.п. Мигающие - L-816BRSC-B, L-769BGR, L-56DGD, Т1ВК5410 и другие. Поскольку полевые транзисторы сборок КР504НТ(1 ...4) допускают максимальное напряжение исток-сток не более 10 В, напряжение питания мультивибраторов не должно превышать 10...12 В.

Вывод

При установке качественных электролитических конденсаторов (с малым током утечки), емкостью 100...4700 мкФ, можно добиться переключения транзисторов с периодом в несколько десятков минут, что недостижимо для простых устройств на биполярных транзисторах. Сопротивления резисторов R2 и R3 могут отличаться в несколько тысяч раз, например, R2 можно взять 30 МОм, a R3 - 10 кОм. Мультивибратор при этом станет несимметричным. Таким же образом изменяются и емкости конденсаторов.

Нужным образом подобрав эти элементы, можно получить на выводе стока одного из транзисторов очень короткие импульсы, следующие с большой скважностью (100... 10000). Если в устройстве, изготовленном по схеме рис. 1, вместо обычных светодиодов в качестве нагрузки транзисторов включить мигающие, например, L-36BSRD, то любой из них, мигнув несколько раз, будет отдыхать, пока мигает его сосед. Если потребуется работа мультивибратора на звуковых частотах, то сопротивление резисторов R2 и R3 нужно уменьшить в 10...20 раз, а конденсаторы взять емкостью несколько сотен пикофарад.

мультивибратор транзистор операционный усилитель

9. Мультивибратор на двух элементах микросхемы К155ЛА3

Для изучения выходных сигналов желательно использовать логический пробник или стрелочный вольтметр. При тех номиналах, которые указаны на схеме, частота импульсов составит около 30 раз в минуту или примерно 0,5 Гц.

Следовательно, стрелка вольтметра, подсоединенного, к примеру, к выходу DD1.2 К155ЛА3, будет двигаться от 0 и почти до 5 вольт. Если подсоединить вольтметр к выходу DD1.1 К155ЛА3 можно увидеть точно такую же картину. Поэтому данный вид мультивибратора назван симметричным

Теперь если к каждому конденсатору параллельно подключить еще по одному такому же, то можно заметить, что частота колебаний стрелка вольтметра снизилась примерно в 2 раза. Если теперь заменить первоначальные конденсаторы конденсаторами по 200 мкф, то сразу будет заметно увеличение частоты колебаний. А что выйдет, если поменять емкость всего лишь одного конденсатора? К примеру, один конденсатор заменим на 100 мкф, а другой оставим как есть 500 мкф. Частота заметно возрастет, но еще плюс ко всему изменится отношение паузы и импульсов. Уменьшив емкость до 1…5 мкф, схема будет вырабатывать звуковую частоту в районе 500…1000 Гц. Если один из постоянных резисторов убрать и на его место поставить переменный, то изменяя его сопротивление можно в небольшом диапазоне изменять частоту работы мультивибратора. Но, бывает, что мультивибратор функционирует нестабильно или вообще не запускается. А все дело в том, что эмиттерной вход микросхем К155ЛА3 достаточно зависим от сопротивления резисторов, находящихся в его цепи.

Эта специфика эмиттерного входа микросхемы К155ЛА3 состоит в следующем. Резистор на входе включен как составная часть одного из плеч мультивибратора. Из-за тока эмиттера на данном резисторе появляется напряжение, которое запирает транзистор. Если же сопротивление данного резистора будет в диапазоне 2…2,5 кОм, то падение напряжения на нем окажется значительным, и это приведет к тому, что транзистор элементарно перестанет обрабатывать входной сигнал. И наоборот, если установить сопротивление в диапазоне 500…700 Ом, то транзистор окажется постоянно в открытом состоянии. В связи с этим, сопротивление данных резисторов следует подбирать в диапазоне 800…2200 Ом. Только так возможно достичь стабильной работы мультивибратора на К155ЛА3, построенный по данной схеме. Так же на работу данного мультивибратора действуют такие моменты, как нестабильность питания, температура. От того мультивибратор на К155ЛА3, построенный по такой схеме фактически используется крайне редко.

Вывод

Автоколебательный мультивибратор является одним из элементов электронных схем, довольно часто использующийся на практике. Данный мультивибратор на микросхеме К155ЛА3 внешне весьма схожа с типовой схемой мультивибратора на транзисторах. Единственно, что тут в роли функциональных элементов использованы логические элементы микросхемы К155ЛА3, подключенные инверторами. Емкости С1, С2 формируют 2 цепи ПОС. Первая цепь -- вход DD1.1, емкость С2, выход DD1.2. Вторая цепь входа DD1.2, емкость С1, выход DD1.1. По причине данных связей схема самовозбуждается, что приводит к возникновению импульсов. Частота импульсов определяется сопротивлением R1, R2 и номиналами емкостей в цепях ОС К155ЛА3.

10. Мультивибратор на полевых транзисторах

Начинающие радиолюбители, конечно, знают, что мультивибраторы (симметричные и несимметричные) выполняют на биполярных транзисторах. К сожалению, подобные мультивибраторы обладают недостатком - при работе с достаточно мощной нагрузкой, например, лампами накаливания, для полного открывания транзисторов необходимы большие базовые токи.

Если же плечи мультивибратора переключаются с частотой 3...0,2 Гц, приходится устанавливать в частотозадающих цепях оксидные конденсаторы большой емкости, а значит, и больших габаритов. Не следует забывать и об относительно большом напряжении насыщения открытых транзисторов.

В предлагаемом мультивибраторе (см. рисунок) использованы отечественные полевые n-канальные транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Внутри корпуса между выводами затвора и истока стоит защитный стабилитрон, который значительно уменьшает вероятность выхода из строя транзистора при неумелом с ним обращении

Частота переключения транзисторов мультивибратора около 2 Гц, она задается конденсаторами и резисторами. Нагрузка транзисторов мультивибратора - лампы накаливания EL1, EL2.Резисторы, включенные между стоком и затвором транзисторов, обеспечивают мягкий запуск мультивибратора. К сожалению, они немного "затягивают" выключение транзисторов. Вместо ламп накаливания в цепь стока транзисторов допустимо включить светодиоды с ограничительными резисторами сопротивлением 360 Ом либо телефонный капсюль, например, ТК-47 (для этого варианта мультивибратор должен работать в области звуковых частот). В случае использования только одного капсюля, в цепь стока другого транзистора необходимо включить в качестве нагрузки резистор сопротивлением 100...200 Ом.

Резисторы R1, R2 указанных на схеме номиналов можно составить из нескольких последовательно соединенных меньшего сопротивления. Если такого варианта нет, установите резисторы меньших номиналов, а конденсаторы - больших.

Конденсаторы могут быть неполярные керамические либо пленочные, например, серий КМ-5, КМ-6, К73-17. Лампы накаливания применены от "мигающей" елочной гирлянды китайского производства на напряжение 6В и ток 100 мА. Подойдут также малогабаритные лампы на напряжение 6В и ток 60 либо 20 мА. Вместо транзисторов указанной серии, выдерживающих постоянный ток до 180 мА, допустимо применить рассчитанные на больший ток ключи серий КР1064КТ1, КР1014КТ1. В случае использования мультивибратора с более мощной нагрузкой, скажем, автомобильными лампами накаливания, понадобятся другие транзисторы, например КП744Г, допускающие ток стока до 9 А. Но при этом варианте нужно между затвором и истоком установить защитные стабилитроны на напряжение 8...10 В (катодом к затвору) - КС191Ж или аналогичные. При больших токах нагрузки транзисторы придется установить на теплоотводы.

Налаживают мультивибратор подбором конденсаторов до получения желаемой частоты переключения транзисторов. Для работы устройства на звуковых частотах конденсаторы должны быть емкостью 300...600 пФ. Если же оставить конденсаторы указанной на схеме емкости, придется подобрать резисторы меньшего сопротивления - вплоть до 47 кОм. Мультивибратор работоспособен при напряжении питания 3...10В, разумеется, с соответствующей нагрузкой. Если его предполагается использовать в качестве какого-то узла в разрабатываемой конструкции, между проводами питания мультивибратора устанавливают блокировочный конденсатор емкостью 0,1...100 мкФ.

Вывод

Частота переключения транзисторов мультивибратора около 2 Гц, она задается конденсаторами и резисторами. Нагрузка транзисторов мультивибратора - лампы накаливания EL1, EL2.

Резисторы, включенные между стоком и затвором транзисторов, обеспечивают мягкий запуск мультивибратора. К сожалению, они немного "затягивают" выключение транзисторов. Вместо ламп накаливания в цепь стока транзисторов допустимо включить светодиоды с ограничительными резисторами сопротивлением 360 Ом либо телефонный капсюль, например, ТК-47 (для этого варианта мультивибратор должен работать в области звуковых частот). В случае использования только одного капсюля, в цепь стока другого транзистора необходимо включить в качестве нагрузки резистор сопротивлением 100...200 Ом.

11. Гибридный мультивибратор

При первом включении генератора в электросеть 220В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, только ограничительные резисторы R4-R6 и эмиттерной переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора - транзистор VT1 - питается постоянным напряжением около 12В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1. Диод VD2 защищает эмиттерной переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n -- каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е. работал в ключевом режиме и не перегревался, напряжение затвор-исток должно быть не менее 10В, но не более 15…20В.

В данном случае оно будет равно рабочему напряжению стабилитрона VD1. Диоды VD3, VD4 защищают затвор полевого транзистора от пробоя, например, при прикосновении отверткой или паяльником. Варистор R8 защищает полевой транзистор от повреждения при всплесках сетевого напряжения. Частота мигания лампы накаливания, в основном, зависит от параметров цепей С2, R3 и C3, R2, R4-R6.В конструкции можно использовать резисторы С1-4, С2-23, МЛТ и специальные высокомегаомные КИМ-Е, С3-14, С-36. Варистор R8 можно установить на напряжение 390…470В. Подойдут, например, такие, как FNR307K391, FNR-20K391, FNR-14K431, FNR-05K471 или высоковольтные стабилитроны КС609В, КС903А, КС904АС. Настоятельно не рекомендую пренебрегать этим элементом, так как короткие импульсные всплески сетевого напряжения нередки и могут достигать амплитуды в 5 кВ. В крайнем случае можно воспользоваться варисторами типа СН1-1 на 560…680В, которые использовались в устаревших отечественных телевизорах.

Конденсатор С1 - К50-35 или импортный аналог. Остальные конденсаторы типов К73-17, К73-24, К73-39. При этом С3 должен быть на напряжение не менее 250 В. Стабилитрон VD1 нужно взять маломощный на рабочее напряжение 12…13В, подойдут КС207В, КС212Ж, КС213Б, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, TZMC-12. Перед установкой на плату стабилитрон следует проверить на исправность. Диоды VD2-VD4 любые из серий КД503, КД510, КД512, 1N4148. Выпрямительный мост VD5 - КЦ402А-В, КЦ405А-В, RC204-RC207, RS204-RS207 или четыре диода, например, КД257В. Транзистор VT1 работает в режиме микротока. Он должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 150. Подойдет любой из серий КТ3102, КТ342, КТ6111, SS9014, 2SC900, 2SC1222. Полевой транзистор при работе с нагрузкой мощностью до 150 Вт можно взять любой из серий КП707, КП777А-В, IRF840, IRF430, BUZ214. При монтаже полевой транзистор нужно обязательно защищать от пробоя, например, временно закоротив все его выводы.

Так как из-за высоких сопротивлений резисторов он открывается и закрывается относительно медленно, то его крайне желательно установить на алюминиевый теплоотводы размерами не менее 55х30х4 мм. Проблему можно решить усложнением схемотехники устройства, но это уже будет противоречить концепции простоты предлагаемой конструкции. Для работы с лампами накаливания мощностью более 150 Вт можно использовать параллельное включение нескольких полевых транзисторов, но такой подход в данном случае можно признать нерациональным из-за ощутимого увеличения затрат на комплектующие.

Чертеж возможного варианта печатной платы 55Ч105 мм показан на рис. 2. Частоту мерцания лампы EL1 удобнее задавать изменением емкости конденсаторов С2, С3. При этом следует помнить, что конденсатор С3 сохраняет заряд длительное время после отключения питания. При настройке и эксплуатации устройства следует помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожности.

В этой статье речь пойдет о простом генераторе световых импульсов, который работает с мощной высоковольтной нагрузкой, построенном по «классической” схеме двух транзисторного симметричного мультивибратора, но на транзисторах разного типа - биполярном и полевом.

Устройство, собранное по предлагаемой схеме, может найти применение для новогодней иллюминации, дискотек, в системах сигнализации или использоваться в качестве рабочего макета для различных экспериментов. При первом включении генератора в электросеть 220В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, такого ограничительные резисторы R4-R6 и эмиттерной переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20 с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора - транзистор VT1 - питается постоянным напряжением около 12В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1.

Диод VD2 защищает эмиттерной переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.

Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n -- каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е. работал в ключевом режиме и не перегревался, напряжение затвор-исток должно быть не менее 10В, но не более 15…20В. В данном случае оно будет равно рабочему напряжению стабилитрона VD1. Диоды VD3, VD4 защищают затвор полевого транзистора от пробоя, например, при прикосновении отверткой или паяльником. Варистор R8 защищает полевой транзистор от повреждения при всплесках сетевого напряжения Частота мигания лампы накаливания, в основном, зависит от параметров цепей С2, R3 и C3, R2, R4-R6.В конструкции можно использовать резисторы С1-4, С2-23, МЛТ и специальные высокомегаомные КИМ-Е, С3-14, С-36. Варистор R8 можно установить на напряжение 390…470В.

Подойдут, например, такие, как FNR307K391, FNR-20K391, FNR-14K431, FNR-05K471 или высоковольтные стабилитроны КС609В, КС903А, КС904АС. Настоятельно не рекомендую пренебрегать этим элементом, так как короткие импульсные всплески сетевого напряжения нередки и могут достигать амплитуды в 5 кВ. В крайнем случае можно воспользоваться варисторами типа СН1-1 на 560…680В, которые использовались в устаревших отечественных телевизорах. Конденсатор С1-К50-35 или импортный аналог. Остальные конденсаторы типов К73-17, К73-24, К73-39. При этом С3 должен быть на напряжение не менее 250В.

Стабилитрон VD1 нужно взять маломощный на рабочее напряжение 12…13 В, подойдут КС207В, КС212Ж, КС213Б, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, TZMC-12. Перед установкой на плату стабилитрон следует проверить на исправность. Диоды VD2-VD4 любые из серий КД503, КД510, КД512, 1N4148. Выпрямительный мост VD5 - КЦ402А-В, КЦ405А-В, RC204-RC207, RS204-RS207 или четыре диода, например, КД257В. Транзистор VT1 работает в режиме микротока. Он должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 150.

Подойдет любой из серий КТ3102, КТ342, КТ6111, SS9014, 2SC900, 2SC1222. Полевой транзистор при работе с нагрузкой мощностью до 150 Вт можно взять любой из серий КП707, КП777А-В, IRF840, IRF430, BUZ214. При монтаже полевой транзистор нужно обязательно защищать от пробоя, например, временно закоротив все его выводы. Так как из-за высоких сопротивлений резисторов он открывается и закрывается относительно медленно, то его крайне желательно установить на алюминиевый теплоотводы размерами не менее 55х30х4 мм. Проблему можно решить усложнением схемотехники устройства, но это уже будет противоречить концепции простоты предлагаемой конструкции. Для работы с лампами накаливания мощностью более 150 Вт можно использовать параллельное включение нескольких полевых транзисторов, но такой подход в данном случае можно признать нерациональным из-за ощутимого увеличения затрат на комплектующие.

Чертеж возможного варианта печатной платы 55Ч105 мм показан на рис. 2. Частоту мерцания лампы EL1 удобнее задавать изменением емкости конденсаторов С2, С3. При этом следует помнить, что конденсатор С3 сохраняет заряд длительное время после отключения питания. При настройке и эксплуатации устройства следует помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожности

Вывод

При первом включении генератора в электросеть 220В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, такого ограничительные резисторы R4-R6 и эмиттерной переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20 с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора - транзистор VT1 - питается постоянным напряжением около 12В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1. Диод VD2 защищает эмиттерной переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.

Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n -- каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е.

12. Симметричные Мультивибраторы на логических элементах

Такие схемы мультивибраторов широко используют в качестве задающих автогенераторов в различных цифровых устройствах. Простейшая схема симметричного мультивибратора на базовых логических элементах И-НЕ, взаимно охваченных положительными ОС с помощью двух времязадающих цепочек R₁C₁ и R₂C₂ показана на рис.7.33. Положим, что на интервале времени 0…t₁ мультивибратор находится в состоянии, когда элемент DD1 закрыт, и на его выходе логическая «1», а элемент DD2 открыт, и на его выходе логический «0». Конденсатор C₂ будет заряжаться выходным током элемента DD1, протекающим через резистор R₂ (диод VD2 закрыт).

Напряжение на входе DD2, выделяемое на резисторе R₂, уменьшается по экспоненте c постоянной времени t₁ = R₂C₂. В момент времени t = t₁ это напряжение достигает порогового значения переключения и элемент DD2 переходит из состояния «0» в состояние «1», изменяя свое выходное напряжение. Скачок этого напряжения U_вых2 через конденсатор С₁ подается на вход элемента DD1, переводя его в состояние «0». Так как напряжение на выходе элемента DD1 при этом уменьшилось до нуля, то конденсатор С₂ быстро разрядится через открытый диод до нулевого напряжения. Одновременно, начиная с момента времени t = t₁, происходит заряд конденсатора С₁ и напряжение на входе логического элемента DD1 уменьшается. Когда в момент времени t = t₂ напряжение на входе DD1 спадёт до уровня переключения, мультивибратор опять скачкообразно изменит свое состояние. Далее процессы в схеме мультивибратора начнут периодически повторяться. Длительность импульсов на выходах 1 и 2 при R₁ = R₂ = R, C₁ = С₂ = С будет (симметричный мультивибратор)

T: RC ln (U₁/U_пр) (),

где U₁ - значение напряжения на выходе DD1,2 соответствующее логической единицы,

U_пр - пороговое значение напряжения переключения. Схемотехнически современные мультивибраторы выполняются в виде отдельных интегральных микросхем.

Наиболее просто одновибратора можно реализовать на базовых логических элементах 2И-НЕ (рис.). Для этого в рассмотренную выше схему мультивибратора вводят цепь запуска, выполненную на логическом элементе DD1. В исходном состоянии логический элемент DD3 закрыт, и напряжение на выходе одновибратора равно уровню логической «1» Логический элемент DD1 цепи запуска одновибратора в исходном состоянии закрыт, и на его выходе присутствует логическая «1».

Уровни логических «1» с выходов закрытых элементов DD1 и DD3 поступают на входы элемента DD2, поддерживая его в открытом состоянии. На выходе открытого элемента DD2 имеет место логический «0», и поэтому конденсатор С разряжен через этот элемент и открытый диод VD до нулевого потенциала. При поступлении в момент времени t = t₁ на вход одновибратора положительного импульса запуска элемент DD1 открывается, а элемент DD2 переходит в закрытое состояние. На выходе закрытого элемента DD2 возникает положительный скачок напряжения, который через конденсатор С передается на объединенный вход логического элемента DD3. Этот элемент открывается, и на его выходе устанавливается логический «0». После переключения конденсатор С начинает заряжаться, и напряжение на входе элемента DD3 снижается. В момент времени t = t₂, когда напряжение становиться равным пороговому, одновибратора переключается и вновь переходит в устойчивое состояние.

стельность импульса t_и = t₂-t₁ на выходе одновибратора зависит от постоянной времени цепи RC и также определяется выражением. Отметим, что в данной схеме выходной импульс имеет низкий потенциал (т.е. уровень логического «0») и для получения высокого потенциала (логической «1») необходимо на выходе мультивибратора включить инвертор.

Вывод

Этот элемент открывается, и на его выходе устанавливается логический «0». После переключения конденсатор С начинает заряжаться, и напряжение на входе элемента DD3 снижается. В момент времени t = t₂, когда напряжение становиться равным пороговому, одновибратора переключается и вновь переходит в устойчивое состояние. стельность импульса t_и = t₂-t₁ на выходе одновибратора зависит от постоянной времени цепи RC и также определяется выражением. Отметим, что в данной схеме выходной импульс имеет низкий потенциал (т.е. уровень логического «0») и для получения высокого потенциала (логической «1») необходимо на выходе мультивибратора включить инвертор.

13. Симметричный мультивибратор на операционном усилителе

Мультивибратор электронное устройство с двумя метастабильными состояниями, которым соответствуют два различных значения напряжения (или тока) и которые периодически скачкообразно сменяют друг друга за счёт положительной обратной связи. M. генерирует периодический сигнал прямоугольной формы, в спектре которого содержится много гармоник (см. Фурье анализ).

Если интервалы времени, соответствующие различным состояниям, одинаковы, M. называется симметричным, иначе - несимметричным. Названные интервалы времени определяются временем зарядки и (или) разрядки конденсаторов (одного или двух), входящих в схему. M. может быть построен на операционных усилителях, транзистора биполярных х и полевых транзисторах, компараторах и др. электронных приборах.

Рис. 1. Симметричный мультивибратор на операционном усилителе:

a - схема; б временное диаграммы напряжений; 1 - напряжение U_C; 2 - напряжение U.

В схеме симметричного M. (рис. 1) операционный усилитель (ОУ) осуществляет сравнение напряжения U_C на конденсаторе Си напряжения U с делителя, образованного резисторами R₁ и R₂. Напряжение U_вых на выходе ОУ пропорционально разности напряжений между его входами DU = U - U_C. Из-за того, что часть выходного напряжения через делитель поступает на вход ОУ, в схеме образуется положительная обратная связь. Если в некоторый момент времени разность DU станет положительной (напр., вследствие флуктуации), то положительная обратная связь приведёт к лавинообразному нарастанию напряжения. Его увеличение прекратится, когда U_выx достигнет своего максимально возможного значения U₀, близкого к положит. напряжению питания +Е.

При этом напряжение U будет равно U₀R₁/(R₁ + R₂). Такое состояние системы сохранится до тех пор, пока напряжение U_C на конденсаторе, заряжающемся через резистор R, не превысит значения U = U₀R₁/(R₁ + R₂). Как только разность DU станет отрицательной, напряжение U_вых скачком уменьшится до своего мин. значения -U₀, близкого к отрицает. напряжению питания - E. Напряжение U станет равным -U₀R₁/(R₁ + R₂) и конденсатор начнёт разряжаться. Когда напряжение U_С сравняется c U= -U₀R₁/(R₁ + R₂), выходное напряжение снова скачком увеличится до значения U₀ и т. д. Время зарядки и разрядки конденсатора одинаково и пропорционально RC.

Вывод

В схеме симметричного M. (рис. 1) операционный усилитель (ОУ) осуществляет сравнение напряжения U_C на конденсаторе Си напряжения U с делителя, образованного резисторами R₁ и R₂. Напряжение U_вых на выходе ОУ пропорционально разности напряжений между его входами DU = U - U_C. Из-за того, что часть выходного напряжения через делитель поступает на вход ОУ, в схеме образуется положительная обратная связь.

Если в некоторый момент времени разность DU станет положительной (напр., вследствие флуктуации), то положительная обратная связь приведёт к лавинообразному нарастанию напряжения. Его увеличение прекратится, когда U_выx достигнет своего максимально возможного значения U₀, близкого к положит. напряжению питания +Е. При этом напряжение U будет равно U₀R₁/(R₁ + R₂). Такое состояние системы сохранится до тех пор, пока напряжение U_C на конденсаторе, заряжающемся через резистор R, не превысит значения

U = U₀R₁/(R₁ + R₂).

14. Симметричный мультивибратор RT1006Bи1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных системах управления и контроля. Достигаемый технический результат - повышение коэффициента полезного действия (КПД), надежности и точности. Симметричный мультивибратор выполнен на одноактном интегральном таймере с подключенными к выводу опорного напряжения подстрочным резистором и шунтирующим конденсатором и содержит времязадающую RC-цепочку, общая точка которой подключена к триггерному и пороговому входам таймера, вторым выводом конденсатор времязадающей RC-цепочки подсоединен к общему выводу таймера, а второй вывод резистора времязадающей RC-цепочки подключен к низкоомному выходу через диод Шоттки и непосредственно к высокоумному выходу таймера. 1 ил.

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к генераторам прямоугольных импульсов, и может быть использовано в различных системах управления и контроля. Известны симметричные мультивибраторы на основе одноактного таймера КР1006ВИ1, в которых симметрия выходных импульсов достигается выбором соотношений времязадающих элементов. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов, и известно применение компенсации отклонения значений времязадающих элементов регулировкой напряжения вывода опорного напряжения таймера внешним резисторным делителем напряжения.

Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов

Недостатками таких мультивибраторов являются низкие надежность и КПД, сложность, а в первом случае Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов и невозможность получения высокой точности симметричных импульсов (меандра) и не всегда приемлемые требования к навесным элементам. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является симметричный мультивибратор, построенный на одноактном таймере КР1006ВИ1 Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов.

Симметричный мультивибратор построен путем перекомпоновки элементов базовой структуры мультивибратора на этом таймере, причем для повышения точности формирования меандра времязадающая цепь здесь управляется выходным напряжением таймера, а не по выводу семь, кроме того, между выходом таймера и цепью питания включен нагрузочный резистор Rн, позволяющий увеличить амплитуду выходного напряжения. Недостатками его являются: сложность, низкие КПД и надежность, зависимость симметрии (ширины) импульсов от величины нагрузки, существенное влияние на точность частоты генерируемых импульсов от входного сопротивления приемника сигнала. Задача изобретения заключается в упрощении, повышении КПД, надежности и точности мультивибратора, за счет того, что заряд и разряд конденсатора времязадающей цепочки осуществляется через общий резистор, причем в процессе разряда цепь заряда отключается с помощью диода Шоттки. В результате навесные элементы не потребляют дополнительный ток от источника питания во время разряда, а дополнительное выравнивание (уравновешивание) длительности разряда и заряда осуществляется регулировкой порогового напряжения компараторов таймера.

Поставленная задача достигается тем, что в симметричном мультивибраторе, выполненном на одноактном интегральном таймере, например КР1006ВИ1, с подключенными к выводу опорного напряжения подстрочным резистором и шунтирующим конденсатором, содержащем времязадающую RC-цепочку, общая точка которой подключена к триггерному и пороговому входам таймера, вторым выводом конденсатор времязадающей RC-цепочки подсоединен к общему выводу таймера, в отличие от прототипа второй вывод резистора времязадающей цепочки подключен к низкоомному выходу через диод Шоттки и непосредственно к высоко омному выходу таймера. На чертеже приведена схема предложенного симметричного мультивибратора.

Симметричный мультивибратор содержит интегральный таймер 1 КР1006ВИ, диод Шоттки 2 подключенный между третьим (низкоомным) и седьмым (высокоумным) выходами таймера 1, времязадающую RC цепочку, состоящую из резистора 3 и конденсатора 4 и включенную между седьмым выходом таймера и первым выводом (общим) таймера 1. Шестой (пороговый) и второй (триггерный) выводы таймера 1 подключены к точке соединения резистора 3 и конденсатора 4. Подстрочный резистор 5, позволяющий точно выставить симметрию выходного сигнала, подключен к пятому выводу таймера 1. Для избегания влияния внешних помех и пульсаций напряжения питания на точность работы таймера пятый вывод таймера 1 шунтируется конденсатором 6. Источник питания таймера с напряжением Uп подключен к восьмому выводу относительно первого вывода таймера 1. Четвертый вывод таймера 1 соединен с восьмым выводом таймера 1.

Предлагаемое устройство в установившемся режиме работает следующим образом. При появлении высокого сигнала на третьем выходе таймера 1 происходит заряд конденсатора 4 от Uп/3 до величины 2Uп/3 через диод Шоттки 2 и резистор 3, потенциал третьего и седьмого выводов таймера 1 уменьшается до нуля и конденсатор 4 начинает разряжаться через седьмой вывод таймера 1 от 2Uп/3 до Uп/3. В период разряда диод 2 отсекает третий выход таймера 1 от времязадающей цепи, тем самым устраняя его влияние на процесс разряда. Так как сопротивление диода в цепи заряда компенсируется при разряде сопротивлением седьмого выхода таймера 1, представляющим собой открытый коллектор транзистора, общее сопротивление зарядной и разрядной цепочки, а значит, и время разряда и заряда практически равны. Более точное выравнивание длительности разряда и заряда осуществляется регулировкой порогового напряжения компараторов таймера. Описанная совокупность введенных элементов в известной литературе для решения поставленной задачи не встречается и имеет ряд преимуществ перед прототипом:

1) упрощение схемы мультивибратора, снижение энергопотребления, повышение КПД и надежности работы устройства;

2) устраняется влияние нагрузки на симметрию выходного сигнала;

3) возможность максимального приближения к предельной точности симметрии выходного сигнала в широком диапазоне частот.

Вывод

Симметричный мультивибратор построен путем перекомпоновки элементов базовой структуры мультивибратора на этом таймере, причем для повышения точности формирования меандра времязадающая цепь здесь управляется выходным напряжением таймера, а не по выводу семь, кроме того, между выходом таймера и цепью питания включен нагрузочный резистор Rн, позволяющий увеличить амплитуду выходного напряжения. Недостатками его являются: сложность, низкие КПД и надежность, зависимость симметрии (ширины) импульсов от величины нагрузки, существенное влияние на точность частоты генерируемых импульсов от входного сопротивления приемника сигнала. Задача изобретения заключается в упрощении, повышении КПД, надежности и точности мультивибратора, за счет того, что заряд и разряд конденсатора времязадающей цепочки осуществляется через общий резистор, причем в процессе разряда цепь заряда отключается с помощью диода Шоттки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существуют несколько видов самовозбуждающихся устройств типа мультивибратор. По форме генерируемого сигнала выделяют:

Симметричные мультивибраторы. Длительность импульсов и пауз генерируемых сигналов равны.

Несимметричные мультивибраторы. Длительность импульсов и пауз генерируемых сигналов не равны.

По типу стабильности мультивибраторы делят на:

Автоколебательные, иначе называемые нестабильными. В них колебания происходят автоматически при подключении устройства к источнику питания.

Моностабильные, иначе называемые ждущими. При включении устройства одно состояние в них становится стабильным, другое - нет. Генерируется импульс, и устройство переходит в стабильное состояние. Чтобы запустить генерацию сигнала заново, необходимо подать дополнительный управляющий сигнал. Бистабильные, иначе называемые триггерами. Стабильны всегда, какие-либо возбуждения отсутствуют. Изменить состояние устройства можно подачей управляющего сигнала. 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 определёнными 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. Так, например, таймер или метроном на низкочастотных транзисторах может спешить или отставать, и эту проблему решает составление мультивибратора на соответствующей микросхеме, например СД4047А.

Список литературы

1. Воронков, Ю.А. Овечкин «Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах» М., 1967 г Изд. Машиностроение И.П. Е.И. Манаев «Основы радиоэлектроники» 1985 г.

2. Изд. Радио и связь. Э.Н. Степаненко Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М., «Энергия», 1973.

3. А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков, В.М. Петухов, А.И. Хрулев Транзисторы малой мощности. Справочник. М.: Радио и связь, 1989 384 с.

4. Е.И. Манаев « Основы радиоэлектроники» 1985 г. Изд. Радио и связь.

5. Э.Н. Воронков, Ю.А. Овечкин «Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах» М., 1967 г. Изд. Машиностроение.

6. .А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков, В.М. Петухов, Г.А.И. Хрулев Транзисторы малой мощности. Справочник. М.: Радио и связь, 1989 -384 с.

7. Сайт Радиокот

8. Источник: «Энциклопедия начинающего радиолюбителя», Никулин С.А., Повный А.В.

Размещено на Allbest.ru