Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора
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 ещё 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 положе 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.
Частота мультивибратора
Длительность одной из двух частей периода равна
t = ln 2 ⋅ R C {\displaystyle t=\ln 2\cdot RC}
Длительность периода из двух частей равна:
T = t 1 + t 2 = ln 2 ⋅ R 2 C 1 + ln 2 ⋅ R 3 C 2 {\displaystyle T=t_{1}+t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}C_{1}+\ln 2\cdot R_{3}C_{2}}
f = 1 T = 1 ln 2 ⋅ ( R 2 C 1 + R 3 C 2 ) ≈ 1 0.693 ⋅ ( R 2 C 1 + R 3 C 2 ) {\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}\approx {\frac {1}{0.693\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}} ,
где
- f — частота в ,
- R2 иR3 — величины резисторов в омах,
- C1 иC2 — величины конденсаторов в фарадах,
- T — длительность периода (в данном случае, сумма двух частей периода).
В особом случае
, когда
- t1 =t2 (50 % цикл),
- R2 =R3 ,
- C1 =C2 ,
f = 1 T = 1 ln 2 ⋅ 2 R C ≈ 0.721 R C {\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot 2RC}}\approx {\frac {0.721}{RC}}}
Схема автоколебательного мультивибратора и принцип её работы
Чаще всего мультивибратор создают с использованием биполярных транзисторов, связь между которыми осуществляется за счёт коллекторно-базовых цепей. Схема симметричного мультивибратора показана ниже.
Схема мультивибратора.
Простейший мультивибратор состоит из следующих основных элементов: транзисторы VT1 и VT2, резисторы R1 и R4 являются коллекторной нагрузкой транзисторов, резисторы R2 и R3 являются элементами частотозадающей цепи и конденсаторы C1 и C2 также являются элементами частотозадающей цепи и связи между транзисторами. По своей сути данная схема представляет собой двухкаскадный усилитель с ОЭ, который охвачен глубокой положительной обратной связью. Для правильного функционирования мультивибратора необходимо, чтобы плечи мультивибратора обладали идентичными параметрами. В частности должны быть одинаковыми транзисторы VT1 и VT2, а в случае симметричного мультивибратора также одинаковые параметры элементов R1 = R4, R2 = R3 и C1 = C2. Опишем принцип работы мультивибратора, основываясь на его временные диаграммы.
Временные диаграммы работы мультивибратора.
Как уже говорилось выше, мультивибратор функционирует в автоколебательном режиме, поэтому для описания работы выделим один период его колебаний. Условно период работы можно разделить на два промежутка: Х1 – Х2 и Х2 – Х3. Давайте рассмотрим их по отдельности, но прежде опишем начальные условия работы.
Как говорилось выше, мультивибратор имеет два плеча, которые обладают некоторой идентичностью, но она мнимая, так как практически невозможно подобрать одинаковые во всем элементы схемы. Поэтому в начальный момент времени, при подаче питания, допустим коллекторный ток транзистора VT1 оказался несколько больше коллекторного тока транзистора VT2. Это вызовет увеличение напряжения на резисторе R1 и уменьшению коллекторного напряжения VT1, а через конденсатор C1 уменьшение на базе транзистора VT2, что в свою очередь уменьшит коллекторный ток транзистора и падение напряжения на резисторе R4. Уменьшение напряжения на R4, в свою очередь, через конденсатор C2 увеличит напряжение на базе VT1, что ещё больше увеличит коллекторный ток VT1, а соответственно и падение напряжения на резисторе R1. Таким образом, транзистор VT1 окажется, насыщен, и ток через него будет ограничен только коллекторным резистором R1, а транзистор VT2 – закрыт, а ток через него практически равен нулю.
Итак мы подошли к моменту времени Х1 на временных диаграммах работы мультивибратора, когда конденсатор C1 начинает заряжаться через открытый транзистор VT1 и резистор R2, а конденсатор C2 начнёт разряжаться через p-n переход база-эмиттер VT1 и резистор R4. По мере заряжания конденсатора C1 напряжение на базе VT2 увеличивается, а напряжение на базе VT1 уменьшается, и в момент времени Х2 произойдёт отпирание транзистора VT2. Вместе с открыванием VT2 произойдёт закрытие транзистора VT1. И таким образом процесс открытия и закрытия транзисторов будет происходить периодически, а на коллекторах транзисторов будут периодически возникать импульсы прямоугольной формы. Параметры импульсов полностью определяются значениями элементов схемы.
Одновибратор
Формирование импульсов с помощью простейших логических элементов. Одновибратор или ждущий или заторможенный мультивибратор генерирует импульс заданной амплитуды и длительности после прихода запускающего импульса. Одновибратор строят с использованием цепи положительной обратной связи и пороговых элементов. Очень часто в качестве времязадающих элементов в мультивибраторах применяют RC цепочки. Могут быть использованы также линии задержки, отрезки кабеля. Один из способов построения одновибраторов – использование логических элементов.
Условие нормальной работы:
t зап < t имп. . Если это условие не выполняется, то можно укоротить импульс с помощью дифференцирующей цепочки, включенной на входе запуска.
Часто требуется сформировать импульс по логическому перепаду на входе. Одна из возможных схем показана на рисунке. Длительность выходного импульса определяется на этой схеме длительностью схемы задержки ().
Вместо RC цепочки можно включить любой элемент задержки: два последовательно включенных инвертора, линию задержки, отрезок кабеля и т.д. Элемент 2И-НЕ с триггером Шмидта на входе обеспечивает устойчивую работу схемы.
Полупроводниковая промышленность выпускает специализированные микросхемы, с помощью которых при минимальном числе внешних элементов можно строить генераторы импульсов. Пример такой микросхемы в ТТЛ серии – 1533АГ3. В одном корпусе микросхемы имеется 2 независимых элемента. Длительность импульса с выхода каждого элемента равна tимп = 0.5 RC.
Таблица состояний 1533АГ3
Схема гератора прямоугольных импульсов на К155ЛА3.
Очень легко собирается на К155ЛА3 генератор прямоугольных импульсов. Для этого можно использовать любые два ее
элемента. Схема может выглядеть вот так.
Импульсы снимаются между 6 и 7(минус питания) выводами микросхемы.
Для этого генератора частоту(f) в герцах можно расчитать по формуле f= 1/2(R1 *C1).
Значения подставляются в Омах и Фарадах.
Использование каких — либо материалов этой страницы,
допускается при наличии ссылки на сайт
Главная особенность этой схемы радиожука
так это то что в ней в качестве генератора несущей частоты применена цифровая микросхема К155ЛА3
.
Схема состоит из простого микрофонного усилителя на транзисторе КТ135 (можно в принципе любой импортный с похожими параметрами. Да, кстати, у нас на сайте программа справочник имеется по транзисторам! Причем совершенно бесплатная! Если кому интересно, то подробности ), далее идет модулятор-генератор собранный по схеме логического мультивибратора , ну, и сама антенна- кусок провода скрученный в спираль для компактности.
Интересная особенность данной схемы: в модуляторе (мультивибраторе на логической микросхеме) отсутствует частотозадающий конденсатор. Вся особенность в том что элементы микросхемы имеют свою собственную задержку срабатывания которая и является частотозадающей. При введении конденсатора мы потеряем максимальную частоту генерации (а при напряжении питания 5V она будет порядка 100 мГц).Однако здесь есть интересный минус: по мере разряда батареи частота модулятора будет снижаться: расплата, так сказать, за простоту.Но зато есть и существенный «плюс»- в схеме нет ни одной катушки!
Дальность работы передатчика может быть по-разному, но по отзывам до 50 метров он работает стабильно.Рабочая частота в районе 88…100 мГц, так что подойдет любое радиоприемное устройство работающее в FM диапазоне- китайский радиоприемник, автомагнитола, мобильный телефон и даже китайский радиосканер.
Напоследок: рассуждая логически, для компактности вместо микросхемы К155ЛА3 можно было-бы установить микросхему К133ЛА3 в SMD корпусе, но какой будет результат сказать сложно пока не попробуешь… Так что если есть желающие по-экспериментировать- можете сообщить об этом у нас на ФОРУМЕ , будет интересно узнать что из этого вышло…
Микросхема К155ЛА3
является, по сути, базовым элементом 155-ой серии интегральных микросхем. Внешне по исполнению она выполнена в 14 выводном DIP корпусе, на внешней стороне которого выполнена маркировка и ключ, позволяющий определить начало нумерации выводов (при виде сверху — от точки и против часовой стрелки).
В функциональной структуре микросхемы К155ЛА3 имеется 4 самостоятельных логических элементов . Одно лишь их объединяет, а это линии питания (общий вывод — 7, вывод 14 – положительный полюс питания) Как правило, контакты питания микросхем не изображаются на принципиальных схемах.
Каждый отдельный 2И-НЕ элемент микросхемы К155ЛА3
на схеме обозначают DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. По правую сторону элементов находятся выходы, по левую сторону входы. Аналогом отечественной микросхемы К155ЛА3 является зарубежная микросхема SN7400, а все серия К155 аналогична зарубежной SN74.
Расчет автоколебательного мультивибратора
Для расчёта автоколебательного мультивибратора необходимо задать некоторые исходные параметры: частота импульсов f (или период колебаний T = 1/f), длительность генерируемых импульсов ti, амплитуда импульса Um.
Для примера рассчитаем симметричный автоколебательный мультивибратор с частотой выходных импульсов fi = 1 МГц, амплитудой импульса Um = 5 В.
1.Определим напряжение источника питания ЕК
Выберем ЕК = 6 В
2.Определим тип транзисторов, которые должны соответствовать следующим значениям
Данным параметрам соответствует транзистор КТ315 со следующими характеристиками: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
3.Определяем сопротивления R1 и R4 в коллекторных цепях транзисторов
где IK imax – максимально допустимый ток коллектора;
IKBO – максимально допустимый обратный ток коллектора.
Исходя из практических соображений для маломощных транзисторов выбирают RK больше (0,5 … 1) кОм, а для мощных транзисторов – не более (200 … 300) Ом.
Так как транзистор КТ315 маломощный, то выберем RK = 3,3 кОм.
4.Выбираем сопротивление резисторов R2, R3 в цепях баз транзисторов
Выберем R2 = R3 = Rb = 4,7 кОм
5.Выбираем ёмкость конденсаторов С1 и С2
В случае если ведётся расчёт для несимметричного мультивибратора с разной длительностью импульсов ti, то рассчитываются отдельно конденсаторы С1 и С2
Структурная схема
Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь между выходом второго и входом первого инвертора необходимую для возбуждения генератора.
Резистор R1 обеспечивает необходимое смещение по постоянному току, а также позволяет осуществлять небольшую отрицательную обратную связь на частоте генератора.
В результате преобладания положительной обратной связи над отрицательной на выходе генератора получается напряжение прямоугольной формы.
Изменение частоты генератора в широких пределах производится подбором емкости СІ и сопротивления резистора R1. Генерируемая частота равна fген = 1/(С1 * R1). С понижением питания эта частота уменьшается. По аналогичной схеме собирается и НЧ генератор подбором соответствующим образом С1 и R1.
Рис. 1. Структурная схема генератора на логической микросхеме.
Ждущий мультивибратор — одновибратор — формирователь импульсов.
Схемы формирователей импульсов на цифровых КМОП микросхемах, онлайн расчёт времязадающих цепей и длительности выходных импульсов. — Почему ждущий? — Почему, почему? Потому что не спит ни днём, ни ночью — он на дежурстве, он ждёт! И ожидает он не трамвая на остановке, а внешнего сигнала запуска для формирования одиночного выходного импульса фиксированной длительности, после чего возвращается в первоначальное состояние самопроизвольно, без каких-либо воздействий и утомительных уговоров. — А почему одновибратор? — Ну, так как, почему? Выдержан, характер нордический, в генерацию, подобно мультивибратору, не впадает, имеет одно устойчивое состояние. Говорили ж Вам — он на дежурстве, он ждёт! — «Говорили ж бабы Вам, пиво с водкой, не для дам!». Второе-то состояние – неустойчивое! — А тут уж, мил-человек, ничего не попишешь, в конце концов, он — одновибратор. У каждого свои недостатки.
Как работает мультивибратор на транзисторах
Мультивибратор на самом деле работает просто. Во время подключения питания два светодиода периодически загораются и потухают. Частоту переменного переключения светодиодов возможно изменять при помощи емкостей конденсаторов или сопротивления резисторов, подключенных к транзисторам и светодиодам.
Это устройство находится в одном из двух противоположных нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и снова обратно. Фаза перехода довольно мала относительно большой длительности нахождения в состояниях за счет положительной обратной связи (ПОС), которая охватывает два каскада усиления.
Электрическое напряжение на коллекторе VT2 достаточно невелико (что в свою очередь будет равно падению электрического напряжения на насыщенном транзисторе). C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии (полярность как по схеме), медленно начинает разряжаться через открытый транзистор VT2 и резистор R3. Текущее напряжение на базе у транзистора VT1 отрицательно и благодаря этому напряжению он прочно удерживается в закрытом состоянии. Закрытое от напряжения состояние транзистора VT1 сохраняется до того, пока конденсатор C2 не будет перезаряжаться через R3 и напряжение на базе VT1 не начнет достигать порога его полного отпирания (около +0,6 В).
При этом VT1 начинает незамедлительно приоткрываться, и напряжение его коллектора начинает стремительно снижаться, что в свою очередь вызывает необратимое начало запирания VT2, напряжение коллектора транзистора VT2 начинает стремительно увеличиваться, что в свою очередь через конденсатор C2 еще больше открывает VT1. По итогу в транзисторном мультивибраторе происходит лавинообразный регенеративный повторяющийся процесс, приводящий к тому, что VT1 переходит в открытое насыщенное состояние, а VT2 в свою очередь запирается.
Применение шаговых двигателей. Простые схемы
Шаговые двигателя в настоящее время широко применяются в качестве приводов в принтерах, сканерах, DVD-проигрывателях и многих других . В случае выхода из строя такого прибора, из него можно извлечь некоторые полезные узлы и, если они работоспособны, использовать по другому подходящему назначению. Статья предназначена для любителей делать что-нибудь своими руками и не претендует на оригинальность, но содержит некоторые сведения, которые могут быть полезны.
Во-первых, все эти приборы имеют в своём составе блок питания, как правило — импульсный, на несколько напряжений. В основном это выходы с постоянными напряжениями +5, +12 и +24 … 36 вольт с токами до 2 … 3 ампер. Такие блоки питания можно использовать, например, для зарядных устройств, питания светодиодных лент или электроинструмента небольшой мощности. Но в данной статье будут даны примеры использования шаговых двигателей из подобных аппаратов.
Для питания и управления шаговым двигателем, конечно, требуется специальная схема-драйвер, это обеспечит его полную функциональность. Но если вам нужен «просто двигатель» без управления частотой вращения и шагом поворота вала, то вполне можно обойтись простейшей схемой питания с применением конденсатора:
— эта схема предполагает использование двигателей с двумя обмотками и отводами от их середины (всего 6 проводов). Обмотка 1 имеет выводы красного и белого цвета, обмотка 2 — синего и жёлтого. Средние выводы (коричневого цвета) здесь не используются. В зависимости от напряжения питания и мощности двигателя может потребоваться подбор элементов С* и R*.
При использовании такой схемы нельзя будет менять частоту (скорость) вращения, но можно менять его направление — при помощи переключателя S1. Вместо трансформатора и выпрямительного моста в схеме можно использовать как раз «родной» блок питания, который стоял в аппаратуре, где использовался этот двигатель.
Другой вариант использования шагового двигателя — в качестве генератора. При вращении вала такого двигателя на его обмотках наводится напряжение, которое можно использовать, например, для питания низковольтной лампы или светодиодов. В интернете можно найти множество схем-вариантов автономных фонариков с использованием шагового двигателя в качестве генератора энергии. Ниже приводятся их простейшие примеры :
При использовании ламп вместо светодиодов (маломощных на 3 . 12 вольт) их можно подключать к обмоткам напрямую, без использования выпрямителей.
Для увеличения мощности такого фонарика можно использовать все имеющиеся в нём обмотки, используя суммирование их мощностей на выходе (параллельное включение):
Конденсатор на выходе служит для сглаживания колебаний напряжения при неравномерной скорости вращения вала двигателя. Также на выходе можно включить аккумулятор (например от сотового телефона), который будет подзаряжаться при вращении вала двигателя . А вращать вал можно любым удобным и подходящим способом — с помощью надетого на него шкива с ручкой, привода от ветряной или гидро-«вертушки» и т. д…
В статье приведён минимум необходимой информации и простейшие примеры. Более сложные схемы включения с реализацией всех возможностей шаговых двигателей ( с возможностью полноценного управления) можно найти на специализированных сайтах в интернете или справочной литературе.
Благодарю за уделённое время.
Прошу поставить «палец-вверх», если статья была полезна
Автоколебательный мультивибратор на ОУ
Автоколебательный мультивибратор или просто мультивибратор называют генератор прямоугольных импульсов. В его основе лежит триггер Шмитта или компаратор с гистерезисом, но в отличие от триггера напряжение в мультивибраторе формируется интегрирующей цепочкой R1C1. Ниже приведена схема мультивибратора на ОУ
Схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе.
Данный мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, который охвачен положительной обратной связью через резисторы R2R3 и отрицательной обратной связью при помощи интегрирующей цепочки R1C1.
Рассмотрим работу мультивибратора. В основе работы мультивибратора лежит триггер Шмитта, который создается ПОС при помощи резисторов R2R3. Так как опорное напряжение триггера равно нулю, то напряжение верхнего порогового уровня будет равно
а нижнего порога переключения триггера
Таким образом, в момент подачи питания конденсатор полностью разряжен, то есть на инвертирующем входе ОУ напряжение равно нулю. В тоже время на выходе ОУ, вследствие неидеального ОУ, присутствует некоторое положительное напряжение, часть которого через ПОС R2R3 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Далее происходит усиление этого напряжения и на выходе ОУ происходит дальнейший рост напряжения.
Напряжение с выхода ОУ поступает также через цепочку R1C1, но вследствие того, что интегрирующая цепочка задерживает сигнал, то рост напряжения на конденсаторе С1, а следовательно и на инвертирующем входе будет происходить медленнее, чем на неинвертирующем. И в результате разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входе будет расти, а следовательно будет происходить рост выходного напряжения.
В некоторый момент времени напряжение на конденсаторе UC (а также на инвертирующем входе) достигнет напряжения верхнего порогового уровня UВП триггера Шмитта и выходное напряжение UВЫХ скачком станет равным отрицательному напряжению насыщения UНАС-. В результате чего ток через резистор R1 изменится на противоположный, а конденсатор С1 начнёт разряжаться. Разряд конденсатора будет происходить до напряжения нижнего порога переключения UВП триггера. После этого также скачкообразно произойдёт переключение выходного напряжения с отрицательного насыщения к положительному напряжению насыщения UНАС+ триггера Шмитта. Данные переключения иллюстрирует график расположенный ниже
График напряжений в мультивибраторе: на выходе мультивибратора (верхний) и на конденсаторе С1 (нижний).
Частота выходных импульсов мультивибратора зависит от постоянной времени интегрирующей цепочки R1C1, а также от ширины петли гистерезиса и в общем случае определяется следующим выражением
Не трудно заметить, что при
В случае равенства сопротивлений резисторов в цепи ПОС R2 и R3 соотношения будут выглядеть следующим образом
