Multiwibratory oczekujące po otrzymaniu krótkiego impulsu wyzwalającego tworzony jest jeden impuls wyjściowy. Należą do klasy urządzenia monostabilne i mieć jeden długoterminowy stabilny i jeden quasi-stabilny stan równowagi. Schemat najprostszego oczekującego multiwibratora na tranzystorach bipolarnych, który ma jedno rezystancyjne i jedno pojemnościowe połączenie kolektor-baza, pokazano na ryc. 8. Z podstawą przyłączeniową VT 2 z zasilaczem + mi w poprzek r b2, w obwodzie bazowym płynie prąd odblokowujący, wystarczający do nasycenia tego tranzystora. W której napięcie wyjściowe pobrane od kolekcjonera VT 2 jest bliskie zeru. Tranzystor VT 1 jest blokowany przez ujemne napięcie wynikające z dzielenia napięcia źródła polaryzacji - mi zobacz dzielnik r b1 r od. W ten sposób po włączeniu zasilaczy określany jest stan obwodu. W tym stanie kondensator OD 1 ładowany do źródła napięcia + mi(plus z lewej, minus z prawej płyty).

Ryż. 8. Oczekiwanie na multiwibrator na tranzystorach

Multiwibrator oczekujący może znajdować się w tym stanie przez dowolnie długi czas - do momentu nadejścia impulsu wyzwalającego. Dodatni impuls wyzwalający (rys. 9) odblokowuje tranzystor VT 1 , co prowadzi do wzrostu prądu kolektora i zmniejszenia potencjału kolektora tego tranzystora. Ujemny wzrost potencjału przez kondensator OD 1 zostaje przeniesiony do bazy VT 2 wyprowadza ten tranzystor z nasycenia i powoduje przejście w tryb aktywny. Prąd kolektora tranzystora maleje, napięcie na kolektorze otrzymuje dodatni przyrost, który z kolektora VT 2 przez rezystor r c zostaje wysłany do bazy VT 1 , powodując jego dalsze odblokowanie. Aby skrócić czas odblokowania VT 1 równolegle r c włącz kondensator przyspieszający, OD ussk Proces przełączania tranzystorów przebiega lawinowo i kończy się przejściem multiwibratora w drugi quasi-stabilny stan równowagi. W tym stanie kondensator rozładowuje się OD 1 przez rezystor r tranzystor b2 i nasycony VT 1 na zasilacz +E. dodatnio naładowana podszewka OD 1 przez nasycony tranzystor VT 1 jest podłączony do wspólnego przewodu i ujemnie naładowany do podstawy VT 2. Z tego powodu tranzystor VT 2 jest zablokowany. Po rozładowaniu OD 1 potencjał podstawowy VT 2 staje się nieujemna. Prowadzi to do lawinowego przełączania tranzystorów ( VT 2 jest odblokowany i VT 1 jest zablokowany). Formowanie impulsu wyjściowego kończy się. Zatem czas trwania impulsu wyjściowego jest określony przez proces rozładowywania kondensatora OD 1

.

Amplituda impulsu wyjściowego

.

Pod koniec formowania impulsu wyjściowego rozpoczyna się etap odzyskiwania, podczas którego kondensator jest ładowany OD 1 ze źródła + mi przez rezystor r k1 i złącze emiterowe tranzystora nasyconego VT 2. Czas odzyskiwania

.

Minimalny okres powtarzania, z jakim mogą następować impulsy wyzwalające, to

.

Ryż. 9. Wykresy czasowe napięć w obwodzie multiwibratora oczekującego

Wzmacniacze operacyjne

wzmacniacze operacyjne(wzmacniacze operacyjne) nazywane są wzmacniaczami wysokiej jakości prąd stały(UPT), przeznaczony do wykonywania różnych operacji na sygnały analogowe podczas pracy w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Wzmacniacze prądu stałego umożliwiają wzmacnianie wolno zmieniających się sygnałów, ponieważ mają zerową niższą częstotliwość odcięcia pasma wzmocnienia (f n \u003d 0). W związku z tym w takich wzmacniaczach nie ma elementów reaktywnych (kondensatorów, transformatorów), które nie przepuszczają stałej składowej sygnału.

Na ryc. 10,a pokazuje symbol systemu operacyjnego. Przedstawiony wzmacniacz ma jeden zacisk wyjściowy (pokazany po prawej) i dwa zaciski wejściowe (pokazane po lewej stronie). Znak Δ lub > charakteryzuje wzmocnienie. Wejście, którego napięcie jest o 180° przesunięte w fazie w stosunku do napięcia wyjściowego, nazywa się odwracanie i jest oznaczone znakiem inwersji ○, a wejście, przy którym napięcie jest w fazie z wyjściem, jest Nieodwracający. Wzmacniacz operacyjny wzmacnia napięcie różnicowe (różnicowe) między wejściami. Wzmacniacz operacyjny zawiera również piny do zasilania napięciem i może zawierać piny korekcji częstotliwości (FC), piny równoważące (NC). Aby ułatwić zrozumienie celu wniosków i zwiększyć zawartość informacji w symbolu, można wprowadzić jedno lub dwa dodatkowe pola po obu stronach pola głównego, w których wskazane są etykiety charakteryzujące funkcje wyjściowe (rys. 10,b). Obecnie wzmacniacze operacyjne produkowane są w postaci układów scalonych. Dzięki temu można je traktować jako osobne komponenty o określonych parametrach.

Parametry i charakterystyki wzmacniacza operacyjnego można podzielić na charakterystykę wejściową, wyjściową i transmisyjną.

Parametry wejściowe.

Ryż. 10. Symbol wzmacniacza operacyjnego: a - bez pola dodatkowego; b - z dodatkowym polem; NC - kołki równoważące; FC - wnioski z korekty częstotliwości; U - wyjścia napięcia zasilania; 0V - wyjście wspólne

charakterystyka transmisji.

Wzmocnienie napięcia DO U (10 3 – 10 6)

,

gdzie U w 1 , U vx2- napięcie na wejściach systemu operacyjnego.

Wzmocnienie trybu wspólnego DO U sf

.

Współczynnik odrzucenia trybu wspólnego DO system operacyjny

.

Częstotliwość wzmocnienia jedności f 1 to częstotliwość, przy której wzmocnienie napięcia jest równe jedności (jednostki - dziesiątki MHz).

Szybkość narastania napięcia wyjściowego V Uo jest maksymalną możliwą szybkością zmian sygnału wyjściowego.

parametry wyjściowe.

Maksymalne napięcie wyjściowe jednostki OU U o max . Z reguły napięcie to jest o 2-3 V niższe niż napięcie zasilacza.

Impedancja wyjściowa R out (dziesiątki - setki omów).

Podstawowe obwody do załączania wzmacniacza operacyjnego.

Wzmacniacze operacyjne są zwykle używane z głębokim ujemnym sprzężeniem zwrotnym, ponieważ mają znaczne wzmocnienie napięciowe. Jednocześnie z elementów obwodu opinia wynikowe parametry wzmacniacza zależą.

W zależności od tego, które wejście wzmacniacza operacyjnego jest podłączone do źródła sygnału wejściowego, istnieją dwa główne obwody przełączające (rys. 11). Gdy napięcie wejściowe jest przyłożone do wejścia nieodwracającego (ryc. 11, a), wzmocnienie napięciowe jest określone przez wyrażenie

. (1)

Takie włączenie wzmacniacza operacyjnego jest używane, gdy wymagana jest zwiększona rezystancja wejściowa. Jeśli schemat na ryc. 11 i usuń rezystancję R 1 i zewrzyj rezystancję R 2, otrzymasz wtórnik napięcia ( DO ty=1), który służy do dopasowania wysokiej impedancji źródła sygnału i niskiej impedancji odbiornika.

Ryż. Rys. 11. Obwody wzmacniacza operacyjnego: a - wzmacniacz nieodwracający; b - wzmacniacz odwracający

Gdy napięcie wejściowe zostanie przyłożone do wejścia odwracającego (rys. 11, b), wzmocnienie jest równe

. (2)

Jak widać z wyrażenia (2), przy tym włączeniu napięcie wejściowe jest odwrócone.

W rozważanych schematach rezystancja Re jest podłączona do jednego z wejść. Nie wpływa na wzmocnienie i jest wprowadzane, gdy jest to konieczne, aby zredukować wahania napięcia wyjściowego spowodowane wahaniami czasu lub temperatury w prądach wejściowych. Rezystancja Re jest dobrana tak, aby równoważne rezystancje podłączone do wejść wzmacniacza operacyjnego były takie same. Dla schematów na ryc. 10
.

Modyfikując schemat na ryc. 11, b, możesz uzyskać urządzenie sumujące (ryc. 12, a), w którym

. (3)

Przy jednoczesnym doprowadzeniu napięcia do obu wejść wzmacniacza operacyjnego uzyskuje się urządzenie odejmujące (ryc. 12, b), dla którego

. (4)

To wyrażenie jest ważne, gdy warunek
.

Ryż. 12. Schematy włączania systemu operacyjnego: a - sumator napięcia; b - odejmowanie

Multiwibrator to najprostszy generator impulsów działający w trybie samooscylacji, to znaczy po przyłożeniu napięcia do obwodu sam zaczyna generować impulsy.

Najprostszy schemat pokazano na poniższym rysunku:

multiwibrator obwód tranzystorowy

Ponadto pojemności kondensatorów C1, C2 są zawsze dobierane możliwie identycznie, a wartości rezystancji bazowych R2, R3 muszą być większe niż rezystancje kolektora. Jest to ważny warunek prawidłowego działania MV.

Jak działa multiwibrator na tranzystorach, a więc: po włączeniu zasilania pojemności C1, C2 zaczynają się ładować.

Pierwszy kondensator w łańcuchu R1-C1 jest przejściem BE drugiego przypadku.

Druga pojemność będzie ładowana przez obwód R4 - C2 - przejście BE pierwszego tranzystora - obudowa.

Ponieważ tranzystory mają prąd bazowy, prawie się otwierają. Ale ponieważ nie ma dwóch identycznych tranzystorów, jeden z nich otworzy się nieco wcześniej niż jego kolega.

Załóżmy, że mamy wcześniej otwarty pierwszy tranzystor. Po otwarciu rozładuje pojemność C1. Ponadto będzie rozładowywany z odwrotną polaryzacją, zamykając drugi tranzystor. Ale pierwszy jest w stanie otwartym tylko przez chwilę, dopóki kondensator C2 nie zostanie naładowany do poziomu napięcia zasilania. Pod koniec procesu ładowania C2, Q1 zostaje zablokowany.

Ale do tego czasu C1 jest prawie puste. A to oznacza, że ​​popłynie przez nią prąd otwierający drugi tranzystor, który rozładuje pojemność C2 i pozostanie otwarty aż do ponownego naładowania pierwszego kondensatora. I tak z cyklu na cykl, aż wyłączymy zasilanie z obwodu.

Jak łatwo zauważyć, czas przełączania jest tutaj określany przez wartość pojemności kondensatorów. Nawiasem mówiąc, rezystancja bazowych rezystancji R1, R3 również wprowadza tutaj pewien czynnik.

Wróćmy do pierwotnego stanu, kiedy pierwszy tranzystor jest otwarty. W tym momencie pojemność C1 nie tylko będzie miała czas na rozładowanie, ale także zacznie ładować z odwrotną polaryzacją przez obwód kolektor-emiter R2-C1 otwartego Q1.

Ale rezystancja R2 jest dość duża i C1 nie ma czasu na naładowanie do poziomu źródła zasilania, ale gdy Q1 jest zablokowany, zostanie rozładowany przez obwód podstawowy Q2, co pomoże mu szybciej się otworzyć. Ta sama rezystancja wydłuża czas ładowania pierwszego kondensatora C1. Ale rezystancje kolektora R1, R4 są obciążeniem i nie mają specjalnego wpływu na częstotliwość generowania impulsów.

Jako praktyczne wprowadzenie proponuję zmontować, w tym samym artykule rozważany jest również projekt na trzech tranzystorach.

obwód multiwibratora na tranzystorach w projekcie flashera noworocznego

Zajmijmy się działaniem asymetrycznego multiwibratora na dwóch tranzystorach na przykładzie prostego domowego obwodu amatorskiego radia, który wydaje dźwięk odbijającej się metalowej kulki. Obwód działa w następujący sposób: w miarę rozładowywania się pojemności C1 zmniejsza się objętość uderzeń. Całkowity czas trwania dźwięku zależy od wartości C1, a kondensator C2 ustawia czas trwania przerw. Tranzystory mogą być absolutnie dowolnego typu p-n-p.

Istnieją dwa rodzaje multiwibratorów domowej mikrokonstrukcji - samooscylujące (GG) i oczekujące (AG).

Samooscylacja generuje okresową sekwencję prostokątnych impulsów. Ich czas trwania i okres powtarzania określają parametry elementy zewnętrzne rezystancji i pojemności lub poziomu napięcia sterującego.

Na przykład domowe mikroukłady samooscylujących MV są 530GG1, K531GG1, KM555GG2 jeszcze dokładna informacja znajdziecie na nich i wiele innych np. w Yakubovsky S.V. Cyfrowe i analogowe układy scalone lub układy scalone oraz ich zagraniczne odpowiedniki. Podręcznik w 12 tomach pod redakcją Nefedov

Dla oczekujących MW czas trwania generowanego impulsu jest również ustalany przez charakterystykę dołączonych elementów radiowych, a okres powtarzania impulsu jest ustalany przez okres powtarzania impulsów wyzwalających odbieranych na osobnym wejściu.

Przykłady: K155AG1 zawiera jeden multiwibrator w trybie gotowości, który generuje pojedyncze prostokątne impulsy o dobrej stabilności czasu trwania; 133AG3, K155AG3, 533AG3, KM555AG3, KR1533AG3 zawiera dwa rezerwowe SN, które tworzą pojedyncze prostokątne impulsy napięciowe o dobrej stabilności; 533AG4, KM555AG4 dwa oczekujące SN, które tworzą pojedyncze prostokątne impulsy napięciowe.

Bardzo często w praktyce radioamatorskiej wolą nie wyspecjalizowane mikroukłady, ale montują je na elementach logicznych.

Najprostszy obwód multiwibratora na elementach logicznych AND-NOT pokazano na poniższym rysunku. Ma dwa stany: w jednym stanie DD1.1 jest zablokowany, a DD1.2 jest otwarty, w drugim wszystko jest odwrotnie.

Na przykład, jeśli DD1.1 jest zamknięty, DD1.2 jest otwarty, wówczas pojemność C2 jest ładowana przez prąd wyjściowy DD1.1 przechodzący przez rezystancję R2. Napięcie na wejściu DD1.2 jest dodatnie. Utrzymuje otwarte DD1.2. Gdy pojemność C2 ładuje się, prąd ładowania maleje, a napięcie na R2 spada. W momencie osiągnięcia poziomu progowego DD1.2 zaczyna się blokować, a jego potencjał na wyjściu wzrasta. Wzrost tego napięcia jest przekazywany przez C1 do wyjścia DD1.1, to ostatnie otwiera się i rozwija się proces odwrotny, kończący się całkowitym zablokowaniem DD1.2 i odblokowaniem DD1.1 - przejściem urządzenia do drugiego niestabilny stan. Teraz C1 będzie ładowany przez R1 i impedancję wyjściową układu DD1.2, a C2 przez DD1.1. W ten sposób obserwujemy typowy proces samooscylacji.

Kolejny z proste obwody, który można montować na elementach logicznych, jest prostokątnym generatorem impulsów. Ponadto taki generator będzie działał w trybie autogeneracji, podobnie jak tranzystorowy. Poniższy rysunek przedstawia generator zbudowany na jednym logicznym cyfrowym mikrozespole natywnym K155LA3

obwód multiwibratora na K155LA3

Praktyczny przykład takiej implementacji można znaleźć na stronie elektronika w projekcie dzwonka.

Rozważono praktyczny przykład realizacji działania oczekującego MW na wyzwalacz w konstrukcji optycznego wyłącznika światła na promienie IR.

Jeśli spojrzysz, cała elektronika składa się z dużej liczby pojedynczych klocków. Są to tranzystory, diody, rezystory, kondensatory, elementy indukcyjne. A z tych klocków możesz dodać wszystko, co chcesz.

Od nieszkodliwej zabawki dla dzieci, która emituje na przykład dźwięk „miau”, po system naprowadzania pocisków balistycznych z pojazdem wielokrotnego wejścia na osiem megaton.

Jednym z bardzo znanych i często stosowanych układów w elektronice jest multiwibrator symetryczny, czyli urządzenie elektroniczne, które generuje (generuje) oscylacje o kształcie zbliżonym do prostokątnego.

Multiwibrator montowany jest na dwóch tranzystorach lub obwodach logicznych z dodatkowymi elementami. W rzeczywistości jest to wzmacniacz dwustopniowy z obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego (POS). Oznacza to, że wyjście drugiego stopnia jest połączone przez kondensator z wejściem pierwszego stopnia. W efekcie wzmacniacz na skutek pozytywnego sprzężenia zwrotnego zamienia się w generator.

Aby multiwibrator zaczął generować impulsy, wystarczy podłączyć napięcie zasilania. Multiwibratory mogą być symetryczny I asymetryczny.

Rysunek przedstawia schemat symetrycznego multiwibratora.

W multiwibratorze symetrycznym wartości elementów każdego z dwóch ramion są dokładnie takie same: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Jeśli spojrzysz na oscylogram sygnału wyjściowego symetrycznego multiwibratora, łatwo zauważyć, że prostokątne impulsy i przerwy między nimi są takie same w czasie. t impuls ( t i) = t pauz ( tp). Rezystory w obwodach kolektorów tranzystorów nie wpływają na parametry impulsów, a ich wartość dobierana jest w zależności od rodzaju zastosowanego tranzystora.

Częstość powtarzania impulsów takiego multiwibratora można łatwo obliczyć za pomocą prostego wzoru:

Gdzie f to częstotliwość w hercach (Hz), C to pojemność w mikrofaradach (uF), a R to rezystancja w kiloomach (kΩ). Na przykład: C \u003d 0,02 uF, R \u003d 39 kOhm. Wstawiamy do wzoru, wykonujemy akcje i otrzymujemy częstotliwość w zakresie audio w przybliżeniu równą 1000 Hz, a raczej 897,4 Hz.

Sam w sobie taki multiwibrator jest nieciekawy, ponieważ wydaje jedno niemodulowane „piknięcie”, ale jeśli wybierzemy z elementami częstotliwość 440 Hz, a to jest nuta A pierwszej oktawy, to otrzymamy miniaturowy kamerton , za pomocą którego można na przykład nastroić gitarę podczas wędrówki. Jedyne, co trzeba zrobić, to dodać pojedynczy stopień wzmacniacza tranzystorowego i miniaturowy głośnik.

Za główne cechy sygnału impulsowego uważa się następujące parametry:

Częstotliwość. Jednostka miary (Hz) Herc. 1 Hz to jedna oscylacja na sekundę. Częstotliwości odbierane przez ludzkie ucho mieszczą się w zakresie 20 Hz - 20 kHz.

Czas trwania impulsu. Mierzone w ułamkach sekundy: mile, mikro, nano, pico i tak dalej.

Amplituda. W rozważanym multiwibratorze regulacja amplitudy nie jest zapewniona. W urządzeniach profesjonalnych zarówno schodkowych jak i płynna regulacja amplituda.

cykl pracy. Stosunek okresu (T) do czasu trwania impulsu ( T). Jeśli długość impulsu wynosi 0,5 okresu, cykl pracy wynosi dwa.

W oparciu o powyższy wzór łatwo jest obliczyć multiwibrator dla prawie każdej częstotliwości, z wyjątkiem wysokich i ultrawysokich częstotliwości. Działa kilka innych fizycznych zasad.

Aby multiwibrator dawał kilka dyskretnych częstotliwości, wystarczy umieścić dwusekcyjny przełącznik i pięć do sześciu kondensatorów o różnej pojemności, oczywiście takich samych w każdym ramieniu, i za pomocą przełącznika wybrać żądaną częstotliwość. Rezystory R2, R3 również wpływają na częstotliwość i cykl pracy i mogą być zmienne. Oto kolejny obwód multiwibratora z regulowaną częstotliwością przełączania.

Zmniejszenie rezystancji rezystorów R2 i R4 poniżej określonej wartości w zależności od rodzaju zastosowanych tranzystorów może spowodować awarię generacji i multiwibrator nie będzie działał, dlatego szeregowo z rezystorami R2 i R4 można podłączyć rezystor zmienny R3, który może wybrać częstotliwość przełączania multiwibratora.

Praktyczne zastosowanie multiwibratora symetrycznego jest bardzo obszerne. Pulsacyjna technologia komputerowa, radiowy sprzęt pomiarowy w produkcji sprzęt AGD. Wiele unikalnych urządzeń medycznych zbudowanych jest na obwodach opartych na tym samym multiwibratorze.

Ze względu na wyjątkową prostotę i niski koszt multiwibrator znalazł szerokie zastosowanie w zabawkach dla dzieci. Oto przykład konwencjonalnego migacza LED.

Przy wartościach kondensatorów elektrolitycznych C1, C2 i rezystorów R2, R3 wskazanych na wykresie częstotliwość impulsów wyniesie 2,5 Hz, co oznacza, że ​​diody LED będą migać około dwa razy na sekundę. Możesz użyć zaproponowanego powyżej obwodu i dołączyć rezystor zmienny wraz z rezystorami R2, R3. Dzięki temu będzie można zobaczyć, jak zmieni się częstotliwość błysków diod LED, gdy zmieni się rezystancja rezystora zmiennego. Możesz umieścić kondensatory o różnych wartościach i obserwować wynik.

Będąc jeszcze uczniem, zmontowałem przełącznik girlandy choinkowej na multiwibratorze. Wszystko się udało, ale kiedy podłączyłem girlandy, moje urządzenie zaczęło je przełączać z bardzo wysoką częstotliwością. Z tego powodu w sąsiednim pokoju telewizor zaczął pokazywać z dzikim szumem, a przekaźnik elektromagnetyczny w obwodzie trzeszczał jak karabin maszynowy. To było zarówno radosne (działa!), jak i trochę przerażające. Rodzice byli oburzeni.

Taka irytująca pomyłka ze zbyt częstym przełączaniem nie dawała mi spokoju. Sprawdziłem obwód i kondensatory w wartości nominalnej były tymi, które były potrzebne. Nie brałem pod uwagę tylko jednego.

Kondensatory elektrolityczne były bardzo stare i wyschnięte. Ich pojemność była niewielka i wcale nie odpowiadała tej wskazanej w ich przypadku. Ze względu na małą pojemność multiwibrator pracował z wyższą częstotliwością i zbyt często przełączał girlandy.

W tym czasie nie miałem żadnych przyrządów, które mogłyby zmierzyć pojemność kondensatorów. Tak, a ja użyłem testera ze wskaźnikiem, a nie nowoczesnego multimetru cyfrowego.

Dlatego jeśli twój multiwibrator wytwarza zawyżoną częstotliwość, najpierw sprawdź kondensatory elektrolityczne. Na szczęście teraz za niewielkie pieniądze można kupić uniwersalny tester komponentów radiowych, za pomocą którego można zmierzyć pojemność kondensatora.

Multiwibrator - urządzenie do tworzenia oscylacji niesinusoidalnych. Wyjściem jest dowolny przebieg inny niż sinusoidalny. Częstotliwość sygnału w multiwibratorze zależy od rezystancji i pojemności, a nie od indukcyjności i pojemności. Multiwibrator składa się z dwóch stopni wzmacniacza, wyjście każdego stopnia jest podawane na wejście innego stopnia.

Zasada działania multiwibratora

Multiwibrator może wytworzyć prawie dowolny przebieg, w zależności od dwóch czynników: rezystancji i pojemności każdego z dwóch stopni wzmacniacza oraz miejsca, z którego w obwodzie pobierane jest wyjście.

Na przykład, jeśli rezystancja i pojemność dwóch stopni są równe, jeden stopień przewodzi 50% czasu, a drugi stopień przewodzi 50% czasu. W celu omówienia multiwibratorów w tej sekcji zakłada się, że rezystancja i pojemność obu stopni są równe. Gdy takie warunki istnieją, sygnałem wyjściowym jest fala prostokątna.

Multiwibratory bistabilne (lub „klapki”) mają dwa stabilne stany. W stanie ustalonym jeden z dwóch stopni wzmacniacza jest w stanie przewodzenia, podczas gdy drugi stopień nie. Aby przejść z jednego stabilnego stanu do drugiego, multiwibrator bistabilny musi przejść sygnał zewnętrzny.

Ten zewnętrzny sygnał nazywany jest zewnętrznym impulsem wyzwalającym. Inicjuje przejście multiwibratora z jednego stanu do drugiego. Potrzebny jest kolejny impuls wyzwalający, aby przywrócić obwód do jego stanu stan początkowy. Te impulsy wyzwalające nazywane są „startem” i „restartem”.

Oprócz bistabilnego multiwibratora istnieje również multiwibrator monostabilny, który ma tylko jeden stan ustalony, oraz multiwibrator astabilny, który nie ma stanu ustalonego.

Multiwibrator (z łac. bardzo się waham) to nieliniowe urządzenie, które przekształca stałe napięcie zasilania w prawie prostokątną energię impulsu. Multiwibrator oparty jest na wzmacniaczu z dodatnim sprzężeniem zwrotnym.

Istnieją samooscylujące i oczekujące multiwibratory. Rozważmy pierwszy typ.

Na ryc. 1 przedstawia uogólniony obwód wzmacniacza sprzężenia zwrotnego.

Obwód zawiera wzmacniacz ze złożonym wzmocnieniem k=Ke-ik, obwód OOS ze wzmocnieniem m oraz układ PIC ze złożonym wzmocnieniem B=e-i. Z teorii generatorów wiadomo, że dla wystąpienia oscylacji przy dowolnej częstotliwości konieczne jest spełnienie warunku Bk>1. Impulsowy sygnał okresowy zawiera zestaw częstotliwości, które tworzą widmo liniowe (patrz 1. wykład). To. do generowania impulsów konieczne jest spełnienie warunku Bk>1 nie na jednej częstotliwości, ale w szerokim paśmie częstotliwości. Co więcej, im krótszy impuls i przy krótszych frontach, wymagany jest sygnał do odbioru, dla szerszego pasma częstotliwości wymagany jest warunek Vk>1. Podany warunek dzieli się na dwa:

warunek zrównoważenia amplitud - moduł całkowitego współczynnika przenoszenia generatora musi przekraczać 1 w szerokim zakresie częstotliwości - K>1;

warunek równowagi faz - całkowite przesunięcie fazowe oscylacji w obwodzie zamkniętym generatora w tym samym zakresie częstotliwości musi być wielokrotnością 2 - do + = 2n.

Jakościowo proces gwałtownego wzrostu napięcia przebiega następująco. Niech w pewnym momencie, w wyniku wahań, napięcie na wejściu generatora wzrośnie o mała kwota ty. W wyniku spełnienia obu warunków generacji na wyjściu urządzenia pojawi się przyrost napięcia: uout = Inkin > uin, który jest przekazywany na wejście w fazie z początkowym uin. W związku z tym wzrost ten doprowadzi do dalszego wzrostu napięcia wyjściowego. Następuje lawinowy proces wzrostu napięcia w szerokim zakresie częstotliwości.

Zadanie zbudowania praktycznego obwodu generatora impulsów sprowadza się do podania na wejście wzmacniacza szerokopasmowego części sygnału wyjściowego o różnicy faz =2. Ponieważ jeden wzmacniacz rezystancyjny przesuwa fazę napięcia wejściowego o 1800, to przy użyciu dwóch wzmacniaczy połączonych szeregowo, warunek równowagi faz może być spełniony. Warunek równowagi amplitudy będzie w tym przypadku wyglądał tak:

Jeden z możliwych schematów implementujących tę metodę pokazano na rys.2. Jest to obwód samooscylującego multiwibratora z połączeniami kolektor-podstawa. Obwód wykorzystuje dwa stopnie wzmacniające. Wyjście jednego wzmacniacza jest połączone z wejściem drugiego przez kondensator C1, a wyjście tego ostatniego jest połączone z wejściem pierwszego przez kondensator C2.

Jakościowo rozważamy działanie multiwibratora za pomocą wykresów napięcia czasowego (wykresów) pokazanych na ryc. 3.

Niech multiwibrator przełączy się w czasie t=t1. Tranzystor VT1 wchodzi w tryb nasycenia, a VT2 - w tryb odcięcia. Od tego momentu rozpoczynają się procesy ładowania kondensatorów C1 i C2. Do momentu t1 kondensator C2 był całkowicie rozładowany, a C1 był ładowany do napięcia zasilania Ep (biegunowość ładowanych kondensatorów pokazano na rys. 2). Po odblokowaniu VT1 zaczyna ładować ze źródła En przez rezystor Rk2 i bazę odblokowanego tranzystora VT1. Kondensator jest ładowany prawie do napięcia zasilania En ze stałym ładowaniem

zar2 = С2Rк2

Ponieważ C2 jest podłączony równolegle do VT2 przez otwarty VT1, szybkość jego ładowania określa szybkość zmian napięcia wyjściowego Uout2.

t2-t1= С2Rк2ln102,3С2Rк2

Równolegle z ładowaniem C2 (począwszy od momentu t1) następuje ponowne ładowanie kondensatora C1. Jego ujemne napięcie przyłożone do bazy VT2 utrzymuje zablokowany stan tego tranzystora. Kondensator C1 jest ładowany przez układ: En, rezystor Rb2, C1, E-K otwarte tranzystor VT1. przypadek ze stałą czasową

razr1 \u003d C1Rb2

Ponieważ Rb >> Rk, to ładunek<<разр. Следовательно, С2 успевает зарядиться до Еп пока VT2 еще закрыт. Процесс перезарядки С1 заканчивается в момент времени t5, когда UC1=0 и начинает открываться VT2 (для простоты считаем, что VT2 открывается при Uбє=0). Можно показать, что длительность перезаряда С1 равна:

t3-t1 = 0,7C1Rb2

W chwili t3 pojawia się prąd kolektora VT2, napięcie Uke2 spada, co prowadzi do zamknięcia VT1 i odpowiednio do wzrostu Uke1. Ten wzrost napięcia jest przesyłany przez C1 do bazy VT2, co pociąga za sobą dodatkowe otwarcie VT2. Tranzystory przechodzą w tryb aktywny, następuje proces lawinowy, w wyniku którego multiwibrator przechodzi w inny stan quasi-stacjonarny: VT1 jest zamknięty, VT2 jest otwarty. Czas trwania przewracania się multiwibratora jest znacznie krótszy niż wszystkich innych stanów nieustalonych i można go uznać za równy zero.

Od momentu t3 procesy w multiwibratorze będą przebiegały podobnie do opisanego, wystarczy jedynie zamienić indeksy elementów obwodu.

Zatem czas trwania czoła impulsu jest określony przez procesy ładowania kondensatora sprzęgającego i jest liczbowo równy:

Czas trwania multiwibratora w stanie quasi-stabilnym (czas trwania impulsu i przerwy) jest określony przez proces rozładowywania kondensatora sprzęgającego przez rezystor podstawowy i jest liczbowo równy:

Przy symetrycznym obwodzie multiwibratora (Rk1 = Rk2 = Rk, Rb1 = Rb2 = Rb, C1 = C2 = C) czas trwania impulsu jest równy czasowi trwania przerwy, a okres powtarzania impulsu jest równy:

T \u003d u + n \u003d 1,4CRb

Porównując czas trwania impulsu i przodu, należy wziąć pod uwagę, że Rb / Rk \u003d h21e / s (h21e dla nowoczesnych tranzystorów wynosi 100, a s2). Dlatego czas narastania jest zawsze krótszy niż czas trwania impulsu.

Częstotliwość napięcia wyjściowego multiwibratora symetrycznego nie zależy od napięcia zasilania i jest określana jedynie przez parametry obwodu:

Aby zmienić czas trwania impulsów i okres ich powtarzania, konieczne jest zróżnicowanie wartości Rb i C. Ale tutaj możliwości są niewielkie: granice zmiany Rb są ograniczone z większej strony potrzebą aby utrzymać otwarty tranzystor, po mniejszej stronie - płytkie nasycenie. Trudno jest płynnie zmieniać wartość C nawet w niewielkich granicach.

Aby znaleźć wyjście z trudności, przejdźmy do okresu czasu t3-t1 na ryc. 2. Z rysunku widać, że określony przedział czasu, a w konsekwencji czas trwania impulsu, można regulować, zmieniając nachylenie bezpośredniego rozładowania kondensatora. Można to osiągnąć podłączając rezystory bazowe nie do zasilania, ale do dodatkowego źródła napięcia Ecm (patrz rys. 4). Wtedy kondensator ma tendencję do ładowania się nie do En, ale do Esm, a stromość wykładnika zmieni się wraz ze zmianą Esm.

Impulsy generowane przez rozważane obwody mają długi czas narastania. W niektórych przypadkach ta wartość staje się nie do zaakceptowania. Aby skrócić f, do obwodu wprowadza się kondensatory odcinające, jak pokazano na rys. 5. Kondensator C2 jest ładowany w tym obwodzie nie przez Rz, ale przez Rd. Dioda VD2, pozostając zwarta, „odcina” napięcie na C2 od wyjścia, a napięcie na kolektorze wzrasta niemal równocześnie z zamknięciem tranzystora.

W multiwibratorach jako element aktywny można zastosować wzmacniacz operacyjny. Samooscylujący multiwibrator na wzmacniaczu operacyjnym pokazano na ryc. 6.

Jednostka organizacyjna jest pokryta dwoma obwodami systemu operacyjnego: dodatnim

i negatywne

Xc/(Xc+R) = 1/(1+wRC).

Niech generator zostanie włączony w czasie t0. Na wejściu odwracającym napięcie wynosi zero, na wejściu nieodwracającym jest równie prawdopodobne, że jest dodatnie lub ujemne. Dla pewności bierzemy pozytywy. Ze względu na POS na wyjściu zostanie ustawione maksymalne możliwe napięcie - Uout m. Czas ustalania tego napięcia wyjściowego jest określony przez właściwości częstotliwości wzmacniacza operacyjnego i można go ustawić na zero. Począwszy od momentu t0, kondensator C będzie ładowany ze stałą czasową =RC. Aż do czasu t1, Ud = U+ - U- >0, a dodatnie Uoutm jest utrzymywane na wyjściu wzmacniacza operacyjnego. W t=t1, gdy Ud = U+ - U- = 0, napięcie wyjściowe wzmacniacza zmieni polaryzację na - Uout m. Po chwili t1 pojemność C jest ponownie ładowana, dążąc do poziomu - Uoutm. Do chwili t2 Ud = U+ - U-< 0, что обеспечивает квазиравновесное состояние системы, но уже с отрицательным выходным напряжением. Т.о. изменение знака Uвых происходит в моменты уравнивания входных напряжений на двух входах ОУ. Длительность квазиравновесного состояния системы определяется постоянной времени =RC, и период следования импульсов будет равен:

T=2RCln(1+2R2/R1).

Multiwibrator pokazany na ryc. 6 nazywa się symetrycznym, ponieważ. czasy dodatniego i ujemnego napięcia wyjściowego są równe.

Aby uzyskać asymetryczny multiwibrator, rezystor w OOS należy zastąpić obwodem, jak pokazano na ryc. 7. Różny czas trwania impulsów dodatnich i ujemnych wynika z różnych stałych czasowych pojemności ładowania:

R „C, - \u003d R” C.

Multiwibrator wzmacniacza operacyjnego można łatwo przekształcić w pojedynczy wibrator lub multiwibrator w trybie gotowości. Najpierw w obwodzie OOS, równolegle do C, podłączamy diodę VD1, jak pokazano na ryc. 8. Dzięki diodzie układ ma jeden stabilny stan, gdy napięcie wyjściowe jest ujemne. Rzeczywiście, ponieważ Uout = - Uout m, wtedy dioda jest otwarta, a napięcie na wejściu odwracającym jest w przybliżeniu równe zeru. Podczas gdy napięcie na wejściu nieodwracającym wynosi

U+ =- Uwyj m R2/(R1+R2)

i utrzymywany jest stabilny stan obwodu. Aby wygenerować jeden impuls, do obwodu należy dodać obwód wyzwalający składający się z diody VD2, C1 i R3. Dioda VD2 jest utrzymywana w stanie zamkniętym i może być otwarta tylko przez dodatni impuls wejściowy, który dociera do wejścia w czasie t0. Wraz z otwarciem diody znak zmienia się i obwód przechodzi w stan z dodatnim napięciem na wyjściu. Uwy = Uwy m. Następnie kondensator C1 zaczyna się ładować ze stałą czasową =RC. W czasie t1 porównuje się napięcia wejściowe. U- \u003d U + \u003d Uout m R2 / (R1 + R2) i \u003d 0. W następnej chwili sygnał różnicowy staje się ujemny i obwód powraca do stanu ustalonego. Schematy pokazano na ryc. dziewięć.

Stosowane są schematy oczekiwania multiwibratorów na elementach dyskretnych i logicznych.

Schemat rozważanego multiwibratora jest podobny do rozważanego wcześniej.