Мультивибратор на транзисторах. Описание работы. Мультивибратор: подробно простым языком Высокочастотный мультивибратор на транзисторах своими руками

МУЛЬТИВИБРАТОР

Мультивибратор. С этой схемы, уверен, многие начинали свою радиолюбительскую деятельность. Это так-же была и моя первая схема - кусок фанеры, пробитые гвоздями дырки, выводы деталей скручены проволокой за неимением паяльника. И всё прекрасно заработало!

В качестве нагрузки используются светодиоды. Когда мультивибратор работает - светодиоды переключаются.

Для сборки потребуется минимум деталей. Вот список:

1. - Резисторы 500 Ом - 2 штуки
2. - Резисторы 10 кОм - 2 штуки
3. - Конденсатор электролитический 1 мкФ на 16 вольт - 2 штуки
4. - Транзистор КТ972А - 2 штуки (пойдут также КТ815 или КТ817), можно и КТ315, если ток не более 25ма.
5. - Светодиод - 2 штуки любые
6. - Питание от 4.5 до 15 вольт.

На рисунке показано в каждом канале по одному светодиоду, но можно включать параллельно по несколько штук. Или последовательно (цепочкой 5 штук) , но тогда питание не меньше 15 вольт.

Транзисторы КТ972А являются составными транзисторами, то есть в их корпусе имеется два транзистора, и он обладает высокой чувствительностью и выдерживает значительный ток без теплоотвода.

Для проведения опытов не стоит делать печатную плату, можно собрать всё навесным монтажом. Спаивай так, как показано на рисунках.

Рисунки специально сделаны в разных ракурсах и можно подробно рассмотреть все детали монтажа.

Мигалка на светодиодах или как собрать симметричный мультивибратор своими руками. Схема симметричного мультивибратора обязательно изучается и собирается в кружках электроники. Схема мультивибратора одна из самых известных и часто применяемых в различных электронных конструкциях. Симметричный мультивибратор при работе генерирует колебания по форме приближающиеся к прямоугольной. Простота мультивибратора обусловлена его конструкцией — это всего два транзистора и несколько дополнительных элементов. Мастер предлагает вам собрать свою первую электронную схему мигалку на светодиодах. Что бы не быть разочарованным в случае неудачи, ниже представлена подробная пошаговая инструкция по сборке своими руками мультивибратора мигалки на светодиодах с фото и видео иллюстрациями.

Как собрать мигалку на светодиодах своими руками

Немного теории. Мультивибратор это по сути двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1 и VT2 с цепью положительной обратной связи через электролитический конденсатор С2 между каскадами усиления на транзисторах VT2 и VT1. Такая обратная связь превращает схему в генератор. Название симметричный мультивибратор обусловлено одинаковыми значениями пар элементов R1=R2, R3=R4, C1=C2. При таких значениях элементов мультивибратор будет генерировать импульсы и паузы между импульсами равной длительности. Частота следования импульсов задается в большей степени значениями пар R1=R2 и C1=C2. Контролировать длительность импульсов и пауз можно будет по вспышкам светодиодов. При нарушении равенства пар элементов мультивибратор становится несимметричным. Несимметричность будет обусловлена прежде всего различием в длительности импульса и длительности паузы.

Мультивибратор собирается на двух транзисторах, кроме того потребуется четыре резистора, два электролитических конденсатора и два светодиода для индикации работы мультивибратора. Задача приобретения деталей и печатной платы решается легко. Вот ссылка на покупку готового набора деталей http://ali.pub/2bk9qh . Набор включает в себя все детали, добротную печатную плату размером 28 мм × 30 мм, схему, монтажную схему и спецификацию. Ошибок расположения деталей на рисунке печатной платы практически нет.

Состав набора деталей мультивибратора

Приступим к сборке схемы, для работы потребуется маломощный паяльник, флюс для пайки, припой, бокорезы и батареи питания. Схема простая, но ее надо собрать правильно и без ошибок.

1. Ознакомьтесь с содержимым пакета. Расшифруйте по цветовому коду номиналы резисторов и установите их на плату.
2. Припаяйте резисторы и откусите выступающие остатки электродов.
3. Электролитические конденсаторы должны размещаться на плате определенным образом. В правильном размещении вам поможет монтажная схема и рисунок на плате. Электролитические конденсаторы имеют на корпусе маркировку отрицательного электрода, а положительный электрод имеет чуть большую длину. Расположение отрицательного электрода на плате находится в заштрихованной части обозначения конденсатора.
4. Установите конденсаторы на плату и припаяйте их.
5. Размещение транзисторов на плате строго по ключу.
6. Светодиоды также имеют полярность электродов. Смотрите фото. Устанавливаем и припаиваем их. Старайтесь не перегревать эту деталь при пайке. Плюс светодиода LED2 находится ближе к резистору R4 (смотрите видео).

   Светодиодыы установлены на плату мультивибратора

7. Припаяйте согласно полярности проводники питания и подайте напряжение от батарей. При напряжении питания 3 Вольта светодиоды включились вместе. После секундного разочарования, было подано напряжение от трех батарей и светодиоды начали попеременного мигать. Частота мультивибратора зависит от напряжения питания. Так как схема должна была устанавливаться в игрушку с питанием от 3 Вольт пришлось заменить резисторы R1 и R2 на резисторы номиналом 120 кОм, четкое попеременное мигание было достигнуто. Смотрите видео.

Мигалка на светодиодах — симметричный мультивибратор

Применение схемы симметричного мультивибратора весьма широко. Элементы схем мультивибратора найдутся в вычислительной технике, радиоизмерительной и медицинской аппаратуре.

Набор деталей для сборки мигалки на светодиодах можно приобрести по следующей ссылке http://ali.pub/2bk9qh . Если хотите серьезно попрактиковаться в пайке простых конструкций Мастер рекомендует приобрести комплект из 9 наборов, что здорово сэкономит ваши расходы на пересылку. Вот ссылка для покупки http://ali.pub/2bkb42 . Мастер собрал все наборы и они заработали. Успехов и роста навыков в пайке.

Простые схемы самодельных светодиодных мигалок на основе транзисторных мультивибраторов. На рисунке 1 показана схема мультивибратора, переключающего два светодиода. Светодиоды мигают поочередно, то есть, когда горит HL1, светодиод НL2 не горит, а наоборот.

Можно вмонтировать схему в ёлочную игрушку. Когда включено питание игрушка будет мигать. Если светодиоды будут разного цвета, то игрушка будет одновременно с миганием и менять цвет свечения.

Частоту мигания можно изменять подбором сопротивлений резисторов R2 и R3, кстати, если эти резисторы будут не одинаковых сопротивлений можно добиться того, что один светодиод будет светиться дольше другого.

Но, двух светодиодов для даже самой маленькой настольной ёлочки как-то маловато. На рисунке 2 показана схема, переключающая две гирлянды по три светодиода. Светодиодов стало больше, больше и напряжение, необходимое для их питания. Поэтому теперь источник не 5-вольтовый, а 9-вольтовый (или 12-вольтовый).

Рис.1. Схема самой простой мигалки на светодиодах и транзисторах.

Рис.2. Схема простой мигалки на шести светодиодах и двух транзисторах.

Рис. 3. Схема светодиодной мигалкис мощными выходами для нагрузки.

В качестве источника питания можно использовать блок питания от старой телеигровой приставки вроде «Денди» или купить в магазине недорогой «сетевой адаптер» с выходным напряжением 9V или 12V.

И все же, даже шести светодиодов для домашней ёлки недостаточно. Хорошо бы увеличить число светодиодов втрое. Да и светодиоды использовать не простые, а сверх яркие. Но, если в каждой гирлянде будет уже по девять последовательно включенных светодиодов, да еще и сверх ярких, то суммарное напряжение, необходимое для их свечения будет уже 2,3Vх9=20,7V.

Плюс, еще несколько вольт необходимых для функционирования мультивибратора. При том в продаже обычно «сетевые адаптеры» из числа недорогих, не более чем на 12V.

Выйти из положения можно, если разделить светодиоды на три группы по три штуки. И группы включить параллельно. Но это приведет к возрастанию тока через транзисторы и нарушит работу мультивибратора. Впрочем, можно сделать дополнительные усилительные каскады на еще двух транзисторах (рис. 3).

Две гирлянды - хорошо, но они просто мигают поочередно. Вот если бы хотя бы три! Для такого случая существует так называемая схема «трехфазного мультивибратора». Она показана рисунке 4.

Рис.4. Схема мультивибратора на трех транзисторах.

Если в коллекторных цепях транзисторов включить светодиодные гирлянды (рис.5), получится своеобразный эффект бегущего огня. Скорость воспроизведе ния светового эффекта можно регулировать заменяя конденсаторы С1, С2 и С3 конденсаторами других емкостей. А так же заменяя резисторы R2, R4, R6 резисторами другого сопротивления. При увеличении емкости или сопротивления скорость переключения светодиодов снижается.

Рис. 5. Схема мультивибратора для получения эффекта бегущего огня.

А на рисунке 6 - умощненный вариант на 27 светодиодов. В «мигалках» по схемам на рисунках 3 и 6 можно использовать практически любые светодиоды, но все же желательно сверх яркие или супер яркие.

Рис. 6. Схема умощненного варианта мигалки на 27 светодиодах.

Монтаж можно выполнить на макетных печатных платах, которые продаются в магазинах радиодеталей. Либо вообще без плат, спаяв детали между собой.

В данной статье описано устройство предназначенное просто для того чтобы начинающий радиолюбитель (электротехник, электронщик и т.д.) смог лучше разобраться в принципиальных схемах и набраться опыта в ходе сборки данного устройства. Хотя возможно данному простейшему мультивибратору, о котором написано ниже, можно найти и практическое применение. Рассмотрим схему:

Рисунок 1 - Простейший мультивибратор на реле

При подаче питания на схему конденсатор начинает заряжаться через резистор R1, контакты K1.1 при этом разомкнуты, когда конденсатор зарядиться до некоторого напряжения реле сработает и контакты замкнуться, при замкнутых контактах конденсатор начнёт разряжаться через эти контакты и резистор R2, когда конденсатор разрядится до некоторого напряжения контакты разомкнутся и процесс дальше будет повторяться циклически. Данный мультивибратор работает по тому что ток срабатывания реле больше тока удержания. Сопротивления резисторов НЕЛЬЗЯ изменять в широких пределах и это является недостатком данной схемы. Сопротивление источника питания влияет на частоту и из за этого данный мультивибратор будет работать не от всех источников питания. Ёмкость конденсатора можно увеличивать, частота замыкания контактов при этом будет уменьшаться. Если у реле имеется вторая группа контактов и использовать огромные значения ёмкости конденсатора то можно использовать данную схему для периодического автоматического включения/выключения приборов. Процесс сборки показан на фотографиях ниже:

Присоединение резистора R2

Присоединение конденсатора

Присоединение резистора R1

Соединение контактов реле с его обмоткой

Присоединение проводов для подачи питания

Реле можно купить в магазине радиодеталей или достать из старой сломанной техники например можно выпаивать реле из плат от холодильников:

Если у реле плохие контакты то их можно немного почистить.

Мультивибратор (от латинского много колеблю) - нелинейное устройство, преобразующее постоянное напряжение питания в энергию импульсов почти прямоугольной формы. В основе мультивибратора лежит усилитель с положительной обратной связью.

Различают мультивибраторы автоколебательные и ждущие. Рассмотрим первый тип.

На рис. 1 приведена обобщенная схема усилителя с обратными связями.

Схема содержит усилитель с комплексным коэффициентом усиления к=Ке-iк, цепь ООС с коэффициентом передачи m, и цепь ПОС с комплексным коэффициентом передачи В=е-i. Из теории генераторов известно, что для возникновения колебаний на какой-либо частоте необходимо что бы на ней выполнялось условие Вк>1. Импульсный периодический сигнал содержит совокупность частот, образующих линейчатый спектр (см.1-ю лекцию). Т.о. для генерации импульсов необходимо выполнения условия Вк>1не на одной частоте, а в широкой полосе частот. Причем, чем более короткий импульс и с более короткими фронтами сигнал требуется получить, для более широкой полосы частот требуется выполнения условия Вк>1. Приведенное условие распадается на два:

условие баланса амплитуд - модуль общего коэффициента передачи генератора должен превышать 1 в широком диапазоне частот - К>1;

условие баланса фаз - суммарный сдвиг фаз колебаний в замкнутом контуре генератора в том же диапазоне частот должен быть кратен 2 - к + =2n.

Качественно процесс скачкообразного роста напряжения происходит следующим образом. Пусть в некоторый момент времени в результате флюктуаций напряжение на входе генератора возросло на малую величину u. В результате выполнения обоих условий генерации на выходе устройства появится приращение напряжения: uвых=Вкuвх >uвх, которое передается на вход в фазе с исходным uвх. Соответственно это увеличение приведет к дальнейшему возрастанию выходного напряжения. Происходит лавинообразный процесс роста напряжения в широком диапазоне частот.

Задача построения практической схемы генератора импульсов сводится к подаче на вход широкополосного усилителя части выходного сигнала с разностью фаз =2. Поскольку один резистивный усилитель сдвигает фазу входного напряжения на 1800, то применяя два последовательно соединенных усилителя, можно удовлетворить условию баланса фаз. Условие баланса амплитуд будет выглядеть в этом случае следующим образом:

Одна из возможных схем, реализующий указанный метод, приведена на рис.2. Это схема автоколебательного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями. В схеме используются два усилительных каскада. Выход одного усилителя связан со входом второго конденсатором С1, а выход последнего связан со входом первого - конденсатором С2.

Качественно работу мультивибратора рассмотрим с использованием временных диаграмм напряжений (эпюр), приведенных на рис. 3.

Пусть в момент времени t=t1 происходит переключение мультивибратора. Транзистор VT1 попадает в режим насыщения, а VT2 - в режим отсечки. С этого момента начинаются процессы перезарядки конденсаторов С1 и С2. До момента t1 конденсатор С2 был полностью разряжен, а С1 заряжен до напряжения питания Еп (полярность заряженных конденсаторов указана на рис.2). После отпирания VT1 начинается его зарядка от источника Еп через резистор Rк2 и базу отпертого транзистора VT1. Конденсатор заряжается практически до напряжения питания Еп с постоянной заряда

зар2 = С2Rк2

Поскольку С2 через открытый VT1 подсоединен параллельно VT2, то скорость его зарядки определяет скорость изменения выходного напряжения Uвых2.. Полагая процесс зарядки законченным когда Uвых2 = 0,9Uп, легко получить длительность

t2-t1= С2Rк2ln102,3С2Rк2

Одновременно зарядке С2 (начиная с момента t1) происходит перезарядка конденсатора С1. Его отрицательное напряжение, приложенное к базе VT2, поддерживает запертое состояние этого транзистора. Конденсатор С1 перезаряжается по цепи: Еп, резистор Rб2, С1, Э-К открытого транзистора VT1. корпус с постоянной времени

разр1 = С1Rб2

Так как Rб >>Rк, то и зар<<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 = 0,7C1Rб2

В момент времени t3 появляется коллекторный ток VT2, падает напряжение Uкэ2, что приводит к призакрыванию VT1 и, соответственно, к росту Uкэ1. Это приращение напряжение через С1 передается в базу VT2, что влечет дополнительное открытие VT2. Транзисторы переходят в активный режим, возникает лавинообразный процесс, в результате которого мультивибратор переходит в другое квазистационарное состояние: VT1 закрыт, VT2 - открыт. Длительность опрокидывания мультивибратора намного меньше всех других переходных процессов и ее можно считать равным нулю.

С момента t3 процессы в мультивибраторе пойдут аналогично описанному, следует лишь поменять местами индексы у элементов схемы.

Таким образом, длительность фронта импульса определяется процессами заряда конденсатора связи и численно равна:

Длительность нахождения мультивибратора в квазиустойчивом состоянии (длительность импульса и паузы) определяется процессом разряда конденсатора связи через базовый резистор и численно равна:

При симметричной схеме мультивибратора (Rк1 =Rк2 =Rк, Rб1 =Rб2 =Rб, С1=С2=С) длительность импульса равна длительности паузы, и период следования импульсов равен:

Т = и + п =1,4CRб

Сравнивая длительности импульса и фронта необходимо учесть, что Rб/Rк=h21э/s (h21э для современных транзисторов 100, а s2). Следовательно, длительность фронта всегда меньше длительности импульса.

Частота выходного напряжения симметричного мультивибратора не зависит от напряжения питания и определяется только параметрами схемы:

Для изменения длительности импульсов и периода их следования нужно варьировать величины Rб и С. Но возможности здесь невелики: пределы изменения Rб ограничены сбольшей стороны необходимостью сохранения открытого транзистора, с меньшей стороны - неглубокого насыщения. Изменять плавно величину С затруднительно даже в малых пределах.

Чтобы найти выход из затруднения обратимся к периоду времени t3-t1 на рис. 2. Из рисунка видно, что указанный интервал времени, а, следовательно, и длительность импульса можно регулировать изменяя наклон прямой разряда конденсатора. Этого можно добиться, подключая базовые резисторы не к источнику питания, а к дополнительному источнику напряжения Есм (см. рис. 4). Тогда конденсатор стремится перезарядиться не к Еп, а к Есм и крутизна экспоненты будет изменяться с изменением Есм.

Импульсы, генерируемые рассмотренными схемами, имеют большую длительность фронта. В ряде случаев эта величина становится неприемлемой. Для укорачивания ф в схему вводят отсекающие конденсаторы, как показано на рис.5. Конденсатор С2 заряжается в этой схеме не через Rз, а через Rд. Диод VD2, оставаясь закрытым, «отсекает» напряжение на С2 от выхода и напряжение на коллекторе возрастает практически одновременно с закрытием транзистора.

В мультивибраторах в качестве активного элемента можно использовать операционный усилитель. Автоколебательный мультивибратор на ОУ изображен на рис. 6.

ОУ охвачен двумя цепями ОС: положительной

и отрицательной

Хс/(Хс+R) = 1/(1+wRC).

Пусть генератор был включен в момент t0. На инвертирующем входе напряжение равно нулю, на неинвертирующем - равновероятно положительное или отрицательное. Для определенности возьмем положительное. За счет ПОС на выходе установится максимально возможное напряжение - Uвых m. Время установления этого выходного напряжения определяется частотными свойствами ОУ и можно положить его равным нулю. Начиная с момента t0 конденсатор С будет заряжаться с постоянной времени =RC. До момента времени t1 Uд = U+ - U- >0, и на выходе ОУ удерживается положительное Uвыхm. При t=t1 , когда Uд = U+ - U- = 0 выходное напряжение усилителя изменит свою полярность на - Uвых m. После момента t1 емкость С перезаряжается, стремясь к уровню - Uвых m. До момента t2 Uд = 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:

Т=2RCln(1+2R2/R1).

Мультивибратор, приведенный на рис.6 называется симметричным, т.к. времена положительного и отрицательного выходных напряжений равны.

Для получения несимметричного мультивибратора следует резистор в ООС заменить на схему, как показано на рис. 7. Разная длительность положительного и отрицательного импульсов обеспечена разными постоянными времени перезаряда емкостей:

R"C, - = R”C.

Мультивибратор на ОУ легко превратить в одновибратор или ждущий мультивибратор. Во-первых, в цепи ООС параллельно С подсоединим диод VD1, как показано на рис.8. Благодаря диоду схема имеет одно устойчивое состояние, когда напряжение на выходе отрицательно. Действительно, т.к. Uвых = - Uвых m, то диод открыт и напряжение на инвертирующем входе примерно равно нулю. В то время как напряжение на неинвертирующем входе равно

U+ =- Uвых m R2/(R1+R2)

и сохраняется устойчивое состояние схемы. Для генерации одного импульса в схему следует добавить цепь запуска, состоящую из диодаVD2, С1 и R3. Диод VD2 поддерживается в закрытом состоянии и может открыться только положительным входным импульсом, пришедшим на вход в момент времени t0. С открытием диода меняется знак и схема переходит в состояние с положительным напряжением на выходе. Uвых = Uвых m. После этого конденсатор С1 начинает заряжаться с постоянной времени =RC. В момент времени t1 напряжения на входя сравниваются. U- = U+ = Uвых m R2/(R1+R2) и =0. В следующий момент дифференциальный сигнал становится отрицательным и схема возвращается в устойчивое состояние. Эпюры приведены на рис. 9.

Применяются схемы ждущих мультивибраторов на дискретных и логических элементах.

Схема рассматриваемого мультивибратора аналогична рассмотренной ранее.