Принцип работы мультивибратора на транзисторах. Светодиодная мигалка — мультивибратор. Принцип действия мультивибратора на видео c объяснением

Здравствуйте дорогие друзья и все читатели моего блога сайт. Сегодняшний пост будет о простом но интересном устройстве. Сегодня мы рассмотрим, изучим и соберем светодиодную мигалку, в основе которой лежит простой генератор прямоугольных импульсов — мультивибратор.

Заходя на свой бложик, мне всегда хочется сделать что-нибудь эдакое, что-то такое, что сделает сайт запоминающимся. Так что представляю вашему вниманию новую «секретную страницу» на блоге.

Эта страница отныне носит название — «Это интересно».

Вы наверное спросите: «Как же ее найти?» А очень просто!

Вы наверное заметили, что на блоге появился некий отслаивающийся уголок с надписью «Скорей сюда».

Причем стоит только подвести курсор мыши к этой надписи, как уголок начинает еще больше отслаиваться, обнажая надпись — ссылку «Это интересно».

Ведет на секретную страницу, где вас ждет небольшой, но приятный сюрприз — подготовленный мной подарок. Более того, в дальнейшем на этой странице будут размещаться полезные материалы, радиолюбительский софт и что-нибудь еще — пока еще не придумал. Так что, периодически заглядывайте за уголок — вдруг я что-то там припрятал.

Ладно, немножко отвлекся, теперь продолжим…

Вообще схем мультивибраторов существует много, но наиболее популярная и обсуждаемая это схема нестабильного симметричного мультивибратора. Обычно ее изображают таким образом.

Вот к примеру эту мультивибраторную мигалку я спаял гдето год назад из подручных деталек и как видите — мигает. Мигает несмотря на корявый монтаж, выполненный на макетной плате.

Эта схема рабочая и неприхотливая. Нужно лишь определиться как же она работает?

Принцип работы мультивибратора

Если собрать эту схемку на макетной плате и замерить напряжение мультиметром между эмиттером и коллектором, то что мы увидим? Мы увидим, что напряжение на транзисторе то поднимается почти до напряжения источника питания, то падает до нуля. Это говорит о том, что транзисторы в этой схеме работают в ключевом режиме. Замечу, что когда один транзистор открыт, второй обязательно закрыт.

Переключение транзисторов происходит следующим образом.

Когда один транзистор открыт, допустим VT1, происходит разрядка конденсатора C1. Конденсатор С2 — напротив спокойно заряжается базовым током через R4.

Конденсатор C1 в процессе разрядки держит базу транзистора VT2 под отрицательным напряжением — запирает его. Дальнейшая разрядка доводит конденсатор C1 до нуля и далее заряжает его в другую сторону.

Теперь напряжение на базе VT2 возрастает открывая его.Теперь уже конденсатор C2, некогда заряженный, подвергается разрядке. Транзистор VT1 оказывается запертым отрицательным напряжением на базе.

И вся эта свистопляска продолжается по в режиме нон стоп, пока питание не вырубишь.

Мультивибратор в своем исполнении

Сделав однажды мультивибраторную мигалку на макетке, мне захотелось ее немножко облагородить — сделать нормальную печатную плату для мультивибратора и заодно сделать платку для светодиодной индикации. Разрабатывал я их в программе Eagle CAD, которая не намного сложнее Sprintlayout но зато имеет жесткую привязку к схеме.

Печатная плата мультивибратора слева. Схема электрическая справа.

Печатная плата. Схема электрическая.

Рисунки печатной платы с помощью лазерного принтера я распечатал на фотобумаге. Затем в полном соответствии с народной вытравил платки. В итоге после напайки деталей получились вот такие платки.

Честно говоря, после полного монтажа и подключения питания случился небольшой баг. Набранный из светодиодов знак плюса не перемигивал. Он просто и ровно горел будто мультивибратора и нет вовсе.

Пришлось изрядно понервничать. Замена четырехконечного индикатора на два светодиода исправляло ситуацию, но стоило вернуть все на свои места — мигалка не мигала.

Оказалось, что два светодиодных плеча сомкнуты перемычкой, видимо когда залуживал платку немного переборщил с припоем. В итоге светодиодные «плечики» горели не по переменке а синхронно. Ну ничего, несколько движений паяльником исправили ситуацию.

Результат того, что получилось я запечатлел на видео:

По моему получилось не плохо. 🙂 Кстати оставляю ссылки на схемы и платы — пользуйтесь на здоровье.

Плата и схема мультивибратора.

Плата и схема индикатора «Плюс».

Вообще применение мультивибраторов разнообразно. Они годятся не только для простеньких светодиодных мигалок. Поигравшись с номиналами резисторов и конденсаторов, можно выводить на динамик сигналы звуковой частоты. Везде где может понадобиться простой генератор импульсов мультивибратор подойдет однозначно.

Вроде все что планировал я рассказал. Если чтото упустил то пишите в комментариях — добавлю что нужно, а что не нужно — исправлю. Комментариям я всегда рад!

Новые статьи я пишу спонтанно и не по расписанию и поэтому предлагаю подписаться на обновления по или по E-mail. Тогда новые статьи будут приходить прямо на ваш почтовый ящик или прямиком в RSS-ридер.

На этом у меня все. Желаю всем успехов и хорошего весеннего настроения!

С уважением, Владимир Васильев.

Также дорогие друзья вы можете подписаться на обновления сайта и получать новые материалы и подарки прямо себе в почтовый ящик. Для этого достаточно заполнить форму ниже.

Статье рассматривался мультивибратор на элементах "НЕ" способный выдавать прямоугольные импульсы с крутыми фронтами и спадами. Прервать генерацию импульсов в мультивибраторе на элементах "НЕ" можно например убрав питание с микросхемы, это не самый лучший способ. Если вместо элементов "НЕ" использовать элементы "И-НЕ" то мультивибратор можно сделать управляемым через один из выводов какого либо элемента "И-НЕ" этого мультивибратора. Если управление мультивибратором не требуется то можно делать так ка на схеме:

Рисунок 1 - Мультивибратор на микросхеме CD4011

Между выводом 4 и землёй можно, кроме светодиода с резистором, подключать другие подходящие нагрузки. Изменять частоту импульсов можно изменением ёмкости C1 и сопротивления R1, скважность равна двум. Мультивибратор с запретом генерации можно сделать например так:

Рисунок 2 - Мультивибратор с запретом генерации

Если один из выводов одного из элементов "И-НЕ" распараллелить то при подаче на этот вывод логического нуля генерации не будет а при подаче логической единицы генерация будет. Мультивибратор с разрешением генерации можно сделать например так:

Рисунок 3 - Мультивибратор с разрешением генерации

Мультивибратор на элементах "И-НЕ" может выдавать импульсы с высокой частотой поэтому такие мультивибраторы можно использовать для генерации звуков (или даже радиосигналов):

Рисунок 4 - Мультивибратор с пьезодинамиком

Электромагнитный динамик вместо пьезодинамика в данную схему лучше не ставить т.к. у обмоток э лектромагнитных динамиков слишком низкие сопротивления для того чтобы микросхема смогла, без перегрева (и выхода из строя), пропустить достаточно большой ток. Работает данный мультивибратор аналогично тому как работает мультивибратор с элементами "НЕ":

Рисунок 5 - Принцип работы мультивибратора на логических элементах "НЕ"

Длительность импульса tи, период T и частота F рассчитываются также:

Где Uп-напряжение питания, U0- низкое напряжение на входе элемента "не" при котором на выходе этого элемента появляется высокое напряжение уровня логической единицы, U1- высокое напряжение на входе элемента "не" при котором на выходе этого элемента появляется низкое напряжение уровня логического нуля.

Сборка данных схем не должна вызывать больших трудностей.

Радиосхемы начинающим радиолюбителям

В этой статье мы приводим несколько устройств, в основу которых положена одна схема - несимметричного мультивибратора на транзисторах разной проводимости.

мигалка

Используя данную схему вы можете собрать прибор с мигающим светом электрической лампочки (см. рис. 1) и применить его для различных целей. Например, установить на велосипеде для питания лампочки поворота или в модели маяка, сигнальном фонаре, на авто- или судомодели как мигающий фонарь.

Нагрузкой несимметричного мультивибратора, собранного на транзисторах Т1, Т2, служит лампочка Л1. Частота повторения импульсов определяется величиной емкости конденсатора С1 и резисторов R1, R2. Резистор R1 ограничивает максимальную частоту вспышек, а резистором R2 можно плавно менять их частоту. Начинать работу надо с максимальной частоты, которой соответствует верхнее по схеме положение движка резистора R2.

Обратите внимание, устройство питается от батареи 3336Л, которая под нагрузкой дает 3,5 В, а лампочка Л1 применена на напряжение всего 2,5 В. Не перегорит ли она? Нет! Длительность ее свечении очень коротка, и нить не успевает перегреться. Если транзисторы обладают большим коэффициентом усиления, то вместо лампочки 2.5 В x 0.068 А можно применить лампочку 3.5В x 0.16 А. В качестве транзистора Т1 подойдут транзисторы типа МП35-МП38, а Т2 - МП39-МП42.

Метроном

Если в эту же схему вместо лампочки вы установите громкоговоритель, то получите другой прибор - электронный метроном. Он применяется при обучении музыке, для отсчета времени в ходе физических экспериментов и при фотопечати.

Если немного изменить схему - уменьшить емкость конденсатора С1 и ввести резистор R3, то увеличится длительность импульса генератора. Звук усилится (рис. 2). Этот прибор может выполнять роль квартирного звонка, звукового сигнала модели или детского педального автомобиля. (В последнем случае напряжение надо увеличить до 9 В.) А может быть использован и для обучения азбуке Морзе. Только тогда вместо кнопки Кн1 надо поставить телеграфный ключ. Тон звука подбирается конденсатором С1 и резистором R2. Чем больше R3, тем громче звук генератора. Однако если его величина будет больше одного килоома, то колебания в генераторе могут и не возникнуть.

В генераторе применены такие же транзисторы, как и в предыдущей схеме, а в качестве громкоговорителя - наушники или головка с сопротивлением катушки от 5 до 65 Ом.

Индикатор влажности

Несимметричный мультивибратор на транзисторах разной проводимости обладает интересным свойством: при работе оба транзистора одновременно или открыты или заперты. Ток, потребляемый запертыми транзисторами, очень мал. Это позволяет создавать экономичные индикаторы изменения неэлектрических величин, например индикаторы влажности. Принципиальная схема такого индикатора приведена на рисунке 3. Как видно из схемы, генератор постоянно подключен к источнику питания, но не работает, поскольку оба транзистора заперты. Уменьшает потребляемый ток и резистор R4. К гнездам Г1, Г2 подключен датчик влажности - две тонкие облуженные проволоки длиной по 1,5 см. Они пришиты к материи на расстоянии 3-5 мм друг от друга Сопротивление сухого датчика велико. У влажного оно падает. Транзисторы открываются, генератор начинает работать Чтобы уменьшить, громкость, надо уменьшить напряжение питания или величину резистора R3. Такой индикатор влажности можно применять при уходе за новорожденными детьми.

Индикатор влажности со звуковым и световым сигналом

Если немного расширить схему, то индикатор влажности одновременно со звуковым сигналом будет подавать световой - начнет зажигаться лампочка Л1. В этом случае, как видно из схемы (рис. 4), в генераторе устанавливаются два несимметричных мультивибратора на транзисторах разной проводимости. Один собран на транзисторах Т1, Т2 и управляется датчиком влажности, подключенным к гнездам Г1, Г2. Нагрузкой этого мультивибратора служит лампа Л1. Напряжение с коллектора Т2 управляет работой второго мультивибратора, собранного на транзисторах Т3, Т4. Он работает как генератор звуковой частоты, и на его выходе включен громкоговоритель Гр1. Если нет необходимости в подаче звукового сигнала, то второй мультивибратор может быть отключен.

Транзисторы, лампа и громкоговоритель в этом индикаторе влажности применены такие же, как и в предыдущих приборах.

Имитатор сирены

Интересные приборы можно построить, используя зависимость частоты несимметричного мультивибратора на транзисторах разной проводимости от тока базы транзистора Т1. Например, генератор, имитирующий звук сирены. Такой прибор можно установить на модели "скорой помощи", пожарной машины, спасательного катера.

Принципиальная схема прибора приведена на рисунке 5. В исходном положении кнопка Кн1 разомкнута. Транзисторы заперты. Генератор не работает. При замыкании кнопки через резистор R4 заряжается конденсатор С2. Транзисторы открываются, и мультивибратор начинает работать. По мере заряда конденсатора С2 растет ток базы транзистора Т1 и увеличивается частота мультивибратора. При размыкании кнопки все повторяется в обратном порядке. Звук сирены имитируется при периодическом замыкании и размыкании кнопки. Скорость нарастания и спада звука подбирается резистором R4 и конденсатором С2. Тон сирены устанавливается резистором R3, а громкость звука - подбором резистора R5. Транзисторы и громкоговоритель выбираются такими же, как и в предыдущих приборах.

Прибор для проверки транзисторов

Учитывая, что в данном мультивибраторе применены транзисторы разной проводимости, вы можете использовать его как прибор для проверки транзисторов методом замены. Принципиальная схема такого прибора приведена на рисунке 6. За основу взята схема звукового генератора, но с равным успехом может быть использован генератор световых импульсов.

Первоначально, замкнув кнопку Кн1, проверьте работоспособность прибора. В зависимости от типа проводимости испытуемый транзистор подключите к гнездам Г1 - Г3 или Г4-Г6. При этом пользуйтесь переключателем П1 или П2. Если при нажатии кнопки в громкоговорителе будет звук, значит, транзистор исправен.

В качестве переключателей П1 и П2 можно взять тумблеры с двумя контактами на переключение. На рисунке переключатели показаны в положении "Контроль". Питается прибор от батареи 3336Л.

Звуковой генератор для проверки усилителей

На основе такого же мультивибратора вы можете построить довольно простой генератор для проверки приемников и усилителей. Его принципиальная схема приведена на рисунке 7. Её отличие от звукового генератора состоит в том, что вместо громкоговорителя на выходе мультивибратора включен 7-ступенчатый регулятор уровня напряжения.

Э. ТАРАСОВ
Рис Ю. ЧЕСНOKOBA
ЮТ Для умелых рук 1979 №8

Для генерирования прямоугольных импульсов с частотой свыше можно использовать схемы, работающие по тому же принципу, что и схема на рис. 18.32. Как показано на рис. 18.40, в качестве компаратора в таких схемах используют простейший дифференциальный усилитель.

Положительная обратная связь в схеме триггера Шмитта обеспечивается непосредственным соединением выхода усилителя с его -входом, т. е. сопротивление резистора в делителе напряжения выбирают равным нулю. Согласно формуле (18.16), в такой схеме должен был получиться бесконечно большой период колебаний, однако это не совсем так. При выводе этого уравнения предполагалось, что усилитель, используемый в качестве компаратора, имеет бесконечно большой коэффициент усиления, т.е. что процесс переключения схемы происходит при разности входных напряжений, равной нулю. В этом случае порог переключения схемы будет равен выходному напряжению, и напряжение на конденсаторе С достигнет этой величины только за очень большое время.

Рис. 18.40 Мультивибратор на базе дифференциального усилителя.

Схема дифференциального усилителя, на базе которой выполнен генератор на рис. 18.40, имеет довольно низкий коэффициент усиления. По этой причине схема переключится еще до того, как разность входных сигналов усилителя станет равной нулю. Если, например, такую схему реализовать, как показано на рис. 18.41, на базе линейного усилителя, изготовленного по ЭСЛ-технологии (например, на базе интегральной микросхемы то разность входных сигналов, при которой происходит переключение схемы, составит около При амплитуде выходного напряжения около типичной для схем, выполненных на базе ЭСЛ-технологии, период импульсов генерируемого сигнала равен

Рассмотренная схема позволяет генерировать импульсное напряжение с частотой до

Аналогичный генератор может быть также выполнен на основе ТТЛ-схем. Для этих целей подходит готовая микросхема-триггер Шмитта (например, 7414 или 74132), так как она уже имеет внутреннюю положительную обратную связь. Соответствующее включение такой микросхемы показано на рис. 18.42. Так как через резистор триггера Шмитта должен протекать входной ток ТТЛ-элемента, то его сопротивление не должно превышать 470 Ом. Это необходимо для уверенного переключения схемы на нижнем пороге срабатывания. Минимальная величина этого сопротивления определяется выходной нагрузочной способностью логического элемента и равняется около 100 Ом. Пороги срабатывания триггера Шмитта составляют 0,8 и 1,6 В. Для амплитуды выходного сигнала около 3 В, типичного для ИС ТТЛ-типа, частота импульсов генерируемого сигнала равна

Максимально достижимое значение частоты составляет около 10 МГц.

Наиболее высокие частоты генерации достигаются при использовании специальных схем мультивибраторов с эмиттерными связями (например, микросхемы или Принципиальная схема такого мультивибратора представлена на рис. 18.43. Кроме того, указанные интегральные микросхемы снабжены дополнительными оконечными каскадами, выполненными на базе ТТЛ- или ЭСЛ-схем.

Рассмотрим принцип действия схемы. Допустим, что амплитуда переменных напряжений во всех точках схемы не превышает величины Когда транзистор закрыт, напряжение на его коллекторе практически равно напряжению питания. Напряжение на эмиттере транзистора составляет Ток эмиттера

Рис. 18.41. Мультивибратор на основе линейного усилителя, выполненного по ЭСЛ-технологии.

Рис. 18.42. Мультивибратор на основе триггера Шмитта, выполненного по ТТЛ-технологии. Частота

Рис. 18.43. Мультивибратор с эмиттерными связями.

транзистора равен Чтобы при этом на резисторе выделялся сигнал желаемой амплитуды, его сопротивление должно составлять Тогда в рассматриваемом состоянии схемы напряжение на эмиттере транзистора будет равно . В течение времени, когда транзистор закрыт, ток левого по схеме источника течет через конденсатор С. в результате чего напряжение на эмиттере транзистора снижается со скоростью

Транзистор Т открывается, когда напряжение на его эмиттере снижается до значения При этом напряжение на базе транзистора снижается на 0,5 В и транзистор закрывается, а напряжение на его коллекторе возрастает до величины За счет наличия эмиттерного повторителя на транзисторе с ростом напряжения на коллекторе транзистора увеличивается также и напряжение базы транзистора . Вследствие этого напряжение на эмиттере транзистора скачком увеличивается до значения Этот скачок напряжения через конденсатор С передается на эмиттер транзистора так что напряжение в этой точке скачком увеличивается от до

В течение времени, когда транзистор закрыт, ток протекающий через конденсатор С, вызывает снижение напряжения на эмиттере транзистора со скоростью

Транзистор остается закрытым до тех пор, пока потенциал его эмиттера не снизится от значения до значения Для транзистора это время составляет

представляет собой генератор импульсов практически прямоугольной формы, созданный в виде усилительного элемента с цепью положительно-обратной связью. Существуют два типа мультивибраторов.

Первым типом являются автоколебательные мультивибраторы, которые не имеют устойчивого состояния. Различают два типа: симметричный – у него транзисторы одинаковы и также одинаковы параметры симметричных элементов. В результате этого две части периода колебаний равны между собой, а скважность равна двум. Если же параметры элементов не равны, то это уже будет несимметричный мультивибратор.

Второй тип это ждущие мультивибраторы, которые обладают состоянием устойчивого равновесия и нередко их именуют еще одновибратором. Применение мультивибратора в различных радиолюбительских устройствах довольно распространено.

Описание работы мультивибратора на транзисторах

Принцип работы проанализируем на примере следующей схемы.

Легко заметить, что она практически копирует принципиальную схему симметричного триггера. Различие только в том, что связи между блоками переключения, как прямая, так и обратная, осуществлены по переменному току, а не по постоянному. Это кардинально изменяет особенности устройства, так как в сравнении с симметричным триггером у схемы мультивибратора нет стабильных состояний равновесия, в которых он мог бы находиться продолжительное время.

Взамен этого имеются два состояния квазиустойчивого равновесия, благодаря чему устройство находится в каждом из них строго определенное время. Каждый такой промежуток времени определяется переходными процессами, происходящими в схеме. Функционирование устройства заключается к постоянной смене данных состояний, что сопровождается появлением на выходе напряжения, очень напоминающее по форме прямоугольное.

По сути своей симметричный мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель, причем схема построена, так что выход первого каскада соединен с входом второго. Вследствие этого после подачи питания на схему, обязательно получается, так что один из открыт, а другой находится в закрытом состоянии.

Допустим, что транзистор VT1 открыт и находится в состоянии насыщения током, идущим через резистор R3. Транзистор VT2, как уже было сказано выше, закрыт. Теперь в схеме происходят процессы, связанные с перезарядом конденсаторов C1 и C2. Первоначально конденсатор C2 абсолютно разряжен и вслед за насыщением VT1 происходит постепенная зарядка его через резистор R4.

Поскольку конденсатор C2 шунтирует коллектор-эммитерный переход транзистора VT2 через эммитерный переход транзистора VT1, то скорость его заряда определяет скорость изменения напряжения на коллекторе VT2. После заряда C2 транзистор VT2 закрывается. Продолжительность этого процесса (длительность фронта напряжения коллектора) можно вычислить по формуле:

t1a = 2,3*R1*C1

Также в работе схемы протекает и второй процесс, связанный с разрядом ранее заряженного конденсатора C1. Его разряд происходит через транзистор VT1, резистор R2 и источник питания. По мере разряда конденсатора на базе VT1 появляется положительный потенциал, и он начинает открываться. Данный процесс заканчивается после полного разряда C1. Длительность этого процесса (импульса) равна:

t2a = 0,7*R2*C1

По прошествии времени t2a транзистор VT1 будет заперт, а транзистор VT2 будет в насыщении. После этого процесс повторится по аналогичной схеме и длительность интервалов следующих процессов можно рассчитать также по формулам:

t1b = 2,3*R4*C2 и t2b = 0,7*R3*C2

Для определения частоты колебаний мультивибратора справедливо следующее выражение:

f = 1/ (t2a+t2b)

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц....