Несимметричный мультивибратор на mosfet транзисторах. Мультивибраторы на полевых транзисторах КР504НТ. Как работает мультивибратор

Мультивибратор на транзисторах – это генератор прямоугольных сигналов. Ниже на фото одна из осциллограмм симметричного мультивибратора.

Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы со скважностью два. Подробнее про скважность можно прочитать в статье генератор частоты . Принцип действия симметричного мультивибратора мы будем использовать для поочередного включения светодиодов.

Схема состоит из:

– двух КТ315Б (можно с любой другой буквой)

– двух конденсаторов емкостью по 10 микроФарад

– четырех , два по 300 Ом и два по 27 КилоОм

– двух китайских светодиодов на 3 Вольта

Вот так устройство выглядит на макетной плате :

А вот так он работает:

Для изменения длительности моргания светодиодов можно поменять значения конденсаторов С1 и С2, или резисторов R2 и R3.

Существуют также другие разновидности мультивибраторов. Подробнее о них можно прочитать . Также там описан принцип работы симметричного мультивибратора.

Кому лень собирать такое устройство, можно приобрести готовое;-) На Алике я даже находил готовое устройство. Его можете глянуть по этой ссылке.

Вот видео, где подробно описывается, как работает мультивибратор:

В данной статье расскажем про мультивибратор, как он работает, способы подключения нагрузки на мультивибратор и расчёт транзисторного симметричного мультивибратора.

Мультивибратор — это простой генератор прямоугольных импульсов, который работает в режиме автогенератора. Для его работы необходимо лишь питание от батареи, или другого источника питания. Рассмотрим самый простой симметричный мультивибратор на транзисторах. Схема его представлена на рисунке. Мультивибратор может быть усложнён в зависимости от необходимых выполняемых функций, но все элементы, представленные на рисунке, являются обязательными, без них мультивибратор работать не будет.

Работа симметричного мультивибратора основана на зарядно-разрядных процессах конденсаторов, образующих совместно с резисторами RC-цепочки.

О том, как работают RC-цепочки, я писал ранее в своей статье Конденсатор , которую вы можете почитать на моём сайте. На просторах интернета если и находишь материал о симметричном мультивибраторе, то он излагается кратко, и не доходчиво. Это обстоятельство не позволяет начинающим радиолюбителям что-либо понять, а только помогает опытным электронщикам что-либо вспомнить. По просьбе одного из посетителей моего сайта я решил исключить этот пробел.

Как работает мультивибратор?

В начальный момент подачи питания конденсаторы С1 и С2 разряжены, поэтому их сопротивление току мало. Малое сопротивление конденсаторов приводит к тому, что происходит «быстрое» открывание транзисторов, вызванное протеканием тока:

— VT2 по пути (показано красным цветом): «+ источника питания > резистор R1 > малое сопротивление разряженного С1 > базово-эмиттерный переход VT2 > — источника питания»;

— VT1 по пути (показано синим цветом): «+ источника питания > резистор R4 > малое сопротивление разряженного С2 > базово-эмиттерный переход VT1 > — источника питания».

Это является «неустановившимся» режимом работы мультивибратора. Длится он в течение очень малого времени, определяемого лишь быстродействием транзисторов. А двух абсолютно одинаковых по параметрам транзисторов, не существует. Какой транзистор откроется быстрее, тот и останется открытым — «победителем». Предположим, что на нашей схеме это оказался VT2. Тогда, через малое сопротивление разряженного конденсатора С2 и малое сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода VT2, база транзистора VT1 окажется замкнута на эмиттер VT1. В результате транзистор VT1 будет вынужден закрыться — «стать побеждённым».

Поскольку транзистор VT1 закрыт, происходит «быстрый» заряд конденсатора С1 по пути: «+ источника питания > резистор R1 > малое сопротивление разряженного С1 > базово-эмиттерный переход VT2 > — источника питания». Этот заряд происходит почти до напряжения источника питания.

Одновременно происходит заряд конденсатора С2 током обратной полярности по пути: «+ источника питания > резистор R3 > малое сопротивление разряженного С2 > коллекторно-эмиттерный переход VT2 > — источника питания». Длительность заряда определяется номиналами R3 и С2. Они и определяют время, при котором VT1 находится в закрытом состоянии.

Когда конденсатор С2 зарядится до напряжения приблизительно равным напряжению 0,7-1,0 вольт, его сопротивление увеличится и транзистор VT1 откроется напряжением приложенным по пути: «+ источника питания > резистор R3 > базово-эмиттерный переход VT1 > — источника питания». При этом, напряжение заряженного конденсатора С1, через открытый коллекторно-эмиттерный переход VT1 окажется приложенным к эмиттерно-базовому переходу транзистора VT2 обратной полярностью. В результате VT2 закроется, а ток, который ранее проходил через открытый коллекторно-эмиттерный переход VT2 побежит по цепи: «+ источника питания > резистор R4 > малое сопротивление С2 > базово-эмиттерный переход VT1 > — источника питания». По этой цепи произойдёт быстрый перезаряд конденсатора С2. С этого момента начинается «установившийся» режим автогенерации.

Работа симметричного мультивибратора в «установившемся» режиме генерации

Начинается первый полупериод работы (колебания) мультивибратора.

При открытом транзисторе VT1 и закрытом VT2, как я только что написал, происходит быстрый перезаряд конденсатора С2 (от напряжения 0,7…1,0 вольта одной полярности, до напряжения источника питания противоположной полярности) по цепи: «+ источника питания > резистор R4 > малое сопротивление С2 > базово-эмиттерный переход VT1 > — источника питания». Кроме того, происходит медленный перезаряд конденсатора С1 (от напряжения источника питания одной полярности, до напряжения 0,7…1,0 вольта противоположной полярности) по цепи: «+ источника питания > резистор R2 > правая обкладка С1 >левая обкладка С1 > коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT1 > — -источника питания».

Когда, в результате перезаряда С1, напряжение на базе VT2 достигнет значения +0,6 вольта относительно эмиттера VT2, транзистор откроется. Поэтому, напряжение заряженного конденсатора С2, через открытый коллекторно-эмиттерный переход VT2 окажется приложенным к эмиттерно-базовому переходу транзистора VT1 обратной полярностью. VT1 закроется.

Начинается второй полупериод работы (колебания) мультивибратора.

При открытом транзисторе VT2 и закрытом VT1 происходит быстрый перезаряд конденсатора С1 (от напряжения 0,7…1,0 вольта одной полярности, до напряжения источника питания противоположной полярности) по цепи: «+ источника питания > резистор R1 > малое сопротивление С1 > базо-эмиттерный переход VT2 > — источника питания». Кроме того, происходит медленный перезаряд конденсатора С2 (от напряжения источника питания одной полярности, до напряжения 0,7…1,0 вольта противоположной полярности) по цепи: «правая обкладка С2 > коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT2 > — источника питания > + источника питания > резистор R3 > левая обкладка С2». Когда напряжение на базе VT1 достигнет значения +0,6 вольта относительно эмиттера VT1, транзистор откроется. Поэтому, напряжение заряженного конденсатора С1, через открытый коллекторно-эмиттерный переход VT1 окажется приложенным к эмиттерно-базовому переходу транзистора VT2 обратной полярностью. VT2 закроется. На этом, второй полупериод колебания мультивибратора заканчивается, и снова начинается первый полупериод.

Процесс повторяется до момента отключения мультивибратора от источника питания.

Способы подключения нагрузки к симметричному мультивибратору

Прямоугольные импульсы снимаются с двух точек симметричного мультивибратора – коллекторов транзисторов. Когда на одном коллекторе присутствует «высокий» потенциал, то на другом коллекторе – «низкий» потенциал (он отсутствует), и наоборот – когда на одном выходе «низкий» потенциал, то на другом — «высокий». Это наглядно показано на временном графике, изображённом ниже.

Нагрузка мультивибратора должна подключаться параллельно одному из коллекторных резисторов, но ни в коем случае не параллельно транзисторному переходу коллектор-эмиттер. Нельзя шунтировать транзистор нагрузкой. Если это условие не выполнять, то как минимум — изменится длительность импульсов, а как максимум – мультивибратор не будет работать. На рисунке ниже показано, как подключить нагрузку правильно, а как не надо это делать.

Для того, чтобы нагрузка не влияла на сам мультивибратор, она должна иметь достаточное входное сопротивление. Для этого обычно применяют буферные транзисторные каскады.

На примере показано подключение низкоомной динамической головки к мультивибратору . Добавочный резистор повышает входное сопротивление буферного каскада, и тем самым исключает влияние буферного каскада на транзистор мультивибратора. Его значение должно не менее, чем в 10 раз превышать значение коллекторного резистора. Подключение двух транзисторов по схеме «составного транзистора» значительно усиливает выходной ток. При этом, правильным является подключение базово-эмиттерной цепи буферного каскада параллельно коллекторному резистору мультивибратора, а не параллельно коллекторно-эмиттерному переходу транзистора мультивибратора.

Для подключения к мультивибратору высокоомной динамической головки буферный каскад не нужен. Головка подключается вместо одного из коллекторных резисторов. Должно выполняться единственное условие – ток, идущий через динамическую головку не должен превышать максимальный ток коллектора транзистора.

Если вы хотите подключить к мультивибратору обычные светодиоды – сделать «мигалку», то для этого буферные каскады не требуются. Их можно подключить последовательно с коллекторными резисторами. Связано это с тем, что ток светодиода мал, и падение напряжения на нём во время работы не более одного вольта. Поэтому они не оказывают никакого влияния на работу мультивибратора. Правда это не относится к сверхярким светодиодам, у которых и рабочий ток выше, и падение напряжения может быть от 3,5 до 10 вольт. Но в этом случае есть выход – увеличить напряжение питания и использовать транзисторы с большой мощностью, обеспечивающей достаточный ток коллектора.

Обратите внимание, что оксидные (электролитические) конденсаторы подключаются плюсами к коллекторам транзисторов. Связано это с тем, что на базах биполярных транзисторов напряжение не поднимается выше 0,7 вольта относительно эмиттера, а в нашем случае эмиттеры – это минус питания. А вот на коллекторах транзисторов напряжение изменяется почти от нуля, до напряжения источника питания. Оксидные конденсаторы не способны выполнять свою функцию при их подключении обратной полярностью. Естественно, если вы будете применять транзисторы другой структуры (не N-P-N, a P-N-P структуры), то кроме изменения полярности источника питания, необходимо развернуть светодиоды катодами «вверх по схеме», а конденсаторы – плюсами к базам транзисторов.

Разберёмся теперь, какие параметры элементов мультивибратора задают выходные токи и частоту генерации мультивибратора?

На что влияют номиналы коллекторных резисторов? Я встречал в некоторых бездарных интернетовских статьях, что номиналы коллекторных резисторов незначительно, но влияют на частоту мультивибратора. Всё это полная чушь! При правильном расчёте мультивибратора, отклонение значений этих резисторов более чем в пять раз от расчётного, не изменит частоты мультивибратора. Главное, чтобы их сопротивление было меньше базовых резисторов, потому, что коллекторные резисторы обеспечивают быстрый заряд конденсаторов. Но зато, номиналы коллекторных резисторов являются главными для расчёта потребляемой мощности от источника питания, значение которой не должно превышать мощность транзисторов. Если разобраться, то при правильном подключении они даже на выходную мощность мультивибратора прямого влияния не оказывают. А вот длительность между переключениями (частота мультивибратора) определяется «медленным» перезарядом конденсаторов. Время перезаряда определяется номиналами RC цепочек – базовых резисторов и конденсаторов (R2C1 и R3C2).

Мультивибратор, хоть и называется симметричным, это относится только к схемотехнике его построения, а вырабатывать он может как симметричные, так и не симметричные по длительности выходные импульсы. Длительность импульса (высокого уровня) на коллекторе VT1 определяется номиналами R3 и C2, а длительность импульса (высокого уровня) на коллекторе VT2 определяется номиналами R2 и C1.

Длительность перезаряда конденсаторов определяется простой формулой, где Тау – длительность импульса в секундах, R – сопротивление резистора в Омах, С – ёмкость конденсатора в Фарадах:

Таким образом, если вы уже не забыли написанное в этой статье на пару абзацев ранее:

При равенстве R2=R3 и С1=С2 , на выходах мультивибратора будет «меандр» — прямоугольные импульсы с длительностью равной паузам между импульсами, который вы видите на рисунке.

Полный период колебания мультивибратора – T равен сумме длительностей импульса и паузы:

Частота колебаний F (Гц) связана с периодом Т (сек) через соотношение:

Как правило, в интернете если и есть какие либо расчёты радиоцепей, то они скудные. Поэтому произведём расчёт элементов симметричного мультивибратора на примере .

Как и любые транзисторные каскады, расчёт необходимо вести с конца — выхода. А на выходе у нас стоит буферный каскад, потом стоят коллекторные резисторы. Коллекторные резисторы R1 и R4 выполняют функцию нагрузки транзисторов. На частоту генерации коллекторные резисторы никакого влияния не оказывают. Они рассчитываются исходя из параметров выбранных транзисторов. Таким образом, сначала рассчитываем коллекторные резисторы, потом базовые резисторы, потом конденсаторы, а затем и буферный каскад.

Порядок и пример расчёта транзисторного симметричного мультивибратора

Исходные данные:

Питающее напряжение Uи.п. = 12 В .

Необходимая частота мультивибратора F = 0,2 Гц (Т = 5 секунд) , причём длительность импульса равна 1 (одной) секунде.

В качестве нагрузки используется автомобильная лампочка накаливания на 12 вольт, 15 ватт .

Как вы догадались, мы будем рассчитывать «мигалку», которая будет мигать один раз за пять секунд, а длительность свечения – 1 секунда.

Выбираем транзисторы для мультивибратора. Например, у нас имеются самые распространенные в Советские времена транзисторы КТ315Г .

Для них: Pmax=150 мВт; Imax=150 мА; h21>50 .

Транзисторы для буферного каскада выбирают исходя из тока нагрузки.

Для того, чтобы не изображать схему дважды, я уже подписал номиналы элементов на схеме. Их расчёт приводится далее в Решении.

Решение:

1. Прежде всего, необходимо понимать, что работа транзистора при больших токах в ключевом режиме наиболее безопасна для самого транзистора, чем работа в усилительном режиме. Поэтому расчёт мощности для переходного состояния в моменты прохождения переменного сигнала, через рабочую точку «В» статического режима транзистора — перехода из открытого состояния в закрытое и обратно проводить нет необходимости. Для импульсных схем, построенных на биполярных транзисторах, обычно рассчитывают мощность для транзисторов, находящихся в открытом состоянии.

Сначала определим максимальную рассеиваемую мощность транзисторов, которая должна составлять значение, на 20 процентов меньше (коэффициент 0,8) максимальной мощности транзистора, указанной в справочнике. Но для чего нам загонять мультивибратор в жёсткие рамки больших токов? Да и от повышенной мощности потребление энергии от источника питания будет большим, а пользы мало. Поэтому определив максимальную мощность рассеивания транзисторов, уменьшим её в 3 раза. Дальнейшее снижение рассеиваемой мощности нежелательно потому, что работа мультивибратора на биполярных транзисторах в режиме слабых токов – явление «не устойчивое». Если источник питания используется не только для мультивибратора, либо он не совсем стабильный, будет «плавать» и частота мультивибратора.

Определяем максимальную рассеиваемую мощность:Pрас.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150мВт = 120мВт

Определяем номинальную рассеиваевую мощность: Pрас.ном. = 120 / 3 = 40мВт

2. Определим ток коллектора в открытом состоянии: Iк0 = Pрас.ном. / Uи.п. = 40мВт / 12В = 3,3мА

Примем его за максимальный ток коллектора.

3. Найдём значение сопротивления и мощности коллекторной нагрузки: Rк.общ=Uи.п./Iк0 = 12В/3,3мА= 3,6 кОм

Выбираем в существующем номинальном ряде резисторы максимально близкие к 3,6 кОм. В номинальном ряде резисторов имеется номинал 3,6 кОм, поэтому предварительно считаем значение коллекторных резисторов R1 и R4 мультивибратора: Rк = R1 = R4 = 3,6 кОм .

Мощность коллекторных резисторов R1 и R4 равна номинальной рассеиваемой мощности транзисторов Pрас.ном. = 40 мВт. Используем резисторы мощностью, превышающей указанную Pрас.ном. — типа МЛТ-0,125.

4. Перейдём к расчёту базовых резисторов R2 и R3 . Их номинал находят исходя из коэффициента усиления транзисторов h21. При этом, для надёжной работы мультивибратора значение сопротивления должно быть в пределах: в 5 раз больше сопротивления коллекторных резисторов, и меньше произведения Rк * h21.В нашем случае Rmin = 3,6 * 5 = 18 кОм, а Rmax = 3,6 * 50 = 180 кОм

Таким образом, значения сопротивлений Rб (R2 и R3) могут находиться в пределах 18…180 кОм. Предварительно выбираем среднее значение = 100 кОм. Но оно не окончательно, так как нам необходимо обеспечить требуемую частоту мультивибратора, а как я писал ранее, частота мультивибратора напрямую зависит от базовых резисторов R2 и R3, а также от ёмкости конденсаторов.

5. Вычислим ёмкости конденсаторов С1 и С2 и при необходимости пересчитаем значения R2 и R3 .

Значения ёмкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R2 определяют длительность выходного импульса на коллекторе VT2. Именно во время действия этого импульса наша лампочка должна загораться. А в условии было задана длительность импульса 1 секунда.

определим ёмкость конденсатора: С1 = 1сек / 100кОм = 10 мкФ

Конденсатор, ёмкостью 10 мкФ имеется в номинальном ряде, поэтому он нас устраивает.

Значения ёмкости конденсатора С2 и сопротивления резистора R3 определяют длительность выходного импульса на коллекторе VT1. Именно во время действия этого импульса на коллекторе VT2 действует «пауза» и наша лампочка не должна светиться. А в условии был задан полный период 5 секунд с длительностью импульса 1 секунда. Следовательно, длительность паузы равна 5сек – 1сек = 4 секунды.

Преобразовав формулу длительности перезаряда, мы определим ёмкость конденсатора: С2 = 4сек / 100кОм = 40 мкФ

Конденсатор, ёмкостью 40 мкФ отсутствует в номинальном ряде, поэтому он нас не устраивает, и мы возьмём максимально близкий к нему конденсатор ёмкостью 47 мкФ. Но как вы понимаете, изменится и время «паузы». Чтобы этого не произошло, мы пересчитаем сопротивление резистора R3 исходя из длительности паузы и ёмкости конденсатора С2: R3 = 4сек / 47 мкФ = 85 кОм

По номинальному ряду, ближайшее значение сопротивления резистора равно 82 кОм.

Итак, мы получили номиналы элементов мультивибратора:

R1 = 3,6 кОм, R2 = 100 кОм, R3 = 82 кОм, R4 = 3,6 кОм, С1 = 10 мкФ, С2 = 47 мкФ .

6. Рассчитаем номинал резистора R5 буферного каскада .

Сопротивление добавочного ограничительного резистора R5 для исключения влияния на мультивибратор выбирается не менее чем в 2 раза больше сопротивления коллекторного резистора R4 (а в некоторых случаях и более). Его сопротивление вместе с сопротивлением эмиттерно-базовых переходов VT3 и VT4 в этом случае не будет влиять на параметры мультивибратора.

R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 кОм

По номинальному ряду ближайший резистор равен 7,5 кОм.

При номинале резистора R5 = 7,5 кОм, ток управления буферным каскадом будет равен:

Iупр. = (Uи.п. – Uбэ) / R5 = (12в – 1,2в) / 7,5кОм = 1,44 мА

Кроме того, как я писал ранее, номинал коллекторной нагрузки транзисторов мультивибратора не влияет на его частоту, поэтому если у вас нет такого резистора, то вы можете его заменить на другой «близкий» номинал (5 … 9 кОм). Лучше, если это будет в сторону уменьшения, чтобы не было падения управляющего тока на буферном каскаде. Но учтите, что добавочный резистор является дополнительной нагрузкой транзистора VT2 мультивибратора, поэтому ток, идущий через этот резистор, складывается с током коллекторного резистора R4 и является нагрузочным для транзистора VT2: Iобщ = Iк + Iупр. = 3,3мА + 1,44мА = 4,74мА

Общая нагрузка на коллектор транзистора VT2 в пределах нормы. В случае её превышения максимального тока коллектора указанного по справочнику и умноженное на коэффициент 0,8 , увеличьте сопротивление R4 до достаточного снижения тока нагрузки, либо используйте более мощный транзистор.

7. Нам необходимо обеспечить ток на лампочке Iн = Рн / Uи.п. = 15Вт / 12В = 1,25 А

Но ток управления буферным каскадом равен 1,44мА. Ток мультивибратора необходимо увеличить на значение, равное отношению:

Iн / Iупр. = 1,25А / 0,00144А = 870 раз .

Как это сделать? Для значительного усиления выходного тока используют транзисторные каскады, построенные по схеме «составного транзистора». Первый транзистор обычно маломощный (мы будем использовать КТ361Г), он имеет наибольший коэфициент усиления, а второй должен обеспечивать достаточный ток нагрузки (возьмём не менее распространённый КТ814Б). Тогда их коэффициенты передачи h21 умножаются. Так, у транзистора КТ361Г h21>50, а у транзистора КТ814Б h21=40. А общий коэффициент передачи этих транзисторов, включённых по схеме «составного транзистора»: h21 = 50 * 40 = 2000 . Эта цифра больше, чем 870, поэтому этих транзисторов вполне достаточно для управления лампочкой.

Ну вот, собственно и всё!

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

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

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

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

Вместо обычных резисторов R2, R3 можно установить фоторезисторы (ФСК, СФ2-х, СФЗ-х, ФР117 и др.). При этом частота переключения транзисторов будет изменяться в несколько тысяч раз в зависимости от уровня освещенности. Следует только отметить, что при сопротивлении резисторов R2, R3 менее 3 кОм генерация может срываться.

Мультивибратор, изготовленный по схеме, приведенной на рис. 1, требует применения полевых транзисторов с большим начальным током стока (10...30 мА). При отсутствии таких сборок из серии КР504, можно собрать аналогичный мультивибратор по схеме, приведенной на рис. 2. Здесь полевые транзисторы работают с меньшим током стока, а чтобы получить достаточную яркость светодиодов, установлены усилители тока на биполярных транзисторах VT1, VT4. Частота переключения этого мультивибратора - около 1 Гц. Если на место транзисторов VT1, VT4 установить мощные составные транзисторы из серии КТ829, то в качестве их нагрузки можно применять лампы накаливания. При этом R2, R6 не устанавливаются, так как транзисторы типа КТ829 содержат свои встроенные резисторы.

Если этот мультивибратор "откажется" работать, то следует точнее подобрать резисторы R3, R7. В узле, собранном по схеме, изображенной на рис. 1, можно использовать микросборки согласованных пар полевых транзисторов серий КР504, (К504, 504) с начальным током стока более 10 мА. Больше всего подходят КР504НТ4В, КР504НТЗВ, но можно попробовать и с индексами А, Б. При изменении полярности напряжения питания и подключения светодиодов, вместо транзисторной сборки можно использовать два отдельных полевых n-канальных транзистора из серий КП302, КП307. Если у них окажется большое напряжение отсечки, то питающее напряжение можно увеличить до 15 В.

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

Поскольку полевые транзисторы сборок КР504НТ(1 ...4) допускают максимальное напряжение исток-сток не более 10 В, напряжение питания мультивибраторов не должно превышать 10...12 В.

Литература

А.Бутов. Мультивибратор на полевых транзисторах. - Радио, 2002, N4, С.53.

Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1984, С.73.

Публикация: www.cxem.net

Начинающие радиолюбители, конечно, знают, что мультивибраторы (симметричные и несимметричные) выполняют на биполярных транзисторах. К сожалению, подобные мультивибраторы обладают недостатком - при работе с достаточно мощной нагрузкой, например, лампами накаливания, для полного открывания транзисторов необходимы большие базовые токи.Если же плечи мультивибратора переключаются с частотой 3...0,2 Гц, приходится устанавливать в частотозадающих цепях оксидные конденсаторы большой емкости, а значит, и больших габаритов. Не следует забывать и об относительно большом напряжении насыщения открытых транзисторов.В предлагаемом мультивибраторе (см. рисунок) использованы отечественные полевые n-канальные транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Внутри корпуса между выводами затвора и истока стоит защитный стабилитрон, который значительно уменьшает вероятность выхода из строя транзистора при неумелом с ним обращении

Частота переключения транзисторов мультивибратора около 2 Гц, она задается конденсаторами и резисторами. Нагрузка транзисторов мультивибратора - лампы накаливания EL1, EL2.Резисторы, включенные между стоком и затвором транзисторов, обеспечивают мягкий запуск мультивибратора. К сожалению, они немного "затягивают" выключение транзисторов.Вместо ламп накаливания в цепь стока транзисторов допустимо включить светодиоды с ограничительными резисторами сопротивлением 360 Ом либо телефонный капсюль, например, ТК-47 (для этого варианта мультивибратор должен работать в области звуковых частот). В случае использования только одного капсюля, в цепь стока другого транзистора необходимо включить в качестве нагрузки резистор сопротивлением 100...200 Ом.Резисторы R1, R2 указанных на схеме номиналов можно составить из нескольких последовательно соединенных меньшего сопротивления. Если такого варианта нет, установите резисторы меньших номиналов, а конденсаторы - больших.Конденсаторы могут быть неполярные керамические либо пленочные, например, серий КМ-5, КМ-6, К73-17. Лампы накаливания применены от "мигающей" елочной гирлянды китайского производства на напряжение 6 В и ток 100 мА. Подойдут также малогабаритные лампы на напряжение 6 В и ток 60 либо 20 мА.Вместо транзисторов указанной серии, выдерживающих постоянный ток до 180 мА, допустимо применить рассчитанные на больший ток ключи серий КР1064КТ1, КР1014КТ1. В случае использования мультивибратора с более мощной нагрузкой, скажем, автомобильными лампами накаливания, понадобятся другие транзисторы, например КП744Г, допускающие ток стока до 9 А. Но при этом варианте нужно между затвором и истоком установить защитные стабилитроны на напряжение 8...10 В (катодом к затвору) - КС191Ж или аналогичные. При больших токах нагрузки транзисторы придется установить на теплоотводы.Налаживают мультивибратор подбором конденсаторов до получения желаемой частоты переключения транзисторов. Для работы устройства на звуковых частотах конденсаторы должны быть емкостью 300...600 пф. Если же оставить конденсаторы указанной на схеме емкости, придется подобрать резисторы меньшего сопротивления - вплоть до 47 кОм.Мультивибратор работоспособен при напряжении питания 3...10 В, разумеется, с соответствующей нагрузкой. Если его предполагается использовать в качестве какого-то узла в разрабатываемой конструкции, между проводами питания мультивибратора устанавливают блокировочный конденсатор емкостью 0,1...100 мкФ.

Вывод

Глава 11

Гибридный мультивибратор

При первом включении генератора в электросеть 220 В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, токоограничительные резисторы R4–R6 и эмиттерный переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20 с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора – транзистор VT1 – питается постоянным напряжением около 12 В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1. Диод VD2 защищает эмиттерный переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.
Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n - каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е. работал в ключевом режиме и не перегревался, напряжение затвор-исток должно быть не менее 10 В, но не более 15…20 В. В данном случае оно будет равно рабочему напряжению стабилитрона VD1. Диоды VD3, VD4 защищают затвор полевого транзистора от пробоя, например, при прикосновении отверткой или паяльником. Варистор R8 защищает полевой транзистор от повреждения при всплесках сетевого напряжения.Частота мигания лампы накаливания, в основном, зависит от параметров цепей С2, R3 и C3, R2, R4–R6.В конструкции можно использовать резисторы С1-4, С2-23, МЛТ и специальные высокомегаомные КИМ-Е, С3-14, С-36. Варистор R8 можно установить на напряжение 390…470 В. Подойдут, например, такие, как FNR307K391, FNR-20K391, FNR-14K431, FNR-05K471 или высоковольтные стабилитроны КС609В, КС903А, КС904АС. Настоятельно не рекомендую пренебрегать этим элементом, так как короткие импульсные всплески сетевого напряжения нередки и могут достигать амплитуды в 5 кВ.В крайнем случае можно воспользоваться варисторами типа СН1-1 на 560…680 В, которые использовались в устаревших отечественных телевизорах. Конденсатор С1 –К50-35 или импортный аналог. Остальные конденсаторы типов К73-17, К73-24, К73-39. При этом С3 должен быть на напряжение не менее 250 В. Стабилитрон VD1 нужно взять маломощный на рабочее напряжение 12…13 В, подойдут КС207В, КС212Ж, КС213Б, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, TZMC-12. Перед установкой на плату стабилитрон следует проверить на исправность. Диоды VD2–VD4 любые из серий КД503, КД510, КД512, 1N4148. Выпрямительный мост VD5 – КЦ402А–В, КЦ405А–В, RC204–RC207, RS204–RS207 или четыре диода, например, КД257В. Транзистор VT1 работает в режиме микротока. Он должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 150. Подойдет любой из серий КТ3102, КТ342, КТ6111, SS9014, 2SC900, 2SC1222. Полевой транзистор при работе с нагрузкой мощностью до 150 Вт можно взять любой из серий КП707, КП777А–В, IRF840, IRF430, BUZ214. При монтаже полевой транзистор нужно обязательно защищать от пробоя, например, временно закоротив все его выводы. Так как из3за высоких сопротивлений резисторов он открывается и закрывается относительно медленно, то его крайне желательно установить на алюминиевый теплоотвод размерами не менее 55х30х4 мм. Проблему можно решить усложнением схемотехники устройства, но это уже будет противоречить концепции простоты предлагаемой конструкции. Для работы с лампами накаливания мощностью более 150 Вт можно использовать параллельное включение нескольких полевых транзисторов, но такой подход в данном случае можно признать нерациональным из-за ощутимого увеличения затрат на комплектующие.Чертеж возможного варианта печатной платы 55×105 мм показан на рис.2. Частоту мерцания лампы EL1 удобнее задавать изменением емкости конденсаторов С2, С3. При этом следует помнить, что конденсатор С3 сохраняет заряд длительное время после отключения питания. При настройке и эксплуатации устройства следует помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожностиВ этой статье речь пойдет о простом генераторе световых импульсов, который работает с мощной высоковольтной нагрузкой, построенном по «классической” схеме двухтранзисторного симметричного мультивибратора, но на транзисторах разного типа – биполярном и полевом (рис.1).

Устройство, собранное по предлагаемой схеме, может найти применение для новогодней иллюминации, дискотек, в системах сигнализации или использоваться в качестве рабочего макета для различных экспериментов.При первом включении генератора в электросеть 220 В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, токоограничительные резисторы R4–R6 и эмиттерный переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20 с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора – транзистор VT1 – питается постоянным напряжением около 12 В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1. Диод VD2 защищает эмиттерный переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.
Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n - каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е. работал в ключевом режиме и не перегревался, напряжение затвор-исток должно быть не менее 10 В, но не более 15…20 В. В данном случае оно будет равно рабочему напряжению стабилитрона VD1. Диоды VD3, VD4 защищают затвор полевого транзистора от пробоя, например, при прикосновении отверткой или паяльником. Варистор R8 защищает полевой транзистор от повреждения при всплесках сетевого напряжения.Частота мигания лампы накаливания, в основном, зависит от параметров цепей С2, R3 и C3, R2, R4–R6.В конструкции можно использовать резисторы С1-4, С2-23, МЛТ и специальные высокомегаомные КИМ-Е, С3-14, С-36. Варистор R8 можно установить на напряжение 390…470 В. Подойдут, например, такие, как FNR307K391, FNR-20K391, FNR-14K431, FNR-05K471 или высоковольтные стабилитроны КС609В, КС903А, КС904АС. Настоятельно не рекомендую пренебрегать этим элементом, так как короткие импульсные всплески сетевого напряжения нередки и могут достигать амплитуды в 5 кВ.В крайнем случае можно воспользоваться варисторами типа СН1-1 на 560…680 В, которые использовались в устаревших отечественных телевизорах. Конденсатор С1 –К50-35 или импортный аналог. Остальные конденсаторы типов К73-17, К73-24, К73-39. При этом С3 должен быть на напряжение не менее 250 В. Стабилитрон VD1 нужно взять маломощный на рабочее напряжение 12…13 В, подойдут КС207В, КС212Ж, КС213Б, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, TZMC-12. Перед установкой на плату стабилитрон следует проверить на исправность. Диоды VD2–VD4 любые из серий КД503, КД510, КД512, 1N4148. Выпрямительный мост VD5 – КЦ402А–В, КЦ405А–В, RC204–RC207, RS204–RS207 или четыре диода, например, КД257В. Транзистор VT1 работает в режиме микротока. Он должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 150. Подойдет любой из серий КТ3102, КТ342, КТ6111, SS9014, 2SC900, 2SC1222. Полевой транзистор при работе с нагрузкой мощностью до 150 Вт можно взять любой из серий КП707, КП777А–В, IRF840, IRF430, BUZ214. При монтаже полевой транзистор нужно обязательно защищать от пробоя, например, временно закоротив все его выводы. Так как из3за высоких сопротивлений резисторов он открывается и закрывается относительно медленно, то его крайне желательно установить на алюминиевый теплоотвод размерами не менее 55х30х4 мм. Проблему можно решить усложнением схемотехники устройства, но это уже будет противоречить концепции простоты предлагаемой конструкции. Для работы с лампами накаливания мощностью более 150 Вт можно использовать параллельное включение нескольких полевых транзисторов, но такой подход в данном случае можно признать нерациональным из-за ощутимого увеличения затрат на комплектующие.Чертеж возможного варианта печатной платы 55×105 мм показан на рис.2. Частоту мерцания лампы EL1 удобнее задавать изменением емкости конденсаторов С2, С3. При этом следует помнить, что конденсатор С3 сохраняет заряд длительное время после отключения питания. При настройке и эксплуатации устройства следует помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожности

Если разобраться, вся электроника состоит из большого числа отдельных кирпичиков. Это транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы. А уже из этих кирпичиков можно сложить всё, что угодно.

От безобидной детской игрушки издающей, например, звук «мяу», до системы наведения баллистической ракеты с разделяющейся головной частью на восемь мегатонных зарядов.

Одной из очень известных и часто применяющихся в электронике схем, является симметричный мультивибратор, который представляет собой электронное устройство вырабатывающее (генерирующее) колебания по форме, приближающиеся к прямоугольной.

Мультивибратор собирается на двух транзисторах или логических схемах с дополнительными элементами. По сути это двухкаскадный усилитель с цепью положительной обратной связи (ПОС). Это значит, что выход второго каскада соединён через конденсатор со входом первого каскада. В результате усилитель за счёт положительной обратной связи превращается в генератор.

Для того чтобы мультивибратор начал генерировать импульсы достаточно подключить напряжение питания. Мультивибраторы могут быть симметричными и несимметричными .

На рисунке представлена схема симметричного мультивибратора.

В симметричном мультивибраторе номиналы элементов каждого из двух плеч абсолютно одинаковы: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Если посмотреть на осциллограмму выходного сигнала симметричного мультивибратора, то легко заметить, что прямоугольные импульсы и паузы между ними одинаковы по времени. t импульса (t и ) = t паузы (t п ). Резисторы в коллекторных цепях транзисторов не влияют на параметры импульсов, и их номинал подбирается в зависимости от типа применяемого транзистора.

Частота следования импульсов такого мультивибратора легко высчитывается по несложной формуле:

Где f - частота в герцах (Гц), С - ёмкость в микрофарадах (мкФ) и R - сопротивление в килоомах (кОм). Например: С = 0,02 мкФ, R = 39 кОм. Подставляем в формулу, выполняем действия и получаем частоту в звуковом диапазоне приблизительно равную 1000 Гц, а точнее 897,4 Гц.

Сам по себе такой мультивибратор неинтересен, так как он выдаёт один немодулированный «писк», но если элементами подобрать частоту 440 Гц, а это нота Ля первой октавы, то мы получим миниатюрный камертон, с помощью которого можно, например, настроить гитару в походе. Единственно, что нужно сделать, это добавить каскад усилителя на одном транзисторе и миниатюрный динамик.

Основными характеристиками импульсного сигнала принято считать следующие параметры:

Частота . Единица измерения (Гц) Герц. 1 Гц – одно колебание в секунду. Частоты, воспринимаемые человеческим ухом, находятся в диапазоне 20 Гц – 20 кГц.

Длительность импульса . Измеряется в долях секунды: мили, микро, нано, пико и так далее.

Амплитуда . В рассматриваемом мультивибраторе регулировка амплитуды не предусмотрена. В профессиональных приборах используется и ступенчатая и плавная регулировка амплитуды.

Скважность . Отношение периода (Т) к длительности импульса (t ). Если длина импульса равна 0,5 периода, то скважность равна двум.

Исходя из вышеприведенной формулы, легко рассчитать мультивибратор практически на любую частоту за исключением высоких и сверхвысоких частот. Там действуют несколько другие физические принципы.

Для того чтобы мультивибратор выдавал несколько дискретных частот достаточно поставить двухсекционный переключатель и пять шесть конденсаторов разной ёмкости, естественно одинаковые в каждом плече и с помощью переключателя выбирать необходимую частоту. Резисторы R2, R3 так же влияют на частоту и скважность и их можно сделать переменными. Вот ещё одна схема мультивибратора с подстройкой частоты переключения.

Уменьшение сопротивления резисторов R2 и R4 меньше определённой величины зависящей от типа применяемых транзисторов может вызвать срыв генерации и мультивибратор работать не будет, поэтому последовательно с резисторами R2 и R4 можно подключить переменный резистор R3, которым можно подобрат частоту переключений мультивибратора.

Практическое применение симметричного мультивибратора очень обширно. Импульсная вычислительная техника, радиоизмерительная аппаратура при производстве бытовой техники. Очень много уникальной медицинской техники построено на схемах, в основе которых лежит тот самый мультивибратор.

Благодаря исключительной простоте и невысокой стоимости мультивибратор нашёл широкое применение в детских игрушках. Вот пример обычной мигалки на светодиодах .

При указанных на схеме величинах электролитических конденсаторов С1, С2 и резисторов R2, R3 частота импульсов будет 2,5 Гц, а значит, светодиоды будут вспыхивать примерно два раза в секунду. Можно использовать схему, предложенную выше и включить переменный резистор совместно с резисторами R2, R3. Благодаря этому можно будет посмотреть, как будет изменяться частота вспышек светодиодов при изменении сопротивления переменного резистора. Можно поставить конденсаторы разных номиналов и наблюдать за результатом.

Будучи ещё школьником, я собирал на мультивибраторе переключатель ёлочных гирлянд. Всё получилось, но вот когда подключил гирлянды, то мой приборчик стал переключать их с очень высокой частотой. Из-за этого в соседней комнате телевизор стал показывать с дикими помехами, а электромагнитное реле в схеме трещало, как из пулемёта. Было и радостно (работает же!) и немного страшновато. Родители переполошились ненашутку.

Такая досадная промашка со слишком частым переключением не давала мне покоя. И схему проверял, и конденсаторы по номиналу были те, что надо. Не учёл я лишь одного.

Электролитические конденсаторы были очень старые и высохли. Ёмкость их была небольшая и совсем не соответствовала той, что была указана на их корпусе. Из-за низкой ёмкости мультивибратор и работал на более высокой частоте и слишком часто переключал гирлянды.

Приборов, которыми можно было бы измерить ёмкость конденсаторов в то время у меня не было. Да и тестером пользовался стрелочным, а не современным цифровым мультиметром .

Поэтому, если ваш мультивибратор выдаёт завышенную частоту, то первым делом проверяйте электролитические конденсаторы. Благо, сейчас можно за небольшие деньги купить универсальный тестер радиокомпонентов , которым можно измерить ёмкость конденсатора.

Возможно, будет полезно почитать: