Каталог радиолюбительских схем

Каталог радиолюбительских схем

Генераторы импульсов (мультивибраторы, автогенераторы).

Вариант простейшего генератора (мультивибратора) показан на рис. 1а.

Рис.1. Генератор импульсов на двух инверторах

Схема имеет два динамических состояния. В первом из них, когда на выходе D1.1 состояние лог. «1» (выход D1.2 лог. «0»), конденсатор С1 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора D1.1 возрастает, и при достижении значения Uпор=0,5Uпит происходит скачкообразный переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах D1.1 лог. «О», D1.2 — «1». В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд) током обратного направления. При достижении напряжения на С1 Unop происходит возврат схемы в первое динамическое состояние. Диаграмма напряжений поясняет работу. Резистор R2 является ограничительным, и его сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора R1 выбираем значительно больше R2 (R2<0,01R1). Ограничительный резистор (R2) иногда устанавливают последовательно с конденсатором. При использовании неполярного конденсатора С1 длительность импульсов (tи) и пауза (tо) будут почти одинаковыми: tи=to=0,7R1C1. Полный период T=1,4R1C1. Резистор R1 и конденсатор С1 могут находиться в диапазоне 20 к0м. 10 МОм; 300 пф. 100 мкФ.

При использовании в схеме (рис. 1б) двух инверторов микросхемы К561ЛН2 (они имеют на входе только один защитный диод) перезаряд конденсатора будет происходить от уровня Uпит+Unop. В результате чего симметричность импульсов нарушается tи=1,1R1C1, to=0,5R1C1, период T=1,6R1C1.

Так как порог переключения логических элементов не соответствует точно половине напряжения питания, чтобы получить симметричность импульсов, в традиционную схему генератора можно добавить цепь из R2 и VD1, рис. 1в. Резистор R2 позволяет подстройкой получить меандр (tи=to) на выходе генератора.

Рис 2. Генератор импульсов с раздельной установкой длительности импульса и паузы между ними.

Схема на рис. 2 дает возможность раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами: tи=0,8C1R1, to=0,8C1R2. При номиналах элементов, указанных на схеме, длительность импульсов около 0,1 с, период повторения 1 с.

Рис. 3. Генератор импульсов на трех инверторах.

Более стабильна частота у генераторов, выполненных на трех инверторах (Рис. 3). Процесс перезаряда С1 в сторону уменьшения напряжения на левой обкладке начинается от напряжения Uпит+Unop, в результате чего на это уходит больше времени tи=1,1C1R2. Полный период колебаний составит T=1,8C1R2.

Рис. 4. Генератор импульсов с раздельной регулировкой а) длительности импульсов и паузы между ними б) скважности импульсов

На рис. 4 приведены схемы аналогичных генераторов, которые позволяют раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами или при неизменной частоте регулировать скважность импульсов. Мультивибратор на основе триггера Шмидта показан на рис. 5.

Рис. 5. Генератор перекрывающихся импульсов.

Если требуется получить на выходе приведенных выше схем генераторов симметричные импульсы без подстройки, то после схемы необходимо ставить триггер или же воспользоваться схемой на трех инверторах, рис. 6.

Рис. 6. Генератор с симметричными импульсами на выходе.

Элемент D1.1 используется для создания второй цепи отрицательной обратной связи, охватывающей инвертор D1.2 (главную цепь обратной связи для сигнала образует резистор R5) Элемент микросхемы D1.1 работает в режиме с низким коэффициентом усиления при замкнутой обратной связи подобно операционному усилителю работающему в линейной части характеристики В результате этого инвертированное пороговое напряжение инвертора D1 1 может быть просуммировано с напряжением отрицательной обратной связи и подано на вход элемента D1.2. Если соотношение R2/R1 равно отношению R3/R5 может быть получена полная компенсация ошибок обусловленных изменением пороговых напряжении элементов D1.1 и D1.2 При этом предполагается, что все элементы схемы расположены в одном корпусе и их пороговые напряжения фактически равны Частота импульсов такой схемы определяется из соотношения F=1/R5C1 (она будет примерно в два раза выше по сравнению со схемой, показанной на рис. 1).

Рис. 7. Симметричные мультивибраторы а) на RS триггере с двумя конденсаторами,
б) с одним конденсатором, в) с резисторами соединенными с источником питания,
г) на двух RS триггерах

Симметричный мультивибратор можно выполнить на основе RS-триггере, рис 7. Вариант схемы на рис. 7в позволяет резисторы R1 и R2 выбирать более низкоомными, потому что диоды разделяют цепь заряда от выходов триггера. Вторым преимуществом этой схемы является то, что она позволяет легко и независимо регулировать в определенных границах период и скважность генерируемых импульсов. Скважность можно регулировать линейно, если R1 и R2 объединить в один потенциометр, а период — если общий конец R1 и R2 соединить с источником питания через потенциометр. С целью уменьшения количества дискретных элементов предложена схема мультивибратора на двух RS-триггерах, рис. 7г.

Рис. 8. Автогенератор на основе двух логических элементов.

Симметричный мультивибратор можно выполнить на двух ЛЭ, рис. 8 или одновибраторах, рис. 9.

Рис. 9. Автогенератор на двух одновибраторах.

Это также позволяет иметь раздельную регулировку длительности импульсов и интервала между ними.

Рис. 10. Симметричные мультивибраторы.

Простейшие схемы симметричных мультивибраторов приведены на рис. 10. При этом, если R1=R2, R3=R4, С1=С2, полный период определяется из соотношения Т=1,4RC.

Рис. 11. Генератор импульсов с повышенной нагрузочной способностью.

Генератор с малым потреблением энергии можно выполнить на двух ключах микросхемы К561КТЗ, рис. 11. После включения напряжения питания оба ключа разомкнуты. Конденсатор С1 разряжен, поэтому напряжения на нем нет, зарядный ток от источника питания протекает через последовательно включенные резисторы R1 и R2. Так как R1>R2, напряжение на резисторе R2 не достигнет порога срабатывания ключа D1.2, а в дальнейшем, по мере уменьшения зарядного тока, это напряжение стремится к 0. В то же время по мере накопления заряда на конденсаторе напряжение на выводе D1/12 экспоненциально возрастает. Когда оно достигнет порога срабатывания ключа D1.1, соединится цепь между выводами 11 и 10, что приведет к срабатыванию ключа D1.2. Сразу после замыкания обоих ключей нижняя обкладка конденсатора С1 подключается к шине «+» питания. Заряд, накопленный ранее на конденсаторе, не может измениться мгновенно, поэтому напряжение на D1/12 скачком возрастает до уровня, превышающего Uпит на величину, равную порогу срабатывания ключа D1.1. После этого напряжение на С1 начинает уменьшаться с постоянной времени, равной C1R1R3/(R1+R3), и стремится достичь уровня, задаваемого делителем напряжения на резисторах R1, R3. В процессе перезаряда конденсатора напряжение на С1 уменьшится до порога размыкания ключа D1.1. В результате развивается лавинообразный процесс размыкания обоих ключей. Для защиты ключа D1.2 от отрицательного выброса напряжения в схему вводится диод. После размыкания ключей конденсатор начинает заряжаться через последовательно включенные резисторы R1 и R2 — описанные выше процессы повторяются.

При заданной емкости конденсатора длительность паузы t2 между импульсами регулируется резистором R1, однако изменение длительности паузы подбором резистора R1 приводит и к изменению длительности импульса t1. Поэтому, чтобы установить нужную длительность импульса, не меняя паузу, необходимо воспользоваться резистором R3. Регулирование параметров импульсов осуществляется в широких пределах, при этом отношение t1/t2 может быть как меньше, так и больше 1.

Относительно всех автогенераторов на МОП микросхемах можно отметить, что если схема мультивибратора не симметрична, то возрастает ее чувствительность к изменению питающего напряжения (для микросхем 561-ой серии период может меняться на 35% при изменении Uпит от 3 до 15 В), поэтому расчетные соотношения справедливы для максимального напряжения питания.

Рис. 12. Простейшие схемы мультивибраторов с кварцевой стабилизацией частоты.

Рис. 13. Схемы обеспечивающие повышенную стабильность частоты при изменении окружающей температуры в широком диапазоне

При стабилизированном питании, изменение длительности импульсов мультивибраторов и частоты в генераторах на RC-цепях обычно не лучше 1% на 15°С (в случае применения термостабильных конденсаторов). Большую стабильность частоты можно получить, используя кварцевую стабилизацию. На рис. 12 и 13 приведены типовые схемы построения таких генераторов. Для небольшой подстройки частоты иногда последовательно с кварцевым резонатором устанавливают конденсатор 10. 100 пФ. Частота импульсов и их стабильность в этом случае у генератора задается параметрами кварцевого резонатора.

Мультивибратор

Мультивибра́тор — релаксационный генератор электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Название мультивибратор предложил голландский физик ван дер Поль, и отражает тот факт, что в спектре прямоугольных колебаний мультивибратора присутствует множество высших гармоник — в отличие от генератора синусоидальных колебаний («моновибратора»). Впервые мультивибратор был описан Икклзом и Джорданом в 1918 году.

Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, используемый в электронике и радиотехнике. Обычно представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель, охваченный глубокой положительной обратной связью.

В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой по типу используемых активных компонентов (ламповые, транзисторные, тиристорные, микроэлектронные и другие), различающиеся режимом работы (автоколебательный, ждущие, с внешней синхронизацией синхронизации), видам связи между усилительными элементами, способам регулировки длительности и частоты генерируемых импульсов и другими параметрами.

Приведенная в качестве примера на рисунке «классическая» схема мультивибратора на двух транзисторах одного типа проводимости сейчас почти не применяется, так как имеет плохие частотные свойства и недостаточно крутые фронты, что ограничивает частоту его генерации единицами МГц. При уменьшении номиналов компонентов (сопротивлений резисторов и ёмкости конденсаторов) для повышения частоты генерации оба транзистора переходят в открытое или насыщенное состояние без генерации, или генерация самопроизвольно срывается, и для восстановления генерации устройство надо перезапускать, что во многих применениях неприемлемо.

Содержание

Некоторые типы и классификация мультивибраторов [ править ]

Существуют три типа мультивибраторов в зависимости от режима работы:

• нестабильный, автоколебательный или астабильный: устройство непрерывно генерирует колебания и самопроизвольно переходит из одного состояния в другое. При этом не обязателен внешний сигнал синхронизации, если не требуется захват частоты колебаний;
• моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояние неустойчиво (переходное). Мультивибратор на некоторое время, определяемое параметрами его компонентов, переходит в неустойчивое состояние под действием запускающего импульса. Затем возвращается в устойчивое состояния до прихода очередного запускающего импульса. Такие мультивибраторы используются для формирования импульса с фиксированной длительностью, не зависящей от длительности запускающего импульса. Такой тип мультивибраторов иногда, в литературе, называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы.
• бистабильный: мультивибратор устойчив в любом из двух состояний и может быть переключён из одного состояния в другое подачей внешних импульсов. Такие устройства называют бистабильными триггерами, и такие триггеры иногда, не совсем корректно, называют «мультивибраторы», так как двусмысленно.

Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при автоколебательном режиме его работы. В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.

Режим синхронизации отличается от автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) колебания удаётся подстроить частоту колебаний автоколебательного мультивибратора под частоту синхронизирующего сигнала или сделать кратной ей (режим «захвата частоты») для автоколебательных мультивибраторов.

Мультивибратор Шмитта [ править ]

Иногда мультивибраторами называют триггеры Шмитта — электронные схемы не являющиеся по сути мультивибраторами, а компараторами с гистерезисом.

Симметричный мультивибратор [ править ]

Симметричным мультивибратор называют при попарном равенстве сопротивлений резисторов R1 и R4, R2 и R3, ёмкостей конденсаторов C1 и C2, а также параметров транзисторов Q1 и Q2.

Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные колебания («меандр») со скважностью 2, то есть прямоугольный сигнал у которого длительность импульса и длительность паузы одинаковы.

Симметричный мультивибратор по «классической» схеме (см. рисунок 5) широко используется для учебных и демонстрационных целей в качестве простейшего по устройству генератора электрических колебаний. Принцип работы этой схемы легко понять, а также эта схема удобна тем, что не требует для своей реализации громоздких и неудобных катушек индуктивности и трансформаторов.

Ждущие мультивибраторы [ править ]

Моностабильный мультивибратор [ править ]

Разновидность ждущего мультивибратора, имеющего одно стабильное состояние и одно неустойчивое. При поступлении запускающего импульса одностабильный мультивибратор (одновибратор) переключается в неустойчивое состояние на время , причём это время не зависит от длительности запускающего импульса (для схемы на рисунке 2), а затем возвращается в устойчивое состояние.

Одновибраторы применяются для преобразования формы импульсов в расширителях импульсов [1] [2] .

Бистабильный мультивибратор [ править ]

Бистабильный мультивибратор — разновидность ждущего мультивибратора, который имеет два стабильных (устойчивых) состояния, характеризующихся разными уровнями напряжения на выходе. Как правило, эти устройства переключаются из состояние в состояние сигналами, поданными на разные входы, как показано на рисунке. В этом случае бистабильный мультивибратор представляет собой триггер RS-типа. В некоторых схемах для переключения используется один вход, на который для переключения подаются импульсы различной либо одной полярности, при переключении состояний импульсами одной полярности на одном входе такие устройства называют «триггерами со счётным входом».

Бистабильный мультивибратор, кроме выполнения функции триггера, применяется также для построения генераторов, синхронизированных внешним сигналом. Такой тип бистабильных мультивибраторов характеризуется минимальным временем пребывания в каждом из состояний или минимальным периодом колебаний. Изменение состояния мультивибратора возможно только по прошествии определенного времени с момента последнего переключения (так называемое «мёртвое время переключения») и происходит в момент поступления фронта синхронизирующего сигнала.

Мультивибратор на операционном усилителе [ править ]

Принципиально можно построить автоколебательный мультивибратор на инвертирующем компараторе с гистерезисом, охваченном отрицательной обратной связью. Пример такой структуры с использованием операционного усилителя (ОУ) приведён на рис. 4.

Делитель напряжения из пары резисторов R4, включенных в цепь обратной положительной связи переводят ОУ в режим компаратора с гистерезисом по инвертирующему входу, к которому подключена интегрирующая цепочка R2, C1. При переключении компаратора из состояние в состояние происходит изменение тока в интегрирующей цепочке и конденсатор начинает перезаряжаться в другую сторону до достижения другого порога компарации, и переключения полярности напряжения на выходе ОУ. В этой схеме ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и выходного ключа.

Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора [ править ]

Схема может находиться в одном из двух нестабильных состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно. Фаза перехода очень короткая относительно длительности нахождения в состояниях благодаря глубокой положительной обратной связи, охватывающей два каскада усиления.

Пусть в состоянии 1 Q1 закрыт, Q2 открыт и насыщен, при этом C1 быстро заряжается током открытого базового перехода Q2 через R1 и Q2 почти до напряжения питания, после чего при полностью заряженном C1 через R1 ток прекращается, напряжение на C1 равно (ток базы Q2)·R2, а на коллекторе Q1 — напряжению питания.

При этом напряжение на коллекторе Q2 невелико (равно падению напряжения на насыщенном транзисторе).

C2, заряженный ранее в предыдущем состоянии 2 (полярность по схеме), медленно разряжается через открытый Q2 и R3. При этом напряжение на базе Q1 отрицательно и этим напряжением он удерживается в закрытом состоянии. Запертое состояние Q1 сохраняется до того, пока C2 не перезарядится через R3 и напряжение на базе Q1 не достигнет порога его отпирания (около +0,6 В). При этом Q1 начинает приоткрываться, напряжение его коллектора снижается, что вызывает начало запирания Q2, напряжение коллектора Q2 начинает увеличиваться, что через конденсатор C2 еще больше открывает Q1. В результате в схеме развивается лавинообразный регенеративный процесс, приводящий к тому, что Q1 переходит в открытое насыщенное состояние, а Q2 наоборот полностью запирается.

Далее колебательные процессы в схеме периодически повторяются.

Длительности нахождения транзисторов в закрытом состоянии определяются постоянными времени для Q2 — T₂ = С1·R2, для Q1 — T₁ = C2·R3.

Номиналы R1 и R4 выбираются намного меньшие, чем R3 и R2, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 была быстрее, чем разрядка через R3 и R2. Чем больше будет время зарядки конденсаторов, тем положе окажутся фронты импульсов. Но отношения R3/R1 и R2/R4 не должны быть больше, чем коэффициенты усиления соответствующих транзисторов, иначе транзисторы не будут открываться полностью.

Частота мультивибратора [ править ]

Длительность одной из двух частей периода равна

Длительность периода из двух частей равна:

В этой статье вашему вниманию предлагаю рассмотрение весьма простой схемы трехфазного мультивибратора. Данный генератор собран на биполярных транзисторах типа КТ815, которые еще у многих должны быть в старых запасах. Специфика работы этого мультивибратора заключается в том, что переключение состояний вкл/выкл нагрузки в коллекторной цепи транзисторов происходит в последовательном режиме. То есть, это схема самых простых, так называемых бегущих огней. Как видно на схеме мы имеем три одинаковых транзисторных каскада. В работе схемы этих каскадов заложено следующее действие – включение (открытие транзистора) предыдущего каскада способствует выключению (закрытию транзистора) последующего. И все это приводит к циклическому переключению состояний вкл/выкл по очереди всех каскадов. В результате мы получаем эффект бегущих огней на светодиодах.

Для начала, чтобы новичкам был более понятен принцип действия этой схемы, предлагаю разобраться с работой отдельных электронных компонентов и узлов. Для начала стоит сказать про работу биполярного транзистора. Основным условием открытия биполярного транзистора является наличие тока на базо-эмиттерном переходе и величины постоянного напряжения величиной около 0,6 вольт. Причем для транзисторов N-P-N проводимости на базу должен подаваться плюс, а на эмиттер минус. Если мы имеем дело с противоположной проводимостью, а именно типа P-N-P, то на базе для открытия транзистора должен присутствовать минус, а на эмиттере плюс. Если же на базо-эмиттерный переход транзистора будет подаваться напряжение противоположного тому, которое нужно, то этот транзистор закроется еще сильней.

Теперь важный момент о электролитических конденсаторах, о котором стоит знать новичкам. Дело в том, что общеизвестно – на полярный конденсатор можно подавать максимально допустимое напряжение (которое указано на его корпусе) только в соответствии с той полярностью, которая указана на этом конденсаторе. То есть, на электролитических конденсаторах указано, где у него плюсовой вывод, а где минусовой. Если же мы на полярный конденсатор приложем напряжение противоположной полярностью, то данный компонент просто выйдет из строя. Но есть одно НО! Такую противоположную полярность допустимо прикладывать на конденсатор, если величина напряжения мала (в нашей схеме мы будет дело иметь с напряжением 0,6 вольт). И еще если эта противоположная полярность на полярный конденсатор подается непродолжительное время.

Теперь что касается принципа действия самой этой схемы бегущих огней на светодиодах. Итак, в момент подачи напряжения питания на схему в начальный момент начинают открываться все транзисторы. И не короткое время все светодиоды начинают светится. Но дело в том, что поскольку не существует двух абсолютно одинаковых электронных компонентов (по параметрам), небольшой разброс будет в любом случае. То наиболее медленный транзисторный каскад не успев полностью открыться, полностью и быстро закроется предыдущим каскадом. И с этого момента начинается эффект бегущих огней. Причем частота переключения каскадов зависит от емкости имеющихся в схеме конденсаторов (C1-C3). Чем больше емкость конденсаторов, тем медленнее будет переключение каскадов.

Само же переключение между каскадами происходит так. К примеру, в первом каскаде транзистору VT1 получилось полностью, быстро открыться. За небольшой промежуток времени все конденсаторы успели немного подзарядится. Когда VT1 открылся, то плюсовой вывод конденсатора C1 притянулся на минус схемы. И получилось, что некий заряд конденсатора сделал так – на базе транзистора VT2 оказался минусовой потенциал, а на эмиттере этого транзистора оказался плюс. А как я раньше уже написал, противоположная полярность только сильнее закроет транзистор. Следовательно VT2 у нас быстро закроется (после полного открытия VT1).

Закрытое состояние транзистора VT2 способствует тому, что следущий транзистор будет у нас открытым. И при этом еще происходит полный процесс заряда конденсатора C2. Плюсовая обкладках этого конденсатора заряжается плюсом, идущим от светодиода и тока ограничительного резистора, а минусовая обкладка заряжается минусом, через базо-эмиттерный переход VT3. Но в это время постепенно происходит разрядка конденсатора C1 (который способствует закрытому состоянию VT2). Как только C2 разрядился, на нем начинает накапливаться заряд с противоположной полярностью. О ней я писал чуть выше. Ток заряда протекает через резистор R2. Как только напряжение на C1 поднимется до величины 0,6 вольт, то транзистор VT2 полностью откроется, и поспособствует закрытию VT3. То есть следующего каскада. Ну, а далее все эти процесс открытия и закрытия транзисторов будут повторяться циклически, тем самым создавая эффект бегущих огней.

С принципом действия разобрались, теперь что касается количества светодиодов. Дело в том, что если в каждый каскад схемы поставить только по одному светодиоду (или одной светодиодной матрице), то при работе схемы эффект бегущих огней будет не так очевиден. Переключение светодиодов будет больше напоминать хаотический порядок. Хотя это только на первый взгляд (обман восприятия). Чтобы эффект бегущих огней был более явный, то лучше в каждый каскад поставить хотя бы по три светодиода (или светодиодных матрицы). После чего все девять светодиодов (во всех трех каскадах) расположить со смещением на один. То есть, чтобы второй светодиод первого каскада располагался за двумя первыми светодиодами двух других каскадов. В этом случае при работе схемы мы увидим более отчетливее эффект бегущих огней.

Импульсные схемы — бистабильный мультивибратор

Бистабильный мультивибратор имеет два стабильных состояния . Схема находится в любом из двух стабильных состояний. Он продолжается в этом состоянии, если только не дан внешний импульс запуска. Этот мультивибратор также известен как триггер . Эта схема называется просто Binary .

Существует несколько типов бистабильных мультивибраторов. Они как показано на следующем рисунке.

Строительство бистабильного мультивибратора

Два аналогичных транзистора Q ₁ и Q ₂ с нагрузочными резисторами R _L1 и R _L2 соединены в обратной связи друг с другом. Базовые резисторы R ₃ и R ₄ соединены с общим источником -V _BB . Резисторы обратной связи R ₁ и R ₂ шунтируются конденсаторами C ₁ и C _2, известными как коммутационные конденсаторы . Транзистор Q ₁ получает триггерный вход на базе через конденсатор C _3, а транзистор Q ₂ получает триггерный вход на своей базе через конденсатор C ₄ .

Конденсаторы C ₁ и C ₂ также известны как ускоряющие конденсаторы , так как они уменьшают время перехода , что означает время, необходимое для передачи проводимости от одного транзистора к другому.

На следующем рисунке показана принципиальная схема самосмещенного бистабильного мультивибратора.

Работа бистабильного мультивибратора

Когда цепь включена, из-за некоторого дисбаланса цепи, как в Astable, один из транзисторов, скажем, Q _1, включается, а транзистор Q ₂ выключается. Это стабильное состояние бистабильного мультивибратора.

Применяя отрицательный триггер на базе транзистора Q ₁ или применяя положительный триггерный импульс на базе транзистора Q ₂ , это стабильное состояние не изменяется. Итак, давайте разберемся с этим, рассмотрев отрицательный импульс на базе транзистора Q ₁ . В результате увеличивается напряжение на коллекторе, что смещает транзистор Q ₂ вперед. Ток коллектора Q ₂ при подаче на базу Q ₁ , обратные смещения Q ₁ и это кумулятивное действие отключают транзистор Q ₁ и включают транзистор Q ₂ . Это еще одно стабильное состояние мультивибратора.

Теперь, если это стабильное состояние необходимо изменить снова, то применяется либо отрицательный импульс запуска на транзисторе Q _2, либо положительный импульс запуска на транзисторе Q ₁ .

Выходные сигналы

Выходные осциллограммы на коллекторах Q ₁ и Q ₂ вместе с триггерными входами, заданными на основаниях Q _W и Q ₂ , показаны на следующих рисунках.

преимущества

Преимущества использования бистабильного мультивибратора следующие:

• Сохраняет предыдущий вывод, если не нарушен.
• Схема проста

Недостатки

Недостатки бистабильного мультивибратора заключаются в следующем —

• Требуются два вида триггерных импульсов.
• Немного дороже, чем другие мультивибраторы.

Приложения

Бистабильные мультивибраторы используются в таких приложениях, как генерация импульсов и цифровые операции, такие как подсчет и хранение двоичной информации.

Чтобы понять операцию, давайте посмотрим, что переключатель находится в положении 1. Теперь транзистор Q ₁ будет выключен, так как база заземлена. Напряжение на коллекторе на выходной клемме V _O1 будет равно V _CC, что включает транзистор Q ₂ . Выход на клемме V _O2 становится НИЗКИМ. Это стабильное состояние, которое может быть изменено только внешним триггером. Переключатель в положение 2 работает как триггер.

Когда переключатель изменяется, база транзистора Q ₂ заземляется, переводя его в состояние ВЫКЛ. Напряжение коллектора на V _O2 будет равно V _CC, которое подается на транзистор Q _1, чтобы включить его. Это другое стабильное состояние. Запуск в этой схеме осуществляется с помощью SPDT-переключателя.

Существует два основных типа триггеров, предоставляемых двоичным цепям. Они есть

• Симметричный запуск
• Асимметричный запуск

Шмитт Триггер

Другим типом двоичной цепи, которую следует обсудить, является двоичная цепь с эмиттерной связью . Эта схема также называется триггерной цепью Шмитта . Эта схема рассматривается как особый тип в своем роде для своих приложений.

Основное отличие в конструкции этой схемы состоит в том, что отсутствует связь между выходом C ₂ второго транзистора и базой B1 первого транзистора, и теперь обратная связь получается через резистор R _e . Эта схема называется регенеративной, поскольку она имеет положительную обратную связь и не имеет инверсии фазы . Схема триггера Шмитта с использованием BJT показана ниже.

Изначально у нас есть Q ₁ OFF и Q ₂ ON. Напряжение, приложенное к базе Q _2, составляет V _CC через R _C1 и R ₁ . Таким образом, выходное напряжение будет

V 0 = V C C − ( I C 2 R c 2 )

Когда Q ₂ включен, на R _E будет падение напряжения, которое будет (I _C2 + I _B2 ) R _E. Теперь это напряжение подается на эмиттер Q ₁ . Входное напряжение увеличивается, и до тех пор, пока Q _{1 не} достигнет напряжения включения для включения, выход остается НИЗКИМ. При включенном Q ₁ выход будет увеличиваться, так как Q ₂ также включен. Когда входное напряжение продолжает расти, напряжение в точках C ₁ и B ₂ продолжает падать, а E ₂ продолжает расти. При определенном значении входного напряжения Q ₂ выключается. Выходное напряжение в этой точке будет V _CC и остается постоянным, хотя входное напряжение еще больше увеличится.

Когда входное напряжение возрастает, выход остается НИЗКИМ, пока входное напряжение не достигнет V _1, где

Значение, при котором входное напряжение равно V ₁ , позволяет транзистору Q ₁ войти в насыщение, называется UTP (Upper Trigger Point). Если напряжение уже превышает V ₁ , оно остается там до тех пор, пока входное напряжение не достигнет V ₂ , что является переходом низкого уровня. Следовательно, значение, для которого входное напряжение будет V _2, при котором Q ₂ переходит в состояние ВКЛ, называется LTP (нижняя точка запуска).

Выходные сигналы

Выходные сигналы получаются, как показано ниже.

Цепь триггера Шмитта работает как компаратор и, следовательно, сравнивает входное напряжение с двумя различными уровнями напряжения, которые называются UTP (верхняя точка запуска) и LTP (нижняя точка запуска). Если вход пересекает этот UTP, он считается ВЫСОКИМ, а если он опускается ниже этого LTP, он принимается как НИЗКИЙ. Выход будет двоичным сигналом, показывающим 1 для ВЫСОКОГО и 0 для НИЗКОГО. Следовательно, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал. Если вход имеет промежуточное значение (между HIGH и LOW), то предыдущее значение будет выходным.

Эта концепция зависит от явления, называемого гистерезисом . Передаточные характеристики электронных схем имеют петлю, называемую гистерезисом . Это объясняет, что выходные значения зависят как от настоящих, так и от прошлых значений ввода. Это предотвращает нежелательное переключение частоты в триггерных цепях Шмитта

преимущества

Преимущества триггерной схемы Шмитта:

• Идеальные логические уровни поддерживаются.
• Это помогает избежать метастабильности.
• Предпочтительнее, чем обычные компараторы для его формирования импульса

Недостатки

Основными недостатками триггера Шмитта являются

• Если вход медленный, выход будет медленнее.
• Если на входе шумно, на выходе будет шумнее.

Применение триггера Шмитта

Цепи триггера Шмитта используются в качестве амплитудного компаратора и схемы возведения в квадрат. Они также используются в схемах кондиционирования и заточки импульсов.

Это схемы мультивибратора с использованием транзисторов. Те же самые мультивибраторы разработаны с использованием операционных усилителей, а также схем таймера IC 555, которые обсуждаются в дальнейших руководствах.

Мультивибраторы и одновибраторы

Мультивибратор — это релаксационный (т.е. использующий положительную обратную связь) генератор прямоугольных импульсов. Он преобразует энергию источника питания в энергию выходных сигналов. Мультивибратор обладает свойством самовозбуждения. Простейшая схема мультивибратора, представленная на рис. 4.16, содержит два транзисторных ключа с симметричными коллекторно-базовыми обратными связями через конденсаторы. Базовые резисторы обеспечивают надежное открывание ключа:

где S — коэффициент запаса по насыщению.

Амплитуда выходного сигнала ненагруженного мультивибратора близка к напряжению питания

Длительности генерируемых импульсов определяются постоянной времени перезаряда конденсатора через базовый резистор:

При и длительность импульса , а периода колебаний .

Скважность колебаний (при разных t_U1 и t_U2) ограничивается временем полного заряда конденсатора. При использовании транзисторов с коэффициентом усиления по току b = 30 можно получить значение скважности не более 10.

Для того, чтобы мультивибратор начинит генерировать сразу при включении питания, должен быть мягкий режим самовозбуждения с минимальным запасом по насыщению.

При глубоком насыщении возникает жесткое самовозбуждение, требующее внешнего воздействия для начала генерации. Без этого воздействия оба транзистора оказываются в открытом состоянии.

Обычно используются мультивибраторы с S = 2–3. Меньшие значения S ухудшат прямоугольность выходного сигнала, а большие приведут к срыву генерации.

Для улучшения формы генерируемых импульсов используют специальные схемы.

Симметричный мультивибратор на операционном усилителе показан на рис. 4.17. Он выполняется на базе инвертирующего триггера Шмитта, в котором отрицательная обратная связь включается через фильтр низкой частоты в виде RC-цепи. Длительность генерируемого импульса

Соответственно, частота генерации:

При частота генерации .

Одновибратор — это схема с одним устойчивым состоянием и одним неустойчивым состоянием. Переход во второе состояние происходит под воздействием внешнего сигнала — запускающим импульсом. Время нахождения в этом состоянии зависит от параметров схемы и не зависит от длительности входного импульса.

Таким образом, одновибратор является формирователем прямоугольного импульса заданной длительности.

Быстродействие одновибратора определяется временем восстановления, после истечения которого устройство готово к приему следующего импульса.

В случае реализации на транзисторах, одновибратор выполняется по схеме эмиттерной связи — рис. 4.18.

В исходном состоянии транзистор Т₂ насыщен, а Т₁ — заперт напряжением автоматического смещения, выделяемым на транзисторе R, от прохождения тока I_к2. Длительность входного импульса

Одновибратор можно запустить путем подачи отрицательного (открывающего) импульса на базу закрытого транзистора Т₁ или положительного (запирающего) импульса на базу открытого транзистора Т₂. Полярность указана применительно к использованным в схеме по рис. 4.18 транзисторам p-n-p типа. Следует иметь в виду, по выходное напряжение такого одновибратора содержит значительную потенциальную помеху, равную величине U_э2 падения напряжения на резисторе R_э от тока I_э2.