Мультивібратор 12 вольт для керування реле. Мигалки на світлодіодах та транзисторних мультивібраторах (6 схем). Для схеми "Модулятор для радіостанції АМ"

Сьогодні ми з вами зберемо просту конструкцію переривника на основі електромагнітного реле. Ця конструкція має широку сферу застосування. В основному це реле застосовується в автомобільній техніці (переривник покажчиків повороту). По суті, ця схема відрізняється максимальною простотою складання, повторити її може будь-який новачок.

Основа роботи схожа на роботу низькочастотного мультивібратора. Складається схема з електромагнітного реле та електролітичного конденсатора.

Від ємності конденсатора залежить частота роботи схеми.При подачі напруги на реле заряджається конденсатор, потім його ємність розряджається на обмотку реле, від ємності конденсатора залежить час заряду конденсатора, чим більше ємність, тим більше часу йде на зарядку, отже пристрій буде працювати як низькочастотний переривник.

За такою простою схемою можна реалізувати низку цікавих та освітніх конструкцій. Якщо підключити до відповідних висновків реле лампочку, то остання періодично блиматиме, частота цих миготінь залежить від ємності вибраного конденсатора, про що було згадано вище. По ідеї, ми отримуємо простий переривник покажчиків повороту - моргатель, який можна застосувати в транспортних засобах, зокрема у легкових автомобілях

Вибір електролітичного конденсатора не є критичним, можна використовувати конденсатори з напругою від 16 до 100 Вольт, ємність від 100 до 4700 мкФ (дивлячись яка частота роботи потрібна).

У моєму випадку використовувалося електромагнітне реле від стабілізатора мережі напруги зі струмом 10-15 А, але потужність реле залежить від потужності підключеного навантаження.

Ця схема відрізняється особливою точністю роботи, час перебування в розімкнутому стані рівно часу перебування в замкнутому стані.

Пристрій можна використовувати для керування великими навантаженнями і не лише низьковольтними.Оптимальна напруга живлення становить 12 Вольт, хоча обмотка реле розрахована на більшу напругу.

Мультивібратор.

Перша схема – найпростіший мультивібратор. Не дивлячись на його простоту, область застосування його дуже широка. Жодне електронний пристрійне обходиться без нього.

У першому малюнку зображено його важлива схема.

Як навантаження використовуються світлодіоди. Коли мультивібратор працює – світлодіоди перемикаються.

Для складання потрібно мінімум деталей:

1. Резистори 500 Ом – 2 штуки

2. Резистори 10 ком - 2 штуки

3. Конденсатор електролітичний 47 мкФ на 16 вольт – 2 штуки

4. Транзистор КТ972А – 2 штуки

5. Світлодіод – 2 штуки

Транзистори КТ972А є складовими транзисторами, тобто в їх корпусі є два транзистори, і він має високу чутливість і витримує значний струм без тепловідведення.

Коли ви придбаєте всі деталі, озброюйтеся паяльником і беріться за складання. Для проведення дослідів не варто робити друковану плату, можна зібрати навісним монтажем. Співайте так, як показано на малюнках.

А вже як застосувати зібраний пристрій, Нехай підкаже ваша фантазія! Наприклад, замість світлодіодів можна поставити реле, а цим реле комутувати потужніше навантаження. Якщо змінити номінали резисторів чи конденсаторів – зміниться частота перемикання. Зміною частоти можна досягти дуже цікавих ефектів, від писку в динаміці, до паузи на багато секунд.

Фотореле.

А це схема простого фотореле. Цей пристрій з успіхом можна застосувати будь-де, для автоматичного підсвічування лотка DVD, для включення світла або для сигналізації від проникнення в темну шафу. Надано два варіанти схеми. В одному варіанті схема активується світлом, а в іншому його відсутністю.

Працює це так:коли світло від світлодіода попадає на фотодіод, транзистор відкриється і почне світитися світлодіод-2. Підстроювальним резистором регулюється чутливість пристрою. Як фотодіод можна застосувати фотодіод від старої кулькової мишки. Світлодіод – будь-який інфрачервоний світлодіод. Застосування інфрачервоного фотодіода та світлодіода дозволить уникнути перешкод від видимого світла. Як світлодіод-2 підійде будь-який світлодіод або ланцюжок з декількох світлодіодів. Можна застосувати і лампу розжарювання. А якщо замість світлодіода поставити електромагнітне реле, можна буде керувати потужними лампами розжарювання, або якимись механізмами.

На малюнках надані обидві схеми, цоколівка транзистора і світлодіода, а також монтажна схема.

За відсутності фотодіода можна взяти старий транзистор МП39 або МП42 і спиляти в нього корпус навпроти колектора, ось так:

Замість фотодіода у схему треба буде включити p-n перехідтранзистора. Який саме буде працювати краще - Вам доведеться визначити експериментально.

Підсилювач потужності на мікросхемі TDA1558Q.

Цей підсилювач має вихідну потужність 2 Х 22 вата і досить простий для повторення радіоаматорами-початківцями. Така схема стане Вам у нагоді для саморобних колонок, або для саморобного. музичного центру, який можна зробити зі старого MP3 плеєра.

Для його збирання знадобиться лише п'ять деталей:

1. Мікросхема – TDA1558Q

2. Конденсатор 0.22 мкФ

3. Конденсатор 0.33 мкФ – 2 штуки

4. Електролітичний конденсатор 6800 мкФ на 16 вольт

Мікросхема має досить високу вихідну потужність і для її охолодження знадобиться радіатор. Можна використовувати радіатор від процесора.

Всю збірку можна провести навісним монтажем без використання друкованої плати. Спочатку мікросхеми треба видалити висновки 4, 9 і 15. Вони не використовуються. Відлік висновків йде ліворуч, якщо тримати її висновками до себе і маркуванням вгору. Потім обережно розпряміть висновки. Далі відігніть висновки 5, 13 і 14 нагору, всі ці висновки підключаються до плюсу живлення. Наступним кроком відігніть висновки 3, 7 та 11 вниз – це мінус живлення, або «земля». Після цих маніпуляцій прикрутіть мікросхему тепловідведення, використовуючи теплопровідну пасту. На малюнках видно монтаж з різних ракурсів, але я все ж таки поясню. Висновки 1 і 2 спаюють разом - це вхід правого каналу, до них треба припаяти конденсатор 0.33 мкф. Так само треба вчинити з висновками 16 і 17. Загальний провід для входу – це мінус живлення або «земля».

Якийсь час тому у мене з'явилося бажання зробити котушку Тесли, але крім котушки запалення нічого високовольтного під рукою не було (чи вийде її використовувати для цієї мети чи ні, прошу відповісти спеців у коментарях). Постало питання як її запустити? Зі знайденого в мережі була лише схема на асиметричному мультивібраторі, але відповідних деталей у мене не виявилося, а до найближчого радіоринку 70 км. Довелося скласти схему чим Бог послав. Вся конструкція зібрана на деталях від старого Ч/Б телевізора та ЕЛТ монітора. У схемі мультивібратора використовуються два КТ961В, два резистори на 3,3кОм і два на 33кОм, конденсатори на 220нФ. Встромив усе це в плату знайдену в телевізорі, без травлення тощо. складних проблем. Сточив старі доріжки, повтикав і спаяв деталі мідними зволіканнями.

Мультивібратор керує транзистором TIP122, здобутим із монітора, який, працюючи в режимі ключа, подає струм на котушку. Транзистор досить сильно гріється навіть при живленні від 5 вольт, тому необхідний великий радіатор і примусове охолодження.

Для захисту від самоіндукції до контактів котушки поставив діод 5TUZ47. З підключенням діода постало питання, як його правильно ставити? В інтернеті знайшов схему підключення діода до реле, за тією схемою діод стояв навпаки, але у мене нічого не стало працювати, встромив як зараз на схемі, все працює на ура.

Схема розраховувалася з імпортними аналогами BD135, під роботу від 12 вольт від АКБ. Замість котушки за її відсутністю в прозі використовував лампочку з аналогічними характеристиками.

На практиці акумулятора не виявилося, використовував БП від комп'ютера на 200Вт. Від живлення в 12 вольт розряд вдвічі слабше, ніж при живленні від 5 вольт (і ключ і мультивібратор від 5В). Так само конструкція працює від двох пальчикових батарейок, розряд стає трохи коротшим і в кольорі додається синього відтінку. Тепер про частоту роботи. При підключенні на ключ 5В, а на М/В 12 вольт частота значно збільшується і розряд починає піщати. Спочатку в схемі мультивібратора був підстроювальний резистор 47кОм для управління частотою (просто для експерименту). За результатами моделювання в мультисимі частота мультивібратора була від 40 до 120 Гц. На практиці, думаю, приблизно так і було, на мінімальній частоті було помітно мерехтіння світлодіода, при збільшенні частоти мерехтіння переходило в постійне світіння, коли брався за висновки, була відчутна пульсація на пальцях і пальці трохи німіли. Після видалення підстроювального резистора частота (при моделюванні) стала близько 500Гц з невеликими стрибками в обидві сторони. На практиці, судячи з рівного звуку, стрибки не дуже позначаються на роботі. З виведення котушки виходить розряд довжиною 5-6мм білого з блакитним відтінком кольору.

Список радіоелементів

Якщо розібратися, вся електроніка складається з великої кількості окремих цеглинок. Це транзистори, діоди, резистори, конденсатори, індуктивні елементи. А вже з цих цеглин можна скласти все, що завгодно.

Від нешкідливої ​​дитячої іграшки, що видає, наприклад, звук «мяу», до системи наведення балістичної ракети з головною частиною, що розділяється, на вісім мегатонних зарядів.

Однією з дуже відомих схем, що часто застосовуються в електроніці, є симетричний мультивібратор, який являє собою електронний пристрій, що виробляє (генерує) коливання за формою, що наближаються до прямокутної.

Мультивібратор збирається на двох транзисторах чи логічних схемах з додатковими елементами. По суті, це двокаскадний підсилювач з ланцюгом позитивного зворотного зв'язку (ПОС). Це означає, що вихід другого каскаду з'єднаний через конденсатор із входом першого каскаду. В результаті підсилювач за рахунок позитивного зворотного зв'язку перетворюється на генератор.

Для того, щоб мультивібратор почав генерувати імпульси, достатньо підключити напругу живлення. Мультивібратори можуть бути симетричнимиі несиметричними.

На малюнку представлена ​​схема симетричного мультивібратора.

У симетричному мультивібраторі номінали елементів кожного з двох плечей абсолютно однакові: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Якщо подивитися на осцилограму вихідного сигналу симетричного мультивібратора, легко помітити, що прямокутні імпульсиі паузи між ними однакові за часом. t імпульсу ( t і) = t паузи ( t п). Резистори в колекторних ланцюгах транзисторів не впливають на параметри імпульсів, і їх номінал підбирається залежно від типу транзистора, що застосовується.

Частота проходження імпульсів такого мультивібратора легко вираховується за нескладною формулою:

Де f – частота в герцах (Гц), С – ємність у мікрофарадах (мкФ) та R – опір у кілоомах (кОм). Наприклад: С = 0,02 мкФ, R = 39 кОм. Підставляємо у формулу, виконуємо дії та отримуємо частоту у звуковому діапазоні приблизно рівну 1000 Гц, а точніше 897,4 Гц.

Сам по собі такий мультивібратор нецікавий, тому що він видає один немодульований «писк», але якщо елементами підібрати частоту 440 Гц, а це нота Ля першої октави, ми отримаємо мініатюрний камертон, за допомогою якого можна, наприклад, налаштувати гітару в поході. Єдине, що потрібно зробити, це додати каскад підсилювача на одному транзисторі та мініатюрний динамік.

Основними характеристиками імпульсного сигналу прийнято вважати такі параметри:

Частота. Одиниця виміру (Гц) Герц. 1 Гц – одне коливання за секунду. Частоти, що сприймаються людським вухом, перебувають у діапазоні 20 Гц – 20 кГц.

Тривалість імпульсу. Вимірюється в частках секунди: милі, мікро, нано, піко і таке інше.

Амплітуда. У розглянутому мультивібраторі регулювання амплітуди не передбачено. У професійних приладах використовується і ступінчасте та плавне регулювання амплітуди.

Добре. Відношення періоду (Т) до тривалості імпульсу ( t). Якщо довжина імпульсу дорівнює 0,5 періоду, то шпаруватість дорівнює двом.

Виходячи з наведеної вище формули, легко розрахувати мультивібратор практично на будь-яку частоту за винятком високих і надвисоких частот. Там діють дещо інші фізичні принципи.

Для того щоб мультивібратор видавав кілька дискретних частот, достатньо поставити двосекційний перемикач і п'ять шість конденсаторів різної ємності, природно однакові в кожному плечі і за допомогою перемикача вибирати необхідну частоту. Резистори R2, R3 також впливають на частоту і шпаруватість і їх можна зробити змінними. Ось ще одна схема мультивібратора з підстроюванням частоти перемикання.

Зменшення опору резисторів R2 і R4 менше певної величини залежить від типу застосовуваних транзисторів може викликати зрив генерації і мультивібратор працювати не буде, тому послідовно з резисторами R2 і R4 можна підключити змінний резистор R3, яким можна підібрати частоту перемикань мультивібратора.

Практичне застосування симетричного мультивібратора дуже широке. Імпульсна обчислювальна техніка, радіовимірювальна апаратура під час виробництва побутової техніки. Дуже багато унікальної медичної техніки побудовано на схемах, в основі яких лежить цей мультивібратор.

Завдяки винятковій простоті та невисокій вартості мультивібратор знайшов широке застосування у дитячих іграшках. Ось приклад звичайної мигалки на світлодіодах.

При вказаних на схемі величинах електролітичних конденсаторів С1, С2 та резисторів R2, R3 частота імпульсів буде 2,5 Гц, а отже, світлодіоди будуть спалахувати приблизно двічі на секунду. Можна використовувати схему, запропоновану вище, і включити змінний резистор спільно з резисторами R2, R3. Завдяки цьому можна буде подивитися, як змінюватиметься частота спалахів світлодіодів при зміні опору змінного резистора. Можна поставити конденсатори різних номіналів та спостерігати за результатом.

Будучи ще школярем, я збирав на мультивібратор перемикач ялинкових гірлянд. Все вийшло, але коли підключив гірлянди, то мій приладчик став перемикати їх з дуже високою частотою. Через це у сусідній кімнаті телевізор став показувати з дикими перешкодами, а електромагнітне реле у схемі тріщало, як із кулемету. Було й радісно (працює ж!) і трохи страшнувато. Батьки переполошилися ненажарт.

Такий прикрий промах з дуже частим перемиканням не давав мені спокою. І схему перевіряв, і конденсатори за номіналом були ті, що треба. Не врахував лише одного.

Електролітичні конденсатори були дуже старі та висохли. Місткість їх була невелика і зовсім не відповідала тій, що була вказана на їхньому корпусі. Через низьку ємність мультивібратор і працював на вищій частоті і занадто часто перемикав гірлянди.

Приладів, якими можна було б виміряти ємність конденсаторів, на той час у мене не було. Та й тестером користувався стрілочним, а не сучасним цифровим мультиметром.

Тому, якщо ваш мультивібратор видає підвищену частоту, то спочатку перевіряйте електролітичні конденсатори. Благо зараз можна за невеликі гроші купити універсальний тестер радіокомпонентів, яким можна виміряти ємність конденсатора.

У цій статті розповімо про мультивібратор, як він працює, методи підключення навантаження на мультивібратор і розрахунок транзисторного симетричного мультивібратора.

Мультивібратор- Це простий генератор прямокутних імпульсів, який працює в режимі автогенератора. Для його роботи необхідно лише живлення від батареї або іншого джерела живлення. Розглянемо найпростіший симетричний мультивібратор на транзисторах. Схема його представлена ​​малюнку. Мультивібратор може бути ускладнений в залежності від необхідних функцій, але всі елементи, представлені на малюнку, є обов'язковими, без них мультивібратор працювати не буде.

Робота симетричного мультивібратора ґрунтується на зарядно-розрядних процесах конденсаторів, що утворюють спільно з резисторами RC-ланцюжка.

Про те, як працюють RC-ланцюжки, я писав раніше у статті Конденсатор , яку ви можете почитати на моєму сайті. На просторах інтернету якщо і знаходиш матеріал про симетричний мультивібратор, то він викладається коротко, і не зрозуміло. Ця обставина не дозволяє радіоаматорам-початківцям щось зрозуміти, а тільки допомагає досвідченим електронникам що-небудь згадати. На прохання одного з відвідувачів мого сайту я вирішив виключити цю прогалину.

Як працює мультивібратор?

У початковий момент подачі живлення конденсатори С1 і С2 розряджені, тому опір току мало. Малий опір конденсаторів призводить до того, що відбувається «швидке» відкривання транзисторів, викликане протіканням струму:

- VT2 по дорозі (показано червоним кольором): «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення»;

— VT1 шляхом (показано синім кольором): «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір розрядженого С2 > базово-емітерний перехід VT1 > — джерела живлення».

Це є «невстановленим» режимом роботи мультивібратора. Триває він протягом дуже малого часу, який визначається лише швидкодією транзисторів. А двох абсолютно однакових за параметрами транзисторів немає. Який транзистор відкриється швидше, той залишиться відкритим — «переможцем». Припустимо, що у нашій схемі це виявився VT2. Тоді, через мале опір розрядженого конденсатора С2 і мале опір колекторно-емітерного переходу VT2, база транзистора VT1 виявиться замкнена на емітер VT1. В результаті транзистор VT1 буде змушений закритися - стати переможеним.

Оскільки транзистор VT1 закритий, відбувається «швидкий» заряд конденсатора С1 шляхом: «+ джерела живлення > резистор R1 > малий опір розрядженого С1 > базово-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Цей заряд відбувається майже до напруги джерела живлення.

Одночасно відбувається заряд конденсатора С2 струмом зворотної полярності шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > малий опір розрядженого С2 > колекторно-емітерний перехід VT2 > - джерела живлення». Тривалість заряду визначається номіналами R3 та С2. Вони визначають час, при якому VT1 знаходиться в закритому стані.

Коли конденсатор С2 зарядиться до напруги приблизно рівним напрузі 0,7-1,0 вольт, його опір збільшиться і транзистор VT1 відкриється напругою прикладеною шляхом: «+ джерела живлення > резистор R3 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». При цьому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. В результаті VT2 закриється, а струм, який раніше проходив через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2, побіжить по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». З цього ланцюга відбудеться швидкий перезаряд конденсатора С2. З цього моменту починається режим автогенерації, що «встановився».

Робота симетричного мультивібратора в режимі генерації, що «встановився»

Починається перший напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.

При відкритому транзисторі VT1 і закритому VT2, як я щойно написав, відбувається швидкий перезаряд конденсатора С2 (від напруги 0,7…1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R4 > малий опір С2 > базово-емітерний перехід VT1 > - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С1 (від напруги джерела живлення однієї полярності, до напруги 0,7 ... 1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «+ джерела живлення > резистор R2 > права обкладка С1 >ліва обкладка С1 > колекторно- емітерний перехід транзистора VT1 - джерела живлення».

Коли, в результаті перезаряду С1, напруга на базі VT2 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT2 транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С2 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT2 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT1 зворотною полярністю. VT1 закриється.

Починається другий напівперіод роботи (коливання) мультивібратора.

При відкритому транзисторі VT2 і закритому VT1 відбувається швидкий перезаряд конденсатора С1 (від напруги 0,7 ... 1,0 вольта однієї полярності, до напруги джерела живлення протилежної полярності) по ланцюгу: + джерела живлення > резистор R1 > малий опір С1 > базо- емітерний перехід VT2> - джерела живлення». Крім того, відбувається повільний перезаряд конденсатора С2 (від напруги джерела живлення однієї полярності до напруги 0,7...1,0 вольта протилежної полярності) по ланцюгу: «права обкладка С2 колекторно-емітерний перехід транзистора VT2 джерела живлення джерела живлення живлення > резистор R3 > ліва обкладка С2». Коли напруга з урахуванням VT1 досягне значення +0,6 вольта щодо емітера VT1, транзистор відкриється. Тому напруга зарядженого конденсатора С1 через відкритий колекторно-емітерний перехід VT1 виявиться прикладеним до емітерно-базового переходу транзистора VT2 зворотною полярністю. VT2 закриється. На цьому другий напівперіод коливання мультивібратора закінчується, і знову починається перший напівперіод.

Процес повторюється до моменту вимкнення мультивібратора від джерела живлення.

Способи підключення навантаження до симетричного мультивібратора

Прямокутні імпульси знімаються з двох точок симетричного мультивібратора- Колекторів транзисторів. Коли одному колекторі присутній «високий» потенціал, то іншому колекторі – «низький» потенціал (він відсутній), і навпаки – коли одному виході «низький» потенціал, то іншому — «високий». Це показано на тимчасовому графіку, зображеному нижче.

Навантаження мультивібратора має підключатися паралельно до одного з колекторних резисторів, але в жодному разі не паралельно транзисторному переходу колектор-емітер. Не можна шунтувати транзистор навантаженням. Якщо цю умову не виконувати, то як мінімум – зміниться тривалість імпульсів, а як максимум – мультивібратор не працюватиме. На малюнку нижче показано, як правильно підключити навантаження, а як не треба це робити.

Для того щоб навантаження не впливало на сам мультивібратор, воно повинно мати достатній вхідний опір. Для цього зазвичай застосовують буферні транзисторні каскади.

На прикладі показано підключення низькоомної динамічної головки до мультивібратора. Додатковий резистор підвищує вхідний опір буферного каскаду, тим самим виключає вплив буферного каскаду на транзистор мультивібратора. Його значення має не менше ніж у 10 разів перевищувати значення колекторного резистора. Підключення двох транзисторів за схемою складового транзистора значно посилює вихідний струм. При цьому правильним є підключення базово-емітерного ланцюга буферного каскаду паралельно колекторному резистори мультивібратора, а не паралельно колекторно-емітерному переходу транзистора мультивібратора.

Для підключення до мультивібратора високоомної динамічної головкибуферний каскад не потрібний. Головка підключається замість одного із колекторних резисторів. Повинна виконуватися єдина умова - струм, що йде через динамічну голівку, не повинен перевищувати максимальний струм колектора транзистора.

Якщо ви хочете підключити до мультивібратора звичайні світлодіоди- зробити «мигалку», то для цього буферні каскади не потрібні. Їх можна підключити послідовно із колекторними резисторами. Пов'язано це з тим, що струм світлодіоду малий, і падіння напруги на ньому під час роботи не більше одного вольта. Тому вони не впливають на роботу мультивібратора. Правда це не стосується надяскравих світлодіодів, у яких і робочий струм вищий, і падіння напруги може бути від 3,5 до 10 вольт. Але в цьому випадку є вихід – збільшити напругу живлення та використовувати транзистори з великою потужністю, що забезпечує достатній струм колектора.

Зверніть увагу, що оксидні (електролітичні) конденсатори підключаються до плюсів колекторів транзисторів. Пов'язано це з тим, що на базах біполярних транзисторів напруга не піднімається вище 0,7 вольта щодо емітера, а в нашому випадку емітери – мінус живлення. А ось на колекторах транзисторів напруга змінюється майже від нуля до напруги джерела живлення. Оксидні конденсатори не здатні виконувати свою функцію під час їх підключення зворотною полярністю. Звичайно, якщо ви будете використовувати транзистори іншої структури (не N-P-N, a P-N-P структури), то крім зміни полярності джерела живлення, необхідно розгорнути світлодіоди катодами "вгору за схемою", а конденсатори - плюсами до баз транзисторів.

Розберемося тепер, які параметри елементів мультивібратора задають вихідні струми та частоту генерації мультивібратора?

На що впливають номінали колекторних резисторів? Я зустрічав у деяких бездарних інтернет-статтях, що номінали колекторних резисторів незначно, але впливають на частоту мультивібратора. Все це повна нісенітниця! При правильному розрахунку мультивібратора відхилення значень цих резисторів більш ніж у п'ять разів від розрахункового не змінить частоти мультивібратора. Головне, щоб їх опір було менше базових резисторів, тому що колекторні резистори забезпечують швидкий заряд конденсаторів. Проте, номінали колекторних резисторів є головними для розрахунку споживаної потужності від джерела живлення, значення якої не повинно перевищувати потужність транзисторів. Якщо розібратися, то при правильному підключенні навіть на вихідну потужність мультивібратора прямого впливу не надають. А ось тривалість між перемиканнями (частота мультивібратора) визначається повільним перезарядом конденсаторів. Час перезаряду визначається номіналами RC ланцюжків – базових резисторів та конденсаторів (R2C1 та R3C2).

Мультивібратор, хоч і називається симетричним, це стосується лише схемотехніки його побудови, а виробляти він може як симетричні, так і не симетричні за тривалістю вихідні імпульси. Тривалість імпульсу ( високого рівня) на колекторі VT1 визначається номіналами R3 та C2, а тривалість імпульсу (високого рівня) на колекторі VT2 визначається номіналами R2 та C1.

Тривалість перезаряджання конденсаторів визначається простою формулою, де Тау- Тривалість імпульсу в секундах, R- Опір резистора в Омах, З– ємність конденсатора у Фарадах:

Таким чином, якщо ви вже не забули написане у цій статті на пару абзаців раніше:

При рівності R2=R3і С1 = С2, на виходах мультивібратора буде "меандр" - прямокутні імпульси з тривалістю, що дорівнює паузам між імпульсами, який ви бачите на малюнку.

Повний період коливання мультивібратора – Tдорівнює сумі тривалостей імпульсу та паузи:

Частота коливань F(Гц) пов'язана з періодом Т(Сік) через співвідношення:

Як правило, в інтернеті якщо і є якісь розрахунки радіоланцюгів, то вони мізерні. Тому зробимо розрахунок елементів симетричного мультивібратора на прикладі .

Як і будь-які транзисторні каскади, розрахунок необхідно вести з кінця – виходу. А на виході у нас стоїть буферний каскад, потім стоять колекторні резистори. Колекторні резистори R1 та R4 виконують функцію навантаження транзисторів. На частоту генерації колекторні резистори ніякого впливу не мають. Вони розраховуються, виходячи з параметрів вибраних транзисторів. Отже, спочатку розраховуємо колекторні резистори, потім базові резистори, потім конденсатори, та був і буферний каскад.

Порядок та приклад розрахунку транзисторного симетричного мультивібратора

Вихідні дані:

Напруга живлення Uі.п. = 12 В.

Необхідна частота мультивібратора F = 0,2 Гц (Т = 5 секунд), причому тривалість імпульсу дорівнює 1 (однієї) секунді.

Як навантаження використовується автомобільна лампочка розжарювання на 12 вольт, 15 ват.

Як ви здогадалися, ми розраховуватимемо «мигалку», яка блиматиме один раз за п'ять секунд, а тривалість свічення – 1 секунда.

Вибираємо транзистори для мультивібратора. Наприклад, у нас є найпоширеніші за радянських часів транзистори КТ315Г.

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

Транзистори для буферного каскаду вибирають з струму навантаження.

Щоб не зображати схему двічі, я вже підписав номінали елементів на схемі. Їхній розрахунок наводиться далі в Рішенні.

Рішення:

1. Перш за все, необхідно розуміти, що робота транзистора при великих струмах у ключовому режимі є найбільш безпечною для самого транзистора, ніж робота в підсилювальному режимі. Тому розрахунок потужності для перехідного стану в моменти проходження змінного сигналу через робочу точку «В» статичного режиму транзистора — переходу з відкритого стану в закритий і назад проводити немає необхідності. Для імпульсних схем, побудованих на біполярних транзисторівзазвичай розраховують потужність для транзисторів, що знаходяться у відкритому стані.

Спочатку визначимо максимальну потужність, що розсіюється транзисторів, яка повинна становити значення, на 20 відсотків менше (коефіцієнт 0,8) максимальної потужності транзистора, зазначеної в довіднику. Але навіщо нам заганяти мультивібратор у жорсткі рамки великих струмів? Та й від підвищеної потужності споживання енергії від джерела живлення буде більшим, а користі мало. Тому визначивши максимальну потужність розсіювання транзисторів зменшимо її в 3 рази. Подальше зниження потужності, що розсіюється, небажано тому, що робота мультивібратора на біполярних транзисторах в режимі слабких струмів – явище «не стійке». Якщо джерело живлення використовується не тільки для мультивібратора, або він не зовсім стабільний, буде плавати і частота мультивібратора.

Визначаємо максимальну потужність, що розсіюється: Рас.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150мВт = 120мВт

Визначаємо номінальну розсіювальну потужність: Pрас.ном. = 120/3 = 40мВт

2. Визначимо струм колектора у відкритому стані: Iк0 = Pрас.ном. / Uі.п. = 40мВт/12В = 3,3мА

Приймемо його за максимальний струм колектора.

3. Знайдемо значення опору та потужності колекторного навантаження: Rк.заг = Uі.п./Iк0 = 12В/3,3мА = 3,6 кОм

Вибираємо в номінальному ряді резистори максимально близькі до 3,6 кОм. У номінальному ряді резисторів є номінал 3,6 ком, тому попередньо вважаємо значення колекторних резисторів R1 і R4 мультивібратора: Rк = R1 = R4 = 3,6 кОм.

Потужність колекторних резисторів R1 і R4 дорівнює номінальній розсіюваної потужності транзисторів Pрас.ном. = 40 мВт. Використовуємо резистори потужністю, що перевищує зазначену Pрас.ном. - Типу МЛТ-0,125.

4. Перейдемо до розрахунку базових резисторів R2 та R3. Їх номінал знаходять, виходячи з коефіцієнта посилення транзисторів h21. При цьому, для надійної роботи мультивібратора значення опору має бути в межах: в 5 разів більше опору колекторних резисторів, і менше твору Rк * h21. Rmin = 3,6 * 5 = 18 кОм, а Rmax = 3,6 * 50 = 180 кОм

Таким чином, значення опорів Rб (R2 та R3) можуть перебувати в межах 18...180 кОм. Попередньо вибираємо середнє значення = 100 кОм. Але воно не остаточне, тому що нам необхідно забезпечити необхідну частоту мультивібратора, а як я писав раніше, частота мультивібратора залежить від базових резисторів R2 і R3, а також від ємності конденсаторів.

5. Обчислимо ємності конденсаторів С1 та С2 і при необхідності перерахуємо значення R2 та R3.

Значення ємності конденсатора С1 та опору резистора R2 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT2. Саме під час дії цього імпульсу наша лампочка має спалахувати. А за умови було задано тривалість імпульсу 1 секунда.

визначимо ємність конденсатора: С1 = 1сек / 100кОм = 10 мкф

Конденсатор ємністю 10 мкФ є в номінальному ряді, тому він нас влаштовує.

Значення ємності конденсатора С2 та опору резистора R3 визначають тривалість вихідного імпульсу на колекторі VT1. Саме під час дії цього імпульсу на колекторі VT2 діє пауза і наша лампочка не повинна світитися. А за умови був заданий повний період 5 секунд із тривалістю імпульсу 1 секунда. Отже, тривалість паузи дорівнює 5-1сек = 4 секунди.

Перетворивши формулу тривалості перезаряджання, ми визначимо ємність конденсатора: С2 = 4сек / 100кОм = 40 мкф

Конденсатор, ємністю 40 мкф відсутній у номінальному ряді, тому він нас не влаштовує, і ми візьмемо максимально близький до нього конденсатор ємністю 47 мкф. Але як ви розумієте, зміниться час «паузи». Щоб цього не сталося, ми перерахуємо опір резистора R3виходячи з тривалості паузи та ємності конденсатора С2: R3 = 4сек / 47 мкФ = 85 кОм

За номінальним рядом, найближче значення опору резистора дорівнює 82 кОм.

Отже, ми отримали номінали елементів мультивібратора:

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

6. Розрахуємо номінал резистора R5 буферного каскаду.

Опір додаткового обмежувального резистора R5 для виключення впливу на мультивібратор вибирається не менше ніж у 2 рази більше опору колекторного резистора R4 (а в деяких випадках і більше). Його опір разом із опором емітерно-базових переходів VT3 і VT4 в цьому випадку не впливатиме на параметри мультивібратора.

R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 кОм

За номінальним рядом найближчий резистор дорівнює 7,5 кОм.

При номіналі резистора R5 = 7,5 кОм струм управління буферним каскадом дорівнюватиме:

Iупр. = (Uі.п. - Uбе) / R5 = (12в - 1,2в) / 7,5 кОм = 1,44 мА

Крім того, як я писав раніше, номінал колекторного навантаження транзисторів мультивібратора не впливає на його частоту, тому якщо у вас немає такого резистора, ви можете його замінити на інший «близький» номінал (5 … 9 кОм). Краще, якщо це буде у бік зменшення, щоб не було падіння струму, що управляє, на буферному каскаді. Але врахуйте, що додатковий резистор є додатковим навантаженням транзистора VT2 мультивібратора, тому струм, що йде через цей резистор, складається зі струмом колекторного резистора R4 і навантажувальний для транзистора VT2: Iобщ = Iк + Iупр. = 3,3мА + 1,44мА = 4,74мА

Загальне навантаження на колектор транзистора VT2 у межах норми. У разі перевищення максимального струму колектора вказаного за довідником і помноженого на коефіцієнт 0,8 , збільште опір R4 до достатнього зниження струму навантаження, або використовуйте потужніший транзистор.

7. Нам необхідно забезпечити струм на лампочці Iн = Рн/Uі.п. = 15Вт / 12В = 1,25 А

Але струм управління буферним каскадом дорівнює 1,44 мА. Струм мультивібратора необхідно збільшити на значення, що дорівнює відношенню:

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

Як це зробити? Для значного посилення вихідного струмувикористовують транзисторні каскади, побудовані за схемою «складеного транзистора». Перший транзистор зазвичай малопотужний (ми використовуватимемо КТ361Г), він має найбільший коефіцієнт посилення, а другий має забезпечувати достатній струм навантаження (візьмемо щонайменше поширений КТ814Б). Тоді їх коефіцієнти передачі h21 множаться. Так, у транзистора КТ361Г h21>50, а транзистора КТ814Б h21=40. А загальний коефіцієнт передачі цих транзисторів, включених за схемою складового транзистора: h21 = 50 * 40 = 2000. Ця цифра більша, ніж 870, тому цих транзисторів цілком достатньо для керування лампочкою.

Ну от, власне, і все!