Что такое мультивибратор их виды и простые схемы

Мультивибратор, пожалуй, самый распространённый генератор импульсов в электронике и радиотехнике. Игрушки, телевизоры, автомобили и даже компьютеры имеют их в различных вариантах. Что же такое мультивибратор, его назначение и схемы с примерами, рассмотрим в этой статье.

Что такое мультивибратор и для чего нужен

Мультивибратор — это генератор электрических колебаний. В переводе с латыни значит: «мульти» — много, «вибро» — колебание.

В электротехнике встречается много схем мультивибраторов различающихся исполнением, применением различных элементов и режимов работы. Главное назначение устройства – генерировать импульсы для различных целей.

Применение в игрушках позволяет сделать на его основе световую и звуковую сигнализацию. Широко применяется в качестве задающего генератора частоты в радиотехнике: часы, радио, телевидение, вычислительная техника.

Виды мультивибраторов

Как бы ни были сложны и разнообразны схемы мультивибраторов, учитывая режим работы, они делятся на три вида:

  • автоколебательный;
  • моностабильный:
  • бистабильный.

Автоколебательный или нестабильный. Непрерывно генерирует импульсы и ему не нужен внешний источник синхронизации. Устройство сразу начинает работу при подаче напряжения. К этой группе также относят и блокинг-генератор.

Моностабильный. Имеет одно устойчивое положение, а второе – неустойчивое, определяемое параметрами элементов. Как это выглядит. Устройство находится в состоянии покоя до тех пор, пока на него не поступит управляющий сигнал. Перейдя в неустойчивое состояние, начинает работу генератор, до окончания действия сигнала. Такие мультивибраторы получили название одновибраторы или ждущие мультивибраторы.

Бистабильный. Эти устройства имеют два стабильных положения и переключаются из одного состояния в другое подачей внешнего сигнала. Их работа схожа с работой мультивибраторов, но таковыми не являются. Такие устройства относятся к тригерам и рассматривать их не будем.

Кроме классификации по режиму работы, устройства делятся на несимметричные мультивибраторы и симметричные.

Принцип работы мультивибратора

Делать упор в этой статье на то, как работают тот или иной вид, не будем. Описать работу всех видов в одном месте трудно. Однако рассмотрим работу мультивибратора на примере самых распространённых схем. Для примера возьмём две схемы — с симметричным и несимметричным исполнением.

Симметричный

Симметричный мультивибратор
В симметричном плечи работают в противофазе

В начальный период подачи питания транзисторы закрыты, а С1 и С2 полностью разряжены, их сопротивление незначительно. Это должно привести к быстрому открыванию транзисторов Т1 и Т2 через L2>R3>C1> база T1 и L1>R4>C2> база T2. Но в реальности, параметры элементов имеют разброс в характеристиках: ёмкость конденсаторов, сопротивление резисторов и переходы транзисторов различаются. В какой-то момент один из транзисторов начнёт открываться чуть быстрее, допустим T2, что приводит к угнетению Т1 и ещё более быстрому открыванию Т2.

В итоге, с концом цикла мы имеем, что T1 закрыт, а T2 полностью открыт и насыщен. Светодиод L2 светится. Конденсатор C1 заряжен до напряжения питания. При заряженном C1, ток через резистор R1 прекращается. Напряжение на нём равно IBТ2·R2, а на коллекторе T1 соответствует напряжению питания.

Напряжение на коллекторе T2 невелико. Заряженный конденсатор C2, начинает медленно разряжаться через открытый транзистор T2 и R3. Отрицательным напряжением на базе транзистор T1 он остаётся закрытым, до тех пор, пока C2 не начнёт перезаряжаться через R3 и напряжение базы T1 не достигнет порога его полного открывания +0,6 В.

T1 с ростом напряжения приоткрывается, и напряжение на его коллекторе снижается. Это вызывает начало запирания транзистора T2, с ростом напряжения на его коллекторе. При этом через C2 ещё больше открывается транзистор T1. Горит светодиод L1.

Процесс повторяется циклично, а его частота задаётся резисторами и конденсаторами. Такая схема имеет два выхода, с которых снимаются сигналы. Это коллекторы транзисторов Т1 и Т2.

Несимметричный

Выполняется с меньшим количеством элементов и является простейшим на дискретных элементах.Несимметричный мультивибратор

Перед подачей питания оба транзистора закрыты, конденсатор разряжен. Небольшой ток потечёт по цепи R1>C1>L1. По мере зарядки конденсатора транзистор T1 начнёт открываться, одновременно открывая T2. Напряжение на коллекторе T2 нарастает с увеличением его на базе T1. Что приводит к открытию транзисторов. Ток потечёт эмиттер-коллектор Т2 и лампа L1.

Заряженный конденсатор начнёт разряжаться и затем заряжаться обратным зарядом. При росте отрицательного заряда на базе T1 он закроется и закроет Т2. Тока проходящего через резистор R1 недостаточно для поддержания транзисторов открытыми. Потенциал на коллекторе VT2 станет падать, это падение через конденсатор передастся на базу VT1, и транзисторы закроются.

Характеристики мультивибратора

Работа схемы характеризуется несколькими величинами. Это:

  1. Частота. Единица измерения F — герц, Гц.
  2. Амплитуда. Вольт.
  3. Длительность импульса. Единица измерения секунды.
  4. Скважность. Отношение периода Т к длительности импульса t. S=T/tim. Обозначение буквы тау не воспроизводит word и применена прописная буква t.

Если посмотреть осциллографом сигнал, снятый с нагрузки, а для данных мультивибраторов это лампочки, то в идеале мы должны увидеть «меандр». Это форма прямоугольных импульсов с длительностью равной паузам.

Форма импульсов мультивибратора
Импульсы меандр, длительность паузы tp равна длительности импульса tim

На примере схемы симметричного мультивибратора мы видим, что длительность перезаряда конденсаторов определяется цепями:

t1=R2C1 и t2=R3C2Расчет симметричного мультивибратора

Где С – ёмкость в Фарадах: R – сопротивление в Омах.

Амплитуда сигнала или импульса – это максимальное значение напряжения или тока. Амплитуда может выражаться в вольтах или амперах.

Частота колебаний F, выражается в герцах сек/сек=Гц и определяется отношением периода Т (сек) к секунде времени через соотношение:

F=1/T

Расчёт скважности определяется формулой — S=T/tim. Важный параметр колебательного процесса. Не имеет единицы измерения, являясь числовой величиной. Изменяемая величина, например, счётчики-дешифраторы, могут делить импульсы на отдельные.

Схемы мультивибраторов

Простые

Приведённые схемы являются простейшими мультивибраторами по элементам и для повторения. Используемые в них детали можно заменить современными аналогами. Вместо транзистора КТ315 подойдёт импортный аналог BC546, BC547, BC548 или отечественный КТ3102.

Кроме того их можно усовершенствовать. Например, добавив в симметричный «мультик» переменный резистор получится регулировать частоту мигания светодиодов.

Регулируемый симметричный мультивибратор на транзисторах
Регулируемый симметричный мультивибратор на транзисторах

А для получения более качественных импульсов, в мультивибратор можно добавить корректирующие диоды. Также не помешает подобрать конденсаторы с одинаковой емкостью и транзисторы с близким коэффициентом усиления h21Э. Емкость проверяется специальным прибором или мультиметром с имеющим такую возможность, им же проверяется  h21Э транзистора.

Регулируемый симметричный мультивибратор с корректирующими диодами
Корректирующие диоды делают форму сигнала почти идеальной

Это необходимо в случаях, когда нужно чёткое срабатывания устройства.

Трёхфазный

Для создания световых эффектов типа бегущие огни, добавив ещё один каскад, получим трёхфазный мультивибратор. Как видно из схемы, последний каскад связан с первым положительной обратной связью. Так схема понимает, что пора начинать новый цикл.

Трёхфазный мультивибратор

Реле поворотов

Этот генератор можно сделать на полевых транзисторах. Схема такого на рисунке снизу.

Работать устройство начинает сразу после подачи напряжения при замыкании цепи левого или правого поворота. Мощности 60 Ватт вполне достаточно. В автомобилях или мотоциклах для указания поворота используют 2 лампочки по 20 ватт с каждой стороны.Мультивибратор на полевых транзисторахЕсли нужно заменить импортные детали на отечественные, то подойдут аналоги указанных на схеме транзисторов. Для VT1 — КТ814Г, КТ816Г, VT2 — КП723 или КП812А1 с соблюдением распиновки.

С питанием три вольта

Данная схема может работать от двух батареек на 1,5 вольт.Мультивибратор с питанием от 3 вольтНа тиристорах

Мультивибраторы можно собрать на тиристорах, хотя это менее распространённый вариант.Мультивибратор на тиристорахОднако у него есть плюсы. Например, использование сетевого напряжения. В этой схеме реализован эффект «бегущие огни».

Все эти устройства собраны на отдельных элементах, но есть способы собрать вибратор быстрее и проще, применив микросхемы.

На микросхемах

Реализовать устройство на транзисторах нужно обязательно, а после этого пробовать собирать схемы мультивибраторов на микросхемах (ИМС). Микросхемы могут содержать встроенный генератор или с возможностью на её основе сделать его. Дополнив ИМС несколькими элементами, получим, генератор с более чёткими фронтами сигнала, регулируемой частотой или заполнением.

Современные устройства содержат генераторы именно на микросхемах. Многие блоки питания построены как мультивибратор Ройера. В недавнем прошлом чаще всего реализовывал вибраторы на К176ЛА7, предшественницы более надёжной К561ЛА7. Итак, давайте рассмотрим некоторые варианты.

Микросхема NE555

Мультивибраторы, исполненные на ИМС 555 серии, можно встретить во многих схемах генерации сигналов. Это различные звуковые или световые устройства оповещения, игрушек, бытовых приборов и устройств.

Заменить ИМС NE555 можно импортными аналогами AN1555, MC1455, TA7555P или отечественным — 1006ВИ1. Приведу схему мультивибратора на NT555 таймере с регулировкой частоты.

Мультивибратор на микросхеме NE555

При отсутствии сигнала горит светодиод VD1, а при появлении он тухнет и горит VD2. Эта схема может выполнять тест на исправность микросхем данной серии.

Схема мультивибратора на К561ЛА7

Широко распространённая микросхема, на основе которой реализовываются различные устройства. Генераторы звуковых и световых сигналов, металлоискатели и т. д. Аналогом К561ЛА7 является К564ЛА7 или импортная ИМС CD4011BE. Поскольку выход логического элемента является слаботочным, схема практически всегда содержит выходной нагрузочный каскад.Мультивибратор на микросхеме К561ЛА7Мультивибратор собран на 2 логических элементах 2И-НЕ с регулировкой частоты. Если дополнить схему ещё 2 логическими элементами частотой 3 кГц как триггер и с пьезоэлектрическим излучателем в нагрузке, то получится звуковой сигнализатор.Звуковой сигнализатор на К561ЛА7Работает она так, мультивибратор собран на элементах DD1.1 и DD1.2 с частотой 1 Гц. Сигнал поступающий на вывод 8 DD1.3 запускает генератор. Это схема подойдёт автолюбителям, как сигнализатор включения поворотников.

Мультивибратор на ОУ

Мультивибратор можно сделать на операционном усилителе. Такое решение довольно редкое, но встречается. Ниже приведена схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе К140УД1А.

Мультивибратор на операционном усилителе К140УД1А

Итог

Итак, начиная заниматься электроникой, непременно соберите несколько схем из приведённых или подобных им. Это дополнительный опыт и просто интересно понаблюдать. К тому же можно попробовать модернизировать их и получить что-то новое. Удачи.

Оцените статью
( 7 оценок, среднее 5 из 5 )
Телемастерская
Добавить комментарий

  1. Анатолий Николаевич

    Как будет работать мультивибратор если резисторы баз отсоеденить от питания и соединить с коллекторами вместо конденсаторов, а конденсаторы совсем убрать?

    Ответить
  2. Прохожий

    «Если дополнить схему ещё 2 логическими элементами частотой 3 кГц как триггер и с пьезоэлектрическим излучателем в нагрузке, то получится звуковой сигнализатор.» Предложение неудачное. При чём там триггер, где он там, не понятно. Перепишите, пожалуйста. Кстати, схема тоже неудачная. Во время паузы между «писками» ЭП-1 находится под напряжением. Я бы его левый вывод с 10,12,13 ног ЛА7 перекинул на 4 и 8.

    Ответить
  3. денис

    спасибо за материал, интересно знать на какие частоты их можно настраивать

    Ответить