Multivibrátor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2018. szeptember 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 18 szerkesztést igényelnek .

A multivibrátor az elektromos négyszöghullám rezgések relaxációs generátora , rövid frontokkal .

A multivibrátor az egyik leggyakoribb téglalap alakú impulzusgenerátor, amelyet az elektronikában és a rádiótechnikában használnak. Általában egy kétfokozatú rezisztív erősítő , amelyet mély pozitív visszacsatolás vesz körül .

Az elektronikai mérnökökben sokféle multivibrátor áramkört használnak, amelyek különböznek az áramkörben, a felhasznált aktív komponensek típusában ( cső , tranzisztor , tirisztor , mikroelektronika és mások), amelyek működési módban ( önoszcilláló , várakozás, külső szinkronizálással), az erősítő elemek közötti kapcsolat típusa, a generált impulzusok időtartamának és frekvenciájának beállítási módjai és egyéb paraméterek.

Történelem

A multivibrátort az első világháború alatt francia tudósok, Henri Abraham és Eugene Bloch találták fel, és először az Annales de Physique -ben 1919-ben megjelent cikkben írták le [1].

A készülék multivibrátor elnevezését van der Pol holland fizikus javasolta , és ez azt a tényt tükrözi, hogy a multivibrátor derékszögű rezgésének spektrumában sok magasabb harmonikus található - ellentétben a szinuszos rezgés generátorával ("monovibrátor").

A multivibrátorok néhány típusa és osztályozása

Az üzemmódtól függően háromféle multivibrátor létezik:

instabil , önoszcilláló vagy astabil : az eszköz folyamatosan oszcillál, és spontán módon vált egyik állapotból a másikba. Ehhez nincs szükség külső szinkronjelre, ha nem kell rögzíteni az oszcillációs frekvenciát.
monostabil : az egyik állapot stabil, de a másik állapot instabil (tranziens). A multivibrátor egy ideig, az összetevőinek paraméterei alapján, instabil állapotba kerül egy trigger impulzus hatására. Ezután visszatér stabil állapotba, amíg meg nem érkezik a következő trigger impulzus. Az ilyen multivibrátorokat fix időtartamú impulzus képzésére használják, függetlenül a trigger impulzus időtartamától. Ezt a típusú multivibrátort a szakirodalom néha szimpla vibrátornak vagy készenléti multivibrátornak nevezi .
bistabil : a multivibrátor a két állapot bármelyikében stabil, és külső impulzusokkal átkapcsolható egyik állapotból a másikba. Az ilyen eszközöket bistabil flip-flopoknak nevezik . Az ilyen triggereket néha "multivibrátoroknak" nevezik, ami nem helyes, mivel ezek a triggerek csak a multivibrátorok egy alosztályát képezik, de egyáltalán nem.

A multivibrátor besorolása az önoszcillátorok osztályába csak az önoszcillációs üzemmódban indokolt. Készenléti üzemmódban a multivibrátor csak akkor generál impulzusokat, ha szinkronjelek érkeznek a bemenetére.

A szinkronizálási mód abban különbözik az önoszcillálótól, hogy ebben az üzemmódban egy külső vezérlésű (szinkronizáló) oszcilláció segítségével lehetőség van az önoszcilláló multivibrátor rezgési frekvenciájának szinkronizálására a szinkronjel frekvenciájához ill. legyen ennek többszöröse („ frekvenciarögzítés ” mód ) önoszcilláló multivibrátorokhoz.

Schmitt multivibrátora

Néha a multivibrátorokat Schmitt triggereknek nevezik - elektronikus áramkörök, amelyek fizikailag nem multivibrátorok, hanem hiszterézissel rendelkező komparátorok .

Szimmetrikus multivibrátor

Az ábrán példaként bemutatott „klasszikus” multivibrátor áramkör két azonos vezetőképességű tranzisztoron szinte soha nem használatos, mivel rossz frekvenciatulajdonságokkal és nem kellően meredek frontokkal rendelkezik, ami a generálási frekvenciáját MHz egységekre korlátozza. . Az alkatrészértékek (az ellenállások ellenállása és a kondenzátorok kapacitása) csökkenésével a generálási frekvencia növelése érdekében mindkét tranzisztor nyitott vagy telített állapotba kerül generálás nélkül - a generálás spontán megszakad, és a generálás helyreállításához az eszközt újraindítva - például az egyik tranzisztor alapjára impulzussal, ami sok alkalmazásnál elfogadhatatlan.

Szimmetrikus multivibrátorról akkor beszélünk, ha az R1 és R4, R2 és R3 ellenállások páronként egyenlőek, a C1 és C2 kondenzátorok kapacitásai, valamint a Q1 és Q2 tranzisztorok paraméterei megegyeznek.

A szimmetrikus multivibrátor téglalap alakú oszcillációkat (" meander ") hoz létre 2-es munkaciklussal , azaz egy négyszögletes jelet, amelyben az impulzus időtartama és a szünet időtartama megegyezik.

A "klasszikus" séma szerinti szimmetrikus multivibrátort széles körben használják oktatási és demonstrációs célokra, mint az elektromos rezgések legegyszerűbb generátora az áramköri tervezésben . Ennek az áramkörnek a működési elve könnyen érthető, és ez az áramkör is kényelmes, mivel nem igényel terjedelmes és kényelmetlen tekercseket és transzformátorokat a megvalósításához .

Várakozó multivibrátorok

Monostabil multivibrátor

A monostabil multivibrátor, amelyet gyakran egyetlen vibrátornak is neveznek, egyfajta készenléti multivibrátor. Van egy stabil állapota és egy instabil állapota. Trigger impulzus megérkezésekor az egystabil multivibrátor egy időre instabil állapotba kapcsol , és ez az idő nem függ a trigger impulzus időtartamától (a 2. ábrán látható áramkör esetében), majd visszatér stabil állapotba. $t=\ln(2)\cdot R_{2}\cdot C_{1}$

Az impulzusbővítőkben lévő impulzusok alakjának átalakítására egyedi vibrátorokat használnak [ 2] [3] .

Bistabil multivibrátor

A bistabil multivibrátor egyfajta készenléti multivibrátor, amelynek két stabil (stacionárius) állapota van, amelyeket különböző kimeneti feszültségszintek jellemeznek. A bistabil multivibrátorok általában a különböző bemenetekre adott jelek hatására váltanak át egyik stabil állapotból a másikba, amint azt az ábra diagramja mutatja. Ebben az esetben a bistabil multivibrátor egy RS-típusú flip- flop . Egyes áramkörökben egy bemenetet használnak a kapcsoláshoz, amelyre különböző vagy azonos polaritású impulzusokat kapcsolnak; ha egy bemeneten azonos polaritású impulzusokkal kapcsolnak állapotokat, az ilyen eszközöket "számláló bemenettel rendelkező flip-flopoknak" nevezik. ”.

A bistabil multivibrátor a trigger funkció ellátása mellett külső jellel szinkronizált generátorok építésére is szolgál. Az ilyen típusú bistabil multivibrátorok mindegyikében minimális tartózkodási idő vagy minimális rezgési periódus jellemző. A multivibrátor állapotának megváltoztatása csak egy bizonyos idő elteltével lehetséges az utolsó kapcsolás óta (ún. „kapcsolási holtidő”), és a szinkronizáló jel eleje megérkezésekor következik be.

Multivibrátor műveleti erősítőn

Elvileg lehetséges önoszcilláló multivibrátort építeni egy invertáló komparátorra, amelynek hiszterézisét negatív visszacsatolás fedi. A jobb oldali ábrán látható egy példa egy műveleti erősítőt (op amp) használó szerkezetre.

A pozitív visszacsatoló áramkörben található R4 ellenálláspár feszültségosztója az invertáló bemeneten keresztül hiszterézissel az op-erősítőt komparátor üzemmódba viszi át, amelyre az R2, C1 integráló áramkör csatlakozik. Amikor a komparátort állapotról állapotra kapcsoljuk, az integráló áramkörben az áram iránya megváltozik, és a kondenzátor a másik irányba kezd újratölteni, amíg el nem éri az eltérő összehasonlítási küszöböt, és a feszültség polaritását az op kimenetén. - erősítő van kapcsolva. Ebben az áramkörben a műveleti erősítő egyszerre több funkciót lát el: kondenzátor kisülési és töltőfeszültségének forrása, komparátor és kimeneti kapcsoló.

Multivibrátor induktivitásokon

Egyes áramkörökben szimmetrikus multivibrátort használnak, ahol az időzítési lánc nem a kondenzátor töltését használja, hanem az önindukciós EMF előfordulását a fojtótekercsekben. Ebben az esetben a multivibrátor kapcsolásakor fellépő önindukciós feszültségimpulzusok felhasználhatók megnövelt feszültség elérésére .

A "klasszikus" kéttranzisztoros multivibrátor működési elve

Az áramkör két instabil állapot egyikében lehet, és időszakonként átvált egyikről a másikra és vissza. Az átmeneti fázis nagyon rövid az állapotok időtartamához képest, a mély pozitív visszacsatolás miatt, amely átíveli a két erősítési szakaszt.

Tegyük fel, hogy 1-es állapotban Q1 zárt, Q2 nyitott és telített, míg C1 gyorsan feltöltődik a Q2 és Q2 nyitott bázisátmenetének áramával majdnem a tápfeszültségig, majd egy teljesen feltöltött C1-től R1-ig. , az áram leáll, a C1 feszültsége (Q2 bázisárama) R2, a Q1 kollektoron pedig a tápfeszültségre.

Ebben az esetben a Q2 kollektorán lévő feszültség kicsi (egyenlő a telített tranzisztor feszültségesésével).

A korábban az előző 2-es állapotban feltöltött C2 (polaritás a séma szerint) lassan kisül a nyitott Q2-n és R3-on keresztül. Ebben az esetben a Q1 bázisán a feszültség negatív, és ezzel a feszültséggel zárt állapotban marad. A Q1 reteszelt állapota mindaddig megmarad, amíg a C2 fel nem töltődik az R3-on keresztül, és a Q1 alján lévő feszültség el nem éri a kioldási küszöböt (körülbelül +0,6 V). Ugyanakkor a Q1 enyhén nyitni kezd, kollektorának feszültsége csökken, ami miatt a Q2 blokkolni kezd, a Q2 kollektor feszültsége növekedni kezd, ami a C2 kondenzátoron keresztül még jobban kinyitja a Q1-et. Ennek eredményeként egy lavinaszerű regenerációs folyamat alakul ki az áramkörben, ami ahhoz vezet, hogy a Q1 nyitott telített állapotba kerül, a Q2 pedig éppen ellenkezőleg, teljesen blokkolva van.

Továbbá az áramkörben az oszcillációs folyamatok periodikusan megismétlődnek.

A zárt állapotban lévő tranzisztorok időtartamát a Q2 - T 2 \u003d C1 R2, a Q1 - T 1 \u003d C2 R3 időállandói határozzák meg .

Az R1 és R4 értékei sokkal kisebbek, mint az R3 és R2, így a kondenzátorok R1 és R4 töltése gyorsabb, mint az R3 és R2 kisütése. Minél hosszabb a kondenzátorok töltési ideje, annál pozitívabbak lesznek az impulzusok frontja. De az R3/R1 és R2/R4 arányok nem lehetnek nagyobbak, mint a megfelelő tranzisztorok erősítése, különben a tranzisztorok nem nyílnak ki teljesen.

Multivibrátor frekvencia

Az időszak két részéből az egyik időtartama az

t=\ln 2\cdot RC

A két részből álló időszak időtartama egyenlő:

T=t_{1}+t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}C_{1}+\ln 2\cdot R_{3}C_{2}

f={\frac {1}{T))={\frac {1}{\ln 2\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2)))))\approx { \ frac {1}{0,693\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}

ahol

f a frekvencia Hz - ben ,
R 2 és R 3 - ellenállásértékek ohmban , _
C 1 és C 2 a kondenzátorok értékei faradokban ,
T az időszak időtartama (ebben az esetben az időszak két részének összege).

Különleges esetben , amikor

t 1 \ u003d t 2 (50%-os ciklus),
R 2 \ u003d R 3 ,
C 1 \ u003d C 2 ,

f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot 2RC}}\kb {\frac {0,721}{RC}}

Lásd még

Jegyzetek

↑ Ábrahám, H.; E. Bloch. Mesure en valeur absolue des périodes des oscillations électriques de haute fréquence ( francia) Annales de Physique :magazin. - Párizs: Société Française de Physique, 1919. - 1. évf. 9 , n o 1 . - P. 237-302 . - doi : 10.1051/jphystap:019190090021100 .
↑ http://library.espec.ws/books/constructor/Part1/1-3.htm Archiválva : 2009. október 8. a Wayback Machine Pulse Expandernél
↑ http://cxem.net/beginner/beginner27.php Archiválva : 2009. augusztus 5. a Wayback Machine Pulse Expandernél

Irodalom

Manaev E.I. A rádióelektronika alapjai. - M . : Rádió és kommunikáció, 1990. - S. 322-325. - ISBN 5-256-00408-5 .