Вариант №045 "Пять схем мультивибраторов". Приводится схема классического симметричного мультивибратора на двух транзисторах, описывается принцип работы. На основе этой схемы рассматривается пять вариантов её практического исполнения: 1. Звуковой зуммер; 3. Зуммер с усилителем на КТ315; 3. Метроном с частотой около 1Гц; 4. Светодиодный маяк на двух светодиодах; 5. Мультивибратор на трёх транзисторах и светодиодах с реализацией эффекта "бегущая волна". В комплект входят необходимые детали для 5 схем, элементы питания (2х1,5В), схемы и описание.
Мультивибратор – это устройство, вырабатывающее прямоугольные импульсы. Особенностью этого устройства является то, что кроме основной частоты, он вырабатывает гармоники, кратные основной частоте, поэтому его название состоит из двух частей: «мульти – много» и «вибро – колеблю». Ниже представлена классическая схема симметричного мультивибратора.
Если развернуть транзистор VT1, резистор R3 и конденсатор C2 влево, получится двухкаскадный усилитель звуковой частоты на двух транзисторах. И если мы соединим вход этого усилителя с его выходом, возникнет положительная обратная связь. Усилитель самовозбудится и превратится в генератор, частота которого будет определяться сопротивлением резисторов R2, R3 и ёмкостью конденсаторов С1, С2. Исходя из названия мультивибратора «симметричный», номиналы элементов R1=R4, R2=R3, C1=C2, VT1=VT2. Соответственно, длина вырабатываемого импульса равна половине длины периода (или скважность равна двум); длина периода делится на длину импульса. Если не будет соблюдаться равенство частотозадающих элементов R2=R3 и С1=С2, длина импульса не будет равной половине периода.
Мультивибратор уже не будет симметричным. Рассмотрим работу мультивибратора. Несмотря на то, что оба плеча мультивибратора симметричны, одинаковые элементы имеют незначительные отклонения своих номиналов друг от друга. В результате чего какой-то из транзисторов открывается быстрее. Рассмотрим момент, когда открыт транзистор VT2: ток от источника питания протекает через резистор R1 (зелёные стрелки), заряжает конденсатор С1, переход база-эмиттер VT2, минус источника питания. Одновременно протекает ток через резистор R3 (красные стрелки), перезаряжается конденсатор С2, открытый переход коллектор -эмиттер VT2. Учитывая то, что сопротивление R2,R3 всегда больше R1,R4, логично сделать вывод, что конденсатор С1 зарядится быстрее, чем перезарядится С2.
Во время перезарядки конденсатора С2 растёт напряжение на базе транзистора VT, и в определённый момент это напряжение достигает порога открытия транзистора VT1. К этому времени С1 полностью заряжен до напряжения источника питания. Сопротивление перехода коллектор-эмиттер VT1 резко уменьшается, заряд конденсатора С1 через открытый переход VT1 прикладывается к переходу база-эмиттер VT2, в результате чего VT2 резко закрывается. Начинается процесс заряда С2 через R4, С2, база-эмиттер VT1, поддерживающий транзистор VT1 в открытом состоянии до того момента, пока не разрядится полностью С1, а потом не зарядится до напряжения открытия транзистора VT2. Весь процесс повторится сначала.
Частота колебаний обратно пропорционально зависит от сопротивления R2, R3 и ёмкости конденсаторов С1, С2 (чем меньше сопротивление и ёмкость, тем выше частота). Частота мультивибратора может лежать в пределах от долей Герца до десятков Мегагерц. Верхний предел генерации будет зависеть от возможностей применяемых транзисторов. В этом варианте рассмотрим схемы мультивибраторов, работающих на низкой частоте (около 1 герца). Используя в качестве нагрузки динамик (рис.1), можно изготовить метроном. В динамике будут раздаваться щелчки с заданной частотой.
Если вместо динамика установить в одну или обе коллекторные цепи светодиоды, получим маячок. Если заменить электролитические конденсаторы ёмкостью в десятки микрофарад на конденсаторы ёмкостью в десятые и сотые доли микрофарада, получим мультивибратор, работающий в звуковом диапазоне. Если к мультивибратору подключить усилитель на одном транзисторе, громкость звучания увеличится. Развернув одно из плеч и добавив ещё один аналогичный каскад, получим трёхфазный мультивибратор.
На базе этой схемы можно изготовить устройство «бегущая волна». Пример применения мультивибратора на более высоких частотах (как передатчик в вещательном FM диапазоне 65 – 108МГц) описан на сайте http://cxem.net/ в статье «Микропередатчик со стабилизацией тока».
Если вместо светодиода установить электромагнитное реле, можно управлять переключением различных устройств (реле поворотов). При сопряжении двух и более мультивибраторов, вырабатывающих различные частоты, можно создать различные многоголосые устройства (двухтональная сирена, мелодичный звонок).
Во всех схемах используются транзисторы КТ315. Можно применить другие маломощные транзисторы n-p-n структуры. При использовании транзисторов p-n-p структуры необходимо поменять полярность источника питания.