Мультивибратор_на_тиристорах_с_регулируемой_частотой

Мультивибратор_на_тиристорах_с_регулируемой_частотой

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 схемотехникой, типом 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.

Содержание

История [ править | править код ]

Мультивибратор изобретён в годы Первой Мировой войны французскими учеными Анри Абрахамом и Эженом Блохом и впервые описан в статье опубликованной в журнале Annales de Physique в 1919 г. [1]

Название мультивибратор для устройства 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»).

Некоторые типы и классификация мультивибраторов [ править | править код ]

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 [что?] .

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 синхронизовать частоту колебаний автоколебательного мультивибратора под частоту синхронизирующего сигнала или сделать кратной ей (режим «захвата частоты») для автоколебательных мультивибраторов.

Мультивибратор Шмитта [ править | править код ]

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

Симметричный мультивибратор [ править | править код ]

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, — генерация самопроизвольно срывается, и для восстановления генерации устройство надо перезапускать, например, подачей импульса на базу одного из транзисторов, что во многих применениях неприемлемо.

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.

Читайте также:  Сухари_для_цезаря_в_микроволновке

Симметричный мультивибратор по «классической» схеме 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 | править код ]

Моностабильный мультивибратор [ править | править код ]

Разновидность ждущего мультивибратора, имеющего одно стабильное состояние и одно неустойчивое. При поступлении запускающего импульса одностабильный мультивибратор (одновибратор) переключается в неустойчивое состояние на время t = ln ⁡ ( 2 ) ⋅ R 2 ⋅ C 1 <displaystyle t=ln(2)cdot R_<2>cdot C_<1>> , 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 [2] [3] .

Бистабильный мультивибратор [ править | править код ]

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 определённого времени с момента последнего переключения (так называемое «мёртвое время переключения») и происходит в момент поступления фронта синхронизирующего сигнала.

Мультивибратор на операционном усилителе [ править | править код ]

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

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 направления 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 | править код ]

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 ещё 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.

Читайте также:  Можно_ли_обои_покрыть_бесцветным_лаком

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 положительней 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 | править код ]

Длительность одной из двух частей периода равна

t = ln ⁡ 2 ⋅ R C <displaystyle t=ln 2cdot RC>

Длительность периода из двух частей равна:

T = t 1 + t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 C 1 + ln ⁡ 2 ⋅ R 3 C 2 <displaystyle T=t_<1>+t_<2>=ln 2cdot R_<2>C_<1>+ln 2cdot R_<3>C_<2>>

f = 1 T = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 2 C 1 + R 3 C 2 ) ≈ 1 0.693 ⋅ ( R 2 C 1 + R 3 C 2 ) <displaystyle f=<frac <1>>=<frac <1><ln 2cdot (R_<2>C_<1>+R_<3>C_<2>)>>approx <frac <1><0.693cdot (R_<2>C_<1>+R_<3>C_<2>)>>> ,

В особом случае, когда

f = 1 T = 1 ln ⁡ 2 ⋅ 2 R C ≈ 0.721 R C <displaystyle f=<frac <1>>=<frac <1><ln 2cdot 2RC>>approx <frac <0.721>>>

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 01.Ч11,1969 (№ 1342675!26-9) с присоединением заявки №

Опубликовано 02.ill.1971. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 15Х1,1971

Комитет оо делам иаобретеиий и открытий при Совете Министров

УДК 621.373,431.1(088.8) Авторы изобретения

М, Я. Букшпун и Н. И. Макогон

МУЛЬТИВИБРАТОР HA ТИРИСТОРАХ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в генераторах импульсов, синхронизирующих работу различных устройств.

Известны мультивибраторы на тиристорах, в которых в качестве пороговых элементов используются, например, стабилитроны или диоды.

Недостатком известных мультивибраторов является невысокая стабильность частоты генерируемых колебаний при изменении напря. жения источника питания.

Это объясняется тем, что в известных мультивибраторах тиристоры имеют фиксированный порог срабатывания, а крутизна экспоненты, по которой происходит заряд конденсатора, изменяется при изменении напряжения источника питания. Срабатывание тиристоров происходит раньше или позже и, соответственно, изменяется частота генерируемых колебаний.

Цель изобретения — повышение стабильности частоты генерируемых колебаний.

Для этого в предлагаемом устройстве параллельно источнику питания в .плечи моста включены делители на резисторах, причем общая точка соединения резисторов каждого делителя подключена через диод к управляющему электроду соответствующего тирисгора, зашунтированного емкостью.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого мультивибратора.

Мультивибратор состоит из симметричных плеч 1 и 2, включенных параллельно источнику питания. Плечо 1 содержит тиристор 8 и резистор 4, включенные последовательно, и делитель напряхсения на резисторах 5 и 6, включенный:,параллельно тиристору 8 и резистору 4. Общая точка соединения резисторов

10 5 и б через диод 7 подключена к управляющему электроду тиристора 3. Тиристор зашунтирован конденсатором 8, а управляющий переход его — резистором 9.

Плечо 2 вьуполнено аналогично плечу 1 и

15 содержит тиристор 10, резисторы 11 — 14, диод

15, конденсатор 16.

К общей точке соединения тиристора 8 и резистора 4 в плече 1 и общей точке соединения тиристора 10 и резистора 11 в плече 2

20 подключен конденсатор 17.

После включения питающего напряжения начинается заряд конденсаторов 8 и 16 через резисторы 4 и 11 соответственно. Диод 7 будет заперт обратным напряжением до тех пор, 25 пока на пряжение на конденсаторе 8 пе станет равным падению напряжения на резисторе 6.

Читайте также:  Размер_автомата_на_дин_рейку

Аналогично диод 15 будет заперт падением напряжения на резисторе 18.

Пусть падение напряжения на резисторе б

30 меньше, падения напряжения на резисторе 1, 297118

Составитель Г, Челей

Техред А. А. Камышникова Корректор О. Б. Тюрина

Редактор Т. Иванова

Заказ 1548/б Изд. М 661 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий лри Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Если емкости конденсаторов 8 и 1б и сопротивления резисторов 4 и 11 одинаковы, то диод 7 откроется раньше диода 15. Ток, проходящий через диод 7, создает падение напряжения на резисторе 9. Тиристор 3 открывается, и начинается заряд конденсатора 17 через резистор ll. Емкость конденсатора 17 во много раз больше емкости конденсаторов 8 и 1б, и поэтому напряжение на катоде диода 15 будет определяться напряжением на конденсаторе 17. Когда напряжение на конденсаторе 17 станет равным падению напряжения на резисторе 18, диод 15 откроется. При этом падение напряжения на резисторе 14 откроет тиристор 10. Конденсатор 17 разрядится через тиристоры 8 и 10, и ток разряда закроет тиристор 3. Конденсатор 17 начнет заряжаться через резистор 4. Когда напряжение на конденсаторе 17 станет равным падению нагряжения на резисторе б, произойдет вышеописанный процесс, в результате которого открывается тиристор 3. Ток разряда конденсатора 17 закроет тиристор 10, и далее цикл повторяется, Период колебаний, генерируемых мультивибратором, равен суммарному времени заря5 да конденсатора 17 через резисторы 4 и 11, а порог срабатывания каждого тиристора определяется напряжением, снимаемым с делителя, включенного параллельно источнику питания.

Мультивибратор на тиристорах с мостовой схемой включения тиристоров, отличающийся

15 тем, что, с целью повышения стабильности частоты генерируемых колебаний, параллельно источнику питания в плечи моста включены делители на резисторах, причем общая точка соединения резисторов каждого делителя

20 подключена через диод к управляющему электроду соответствующего тиристора, зашунтированного емкостью.

Регулировать напряжение мощного нагрузке удобно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество таких регуляторов заключается в том, что выходной транзистор работает в ключевом режиме, а значит имеет два состояния — открытый или закрытый. Известно, что наибольший нагрев транзистора происходит в полуоткрытом состоянии и требует установки его на радиатор.
Предлагаю простую схему ШИМ регулятора, питается от источника 12В (максимальный ток 10А).

Простой регулируемый ШИМ

Транзисторы VT1 и VT2 образуют мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов и частотой

7кГц. С коллектора VT2 импульсы поступают на ключевой транзистор VT3, который управляет нагрузкой. Скважность регулируется переменным резистором R4:
1. при крайнем левом положении ротора — импульсы на выходе устройства узкие (минимальная мощность)
2. при крайнем правом положении — импульсы широкие (полная мощность)

Простой регулируемый ШИМ

Этим регулятором можно управлять устройствами с питанием 12В (12 В лампа накаливания, двигатель постоянного тока с изолированным корпусом и т.д.). В случае применения регулятора в автомобиле, где минус соединен с корпусом, подключение через pnp транзистор.

Простой регулируемый ШИМ
Варианты подключения

В генераторе могут работать практически любые низкочастотные транзисторы, например КТ315, КТ3102. Ключевой транзистор IRF3205, IRF9530. Если транзистор pnp П210 заменить КТ825, то при этом максимальный ток нагрузки составит 20А!

Простой регулируемый ШИМ
Фото устройства

Ссылка на основную публикацию
Мотоблок_умб_к_урал_двигатель_умз_5б
Мотоблоки Урал можно смело назвать «мастодонтами» среди средств малой механизации. В далекие 90е года указанные приспособления значительно облегчили жизнь агрономам,...
Монтаж_сайдинга_на_осб_без_обрешетки
Многих владельцев каркасных домов, облицованных плитами ОСП, интересует вопрос — можно ли крепить сайдинг на ОСБ без обрешетки. Конечно, можно,...
Морозильник_смоленск_109_инструкция_по_эксплуатации
Общий внутренний объем, л 120 Корректированный уровень звуковой мощности, дБА, не более 46 Мощность замораживания, кг/сут 9 Температура в морозильнике...
Мультиварка_редмонд_как_закрыть_клапан
Крышка — одно из самых уязвимых мест любой мультиварки, в том числе Redmond. Защёлка задействуется минимум 2 раза за каждую...
Adblock detector