Простые мигалки со светодиодами на основе мультивибратора (КТ315)

Мультивибра́тор

— релаксационный генератор электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами.

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

  • 1 История
  • 2 Некоторые типы и классификация мультивибраторов 2.1 Мультивибратор Шмитта
  • 2.2 Симметричный мультивибратор
  • 2.3 Ждущие мультивибраторы 2.3.1 Моностабильный мультивибратор
  • 2.3.2 Бистабильный мультивибратор
  • 2.4 Мультивибратор на операционном усилителе
  • 3 Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора
      3.1 Частота мультивибратора
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки
  • Мультивибраторы на полевых транзисторах КР504НТ

    Симметричные и несимметричные мультивибраторы различного назначения можно строить не только на биполярных транзисторах, но и на полевых. Один из примеров тому вы найдете в [1]. Учитывая, что полевые транзисторы имеют ряд преимуществ перед биполярными, основное из которых — крайне малый ток в цепи управления при работе на низкой частоте или в статическом режиме, можно полагать, что и обычный двухтранзисторный мультивибратор, но только на полевых транзисторах, окажется в выигрышном положении перед аналогичными узлами, собранными на их биполярных собратьях.

    Схему первого мульвибратора вы видите на рис. 1. Работа его во многом аналогична работе мультивибратора на p-n-р биполярных транзисторах — светодиоды так же будут перемигиваться. Отличие в том, что для закрывания каждого из транзисторов VT1.1, VT1.2 необходимо приложить положительное напряжение затвор-исток, которое должно превышать напряжение отсечки этих транзисторов (около 4 В). Это происходит при каждом переключении плеч мультивибратора, благодаря наличию времязадающих конденсаторов С1, С2. Именно поэтому и нет необходимости в двухполярном источнике питания.

    Рис. 1

    Частота переключения транзисторов в этом генераторе — один раз в 6 с. При установке качественных электролитических конденсаторов (с малым током утечки), емкостью 100…4700 мкФ, можно добиться переключения транзисторов с периодом в несколько десятков минут, что недостижимо для простых устройств на биполярных транзисторах.

    Сопротивления резисторов R2 и R3 могут отличаться в несколько тысяч раз, например, R2 можно взять 30 МОм, a R3 — 10 кОм. Мультивибратор при этом станет несимметричным. Таким же образом изменяются и емкости конденсаторов. Нужным образом подобрав эти элементы, можно получить на выводе стока одного из транзисторов очень короткие импульсы, следующие с большой скважностью (100… 10000). Если в устройстве, изготовленном по схеме рис. 1, вместо обычных светодиодов в качестве нагрузки транзисторов включить мигающие, например, L-36BSRD, то любой из них, мигнув несколько раз, будет отдыхать, пока мигает его сосед.Если потребуется работа мультивибратора на звуковых частотах, то сопротивление резисторов R2 и R3 нужно уменьшить в 10…20 раз, а конденсаторы взять емкостью несколько сотен пикофарад.

    Вместо обычных резисторов R2, R3 можно установить фоторезисторы (ФСК, СФ2-х, СФЗ-х, ФР117 и др.). При этом частота переключения транзисторов будет изменяться в несколько тысяч раз в зависимости от уровня освещенности. Следует только отметить, что при сопротивлении резисторов R2, R3 менее 3 кОм генерация может срываться.

    Мультивибратор, изготовленный по схеме, приведенной на рис. 1, требует применения полевых транзисторов с большим начальным током стока (10…30 мА). При отсутствии таких сборок из серии КР504, можно собрать аналогичный мультивибратор по схеме, приведенной на рис. 2. Здесь полевые транзисторы работают с меньшим током стока, а чтобы получить достаточную яркость светодиодов, установлены усилители тока на биполярных транзисторах VT1, VT4. Частота переключения этого мультивибратора — около 1 Гц. Если на место транзисторов VT1, VT4 установить мощные составные транзисторы из серии КТ829, то в качестве их нагрузки можно применять лампы накаливания. При этом R2, R6 не устанавливаются, так как транзисторы типа КТ829 содержат свои встроенные резисторы.

    Если этот мультивибратор «откажется» работать, то следует точнее подобрать резисторы R3, R7. В узле, собранном по схеме, изображенной на рис. 1, можно использовать микросборки согласованных пар полевых транзисторов серий КР504, (К504, 504) с начальным током стока более 10 мА. Больше всего подходят КР504НТ4В, КР504НТЗВ, но можно попробовать и с индексами А, Б. При изменении полярности напряжения питания и подключения светодиодов, вместо транзисторной сборки можно использовать два отдельных полевых n-канальных транзистора из серий КП302, КП307. Если у них окажется большое напряжение отсечки, то питающее напряжение можно увеличить до 15 В.

    Рис. 2

    Для узла, схема которого приведена на рис. 2, подойдут микросхемы КР504НТ1, КР504НТ2 с любым буквенный индексом, а при подборе резисторов R3, R7 — КР504НТЗ, КР504НТ4. Кроме того, без настройки будут работать и многие полевые транзисторы серий КП103, КП101.Конденсаторы лучше использовать неполярные, например, малогабаритные К73-17 на 63 В. «Обычные» светодиоды могут быть любыми из серий АЛ307, КИПД21, КИПД35, КИПД40, а также 1-1513, L-934 и т.п. Мигающие — L-816BRSC-B, L-769BGR, L-56DGD, Т1ВК5410 и другие.

    Поскольку полевые транзисторы сборок КР504НТ(1 …4) допускают максимальное напряжение исток-сток не более 10 В, напряжение питания мультивибраторов не должно превышать 10…12 В.

    Литература

  • А.Бутов. Мультивибратор на полевых транзисторах. — Радио, 2002, N4, С.53.
  • Микросхемы и их применение. — М.: Радио и связь, 1984, С.73.
    Публикация: www.cxem.net
  • История[ | ]

    Рисунок из статьи Абрахама и Блоха — принципиальная схема мультивибратора, выполненного на электровакуумных триодах
    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»).

    Схема

    СИММЕТРИЧНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ - схема

    Теперь что нам понадобиться из радиоэлементов для сборки:

    • 2 резистора 1 кОм
    • 2 резистора 33 кОм
    • 2 конденсатора 4.7 мкФ на 16 вольт
    • 2 транзистора КТ315 с любыми буквами
    • 2 светодиода на 3-5 вольт
    • 1 источник питания типа «крона» 9 вольт

    Если вам не удалось найти нужных деталей, не огорчайтесь. Данная схема не критична к номиналам. Достаточно поставить приближённые значения, на работе в целом это никак не скажется. Влияет лишь на яркость и частоту мигания светодиодов. Время мигания напрямую зависит от ёмкости конденсаторов. Транзисторы можно установить подобные маломощные n-p-n структуры. Печатную плату делаем способом ЛУТ. Размер кусочка текстолита 40 на 40 мм, можно взять и с запасом.

    СИММЕТРИЧНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ - плата печатная

    Файл для печати формата .lay6 качаем здесь. Для того чтоб при монтаже было допущено как можно меньше ошибок, нанёс позиционные обозначения на текстолит. Это помогает не путаться при сборке и добавляет красоты в общий вид. Так выглядит готовая печатная плата, протравленная и просверленная:

    Производим монтаж деталей в соответствии со схемой, это очень важно! Главное не перепутать цоколевку транзисторов и светодиодов. Пайке тоже стоит уделить должное внимание.

    готовая печатная плата просверленная

    Поначалу она может быть не такой изящной как промышленная, но это и не нужно. Главное обеспечить хороший контакт радиоэлемента с печатным проводником. Для этого детали перед пайкой обязательно лудим. После того как компоненты установлены и запаяны, ещё раз всё проверяем и протираем плату от канифоли спиртом. Примерно так должно смотреться готовое изделие:

    Простой мультивибратор на кт315

    Если всё было сделано грамотно, то при подаче питания мультивибратор начинает мигать. Цвет светодиодов вы выбираете сами. Для наглядности предлагаю посмотреть видео.

    Некоторые типы и классификация мультивибраторов[ | ]

    Электрическая принципиальная схема моностабильного транзисторного мультивибратора (одновибратора). Электрическая принципиальная схема бистабильного мультивибратора (триггера).
    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[ | ]

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

    Симметричный мультивибратор[ | ]

    Принципиальная схема «классического» простейшего транзисторного мультивибратора на транзисторах одного типа проводимости
    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.

    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[ | ]

    Моностабильный мультивибратор[ | ]

    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[ | ]

    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[ | ]

    Электрическая принципиальная схема мультивибратора, выполненного на операционном усилителе.
    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.

    Схема транзисторного мультивибратора с коллекторно-базовыми ёмкостными связями.

    Мультивибратор (генератор прямоугольных колебаний)

    Мультивибратор (генератор прямоугольных колебаний)

    1. Основные понятия

    Для получения импульсов прямоугольной и другой формы применяются устройства, которые называются релаксационными генераторами. Всякий генератор строится на основе усилителя и цепей положительной обратной связи, по которым часть выходного сигнала усилителя подаётся на его вход (см. лабораторную работу № 10). Релаксационные генераторы, у которых петля положительной обратной связи создается при помощи резисторных усилительных каскадов, называются мультивибраторами. Мультивибратор, в зависимости от его конструкции, может работать в ждущем режиме или в режиме автоколебаний.

    Ждущий мультивибратор работает как спусковое устройство с одним устойчивым состоянием. Внешний запускающий импульс вызывает скачкообразный переход ждущего мультивибратора в новое состояние, которое не является устойчивым. В этом состоянии, называемом квазиравновесным, в схеме мультивибратора происходят изменения, приводящие к обратному скачку, в результате которого схема переходит в исходное устойчивое состояние. Длительность состояния квазиравновесия, определяющая длительность прямоугольного выходного импульса ждущего мультивибратора, зависит только от параметров его схемы. Таким образом, ждущий мультивибратор применяется для формирования одного прямоугольного импульса заданной длительности при воздействии на него внешнего запускающего импульса.

    Автоколебательный мультивибратор имеет два состояния квазиравновесия, и может скачком переходить из одного состояния в другое без какого-либо внешнего воздействия. При этом он генерирует прямоугольные импульсы, амплитуда, длительность и частота повторения которых определяются параметрами его схемы.

    2. Транзисторный симметричный мультивибратор

    Принципиальная схема мультивибратора на n-p-n транзисторах приведена на рис. 1.

    Рис. 1. Принципиальная схема мультивибратора

    на n-p-n транзисторах.

    Толчком к развитию лавинообразных процессов в мультивибраторе, приводящих к переходу из одного состояния квазиравновесия в другое, являются флуктуации токов, протекающих в элементах схемы после включения питания. Для простоты рассмотрения будем считать, что высота потенциальных барьеров транзисторов равна нулю. В схеме (рис.1) после подачи напряжения питания Е

    в транзисторах потекут токи, а также начнут заряжаться конденсаторы и по цепям «положительный полюс источника питания – коллекторные резисторы – конденсаторы – переходы база-эмиттер транзисторов — общий провод». Вследствие флуктуаций коллекторные токи транзисторов не будут совершенно неизменными. Допустим, что ток первого транзистора получил приращение . Увеличение коллекторного тока транзистора вызывает уменьшение напряжения на его коллекторе, так как . Отрицательный скачок напряжения на коллекторе первого транзистора через конденсатор оказывается приложенным к переходу «база – эмиттер» второго транзистора, что вызовет уменьшение коллекторного тока второго транзистора и соответственно увеличение напряжения на его коллекторе. Увеличение коллекторного напряжения второго транзистора, в свою очередь, вызовет увеличение напряжения на базе первого транзистора и новое приращение его коллекторного тока, и т. д. В результате через очень малый промежуток времени первый транзистор полностью откроется, а второй полностью закроется. В этот момент ( на рис. 2) происходит формирование фронтов выходных импульсов. После этого конденсатор продолжит заряжаться через открытый первый транзистор и резистор до напряжения питания. Конденсатор , ранее заряженный с полярностью, указанной на рис. 1, через малое сопротивление открытого первого транзистора оказывается подключенным к переходу «база – эмиттер» второго транзистора и удерживает его в запертом состоянии, так как напряжение на его базе становитсяотрицательным.

    Однако такое состояние не является устойчивым. Конденсатор начинает перезаряжаться через открытый первый транзистор и базовый резистор . По мере перезарядки конденсатора, напряжение на базе второго транзистора увеличивается. Когда оно становится равным нулю, второй транзистор открывается, и его коллекторное напряжение уменьшается. Отрицательный перепад напряжения на коллекторе второго транзистора запирает первый транзистор (момент времени ). Это состояние тоже неустойчиво. Как только второй транзистор откроется, а первый закроется, конденсатор начнет перезаряжаться через резистор и открытый второй транзистор. Когда напряжение на нем станет равным нулю, откроется первый транзистор, и цикл колебаний в схеме мультивибратора повторится (момент времени ). Графики напряжений на базах и коллекторах транзисторов мультивибратора приведены на рис. 2.

    Рис. 2. Графики напряжений в транзисторном

    мультивибраторе.

    В процессе работы мультивибратора напряжения на конденсаторах меняется от до .

    В общем случае напряжение на конденсаторе емкостью во время его зарядки от источника с напряжением через резистор изменяется по закону

    , (1)

    Если конденсатор, заряженный до напряжения , разряжается через резистор , то напряжение на нем

    . (2)

    Если заряженный до напряжения конденсатор через резистор подключается к источнику , имеющему противоположную полярность, происходит процесс перезарядки (напряжение на конденсаторе сначала уменьшается до , а затем стремится к ), который описывается уравнением

    , (3)

    В нашем случае

    , (4)

    или

    , (5)

    (Время отсчитывается от момента .) В момент напряжение на становится равным 0:

    , (6)

    или

    , (7)

    , (8)

    Если схема мультивибратора симметрична, т. е. и , то период колебаний

    , (9)

    тогда

    , (10)

    Возможно построение мультивибраторов на основе интегральных микросхем. При этом могут использоваться готовые релаксаторы, входящие в состав некоторых серий микросхем, например КР119ГГ1, но чаще мультивибраторы строятся на базе логических элементов (смотри работу № 15). Схема простейшего мультивибратора на двух логических элементах «НЕ» приведена на рис. 3.

    Рис. 3. Схема мультивибратора на логических

    элементах «НЕ».

    Схема действует благодаря непрерывной перезарядке конденсатора C через резистор R. Логические элементы DD1.1 и DD1.2 могут находиться в состояниях логического нуля или логической единицы. Пусть первоначально конденсатор не заряжен, элемент DD1.1 имеет на выходе логическую единицу, т. е. высокий потенциал (соответственно, на его входе логический ноль, т. е. низкий потенциал), следовательно, на выходе элемента DD1.2 будет логический ноль. Тогда конденсатор начнет заряжаться через резистор. По мере заряда конденсатора напряжение на входе элемента DD1.1 будет увеличиваться. Когда это напряжение достигнет порогового значения переключения (логической единицы), состояние элемента DD1.1 скачком изменится, т. е. на его выходе появится логический ноль. При этом на выходе DD1.2 установится логическая единица, и конденсатор начнёт перезаряжаться. Затем эти циклы будут повторяться. На выходах элементов (Вых 1 и Вых 2) появятся взаимно противофазные последовательности прямоугольных импульсов. Частота следования импульсов определяется величиной емкости конденсатора и сопротивления резистора и равна примерно 2,3RC (при использовании логических элементов TTL). Мультивибраторы можно строить также на операционных усилителях, интегральных таймерах и других типах микросхем.

    Принцип действия «классического» двухтранзисторного мультивибратора[ | ]

    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.

    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[ | ]

    Длительность одной из двух частей периода равна

    t = ln ⁡ 2 ⋅ R C {\displaystyle t=\ln 2\cdot 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 2\cdot R_{2}C_{1}+\ln 2\cdot 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}{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})}}} ,

    где

    • f
      — частота в ,
    • R2
      и
      R3
      — величины резисторов в омах,
    • C1
      и
      C2
      — величины конденсаторов в фарадах,
    • T
      — длительность периода (в данном случае, сумма двух частей периода).

    В особом случае

    , когда

    • t1
      =
      t2
      (50 % цикл),
    • R2
      =
      R3
      ,
    • C1
      =
      C2
      ,

    f = 1 T = 1 ln ⁡ 2 ⋅ 2 R C ≈ 0.721 R C {\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot 2RC}}\approx {\frac {0.721}{RC}}}

    АВТОМИР

    Сегодня мы с вами соберем простую конструкцию прерывателя на основе электромагнитного реле. Эта конструкция имеет широкую область применения. В основном данное реле применяется в автомобильной технике (прерыватель указателей поворота). По сути, эта схема отличается максимальной простотой сборки, повторить ее может любой новичок.

    Основа работы схожа с работой низкочастотного мультивибратора. Состоит схема из электромагнитного реле и электролитического конденсатора.

    От емкости конденсатора зависит частота работы схемы.

    При подаче напряжения на реле заряжается конденсатор, затем его емкость разряжается на обмотку реле, от емкости конденсатора зависит время заряда конденсатора, чем больше емкость, тем больше времени уходит на зарядку, следовательно, устройство будет работать в качестве низкочастотного прерывателя.

    По такой простой схеме можно реализовать ряд интересных и образовательных конструкций. Если подключить к соответствующим выводам реле лампочку, то последняя будет периодически мигать, частота этих миганий зависит от емкости выбранного конденсатора, о чем было упомянуто выше. По идее, мы получаем простой прерыватель указателей поворота — моргатель, который можно применить в транспортных средствах, в частности в легковых автомобилях.

    Выбор электролитического конденсатора не критичен, можно использовать конденсаторы с напряжением от 16 до 100 Вольт, емкость от 100 до 4700 мкФ (смотря какая частота работы нужна).

    В моем случае использовалось электромагнитное реле от сетевого стабилизатора напряжения с током 10-15 А, но мощность реле зависит от мощности подключенной нагрузки.

    Эта схема отличается особой точностью работы, время нахождения в разомкнутом состоянии ровно времени нахождения в замкнутом состоянии.

    Устройство можно использовать для управления большими нагрузками и не только низковольтных.

    Оптимальное напряжение питания составляет 12 Вольт, хотя обмотка реле рассчитана на гораздо большее напряжение.

    В данной статье описано устройство предназначенное просто для того чтобы начинающий радиолюбитель (электротехник, электронщик и т.д.) смог лучше разобраться в принципиальных схемах и набраться опыта в ходе сборки данного устройства. Хотя возможно данному простейшему мультивибратору, о котором написано ниже, можно найти и практическое применение. Рассмотрим схему:

    Рисунок 1 — Простейший мультивибратор на реле

    При подаче питания на схему конденсатор начинает заряжаться через резистор R1, контакты K1.1 при этом разомкнуты, когда конденсатор зарядиться до некоторого напряжения реле сработает и контакты замкнуться, при замкнутых контактах конденсатор начнёт разряжаться через эти контакты и резистор R2, когда конденсатор разрядится до некоторого напряжения контакты разомкнутся и процесс дальше будет повторяться циклически. Данный мультивибратор работает по тому что ток срабатывания реле больше тока удержания. Сопротивления резисторов НЕЛЬЗЯ изменять в широких пределах и это является недостатком данной схемы. Сопротивление источника питания влияет на частоту и из за этого данный мультивибратор будет работать не от всех источников питания. Ёмкость конденсатора можно увеличивать, частота замыкания контактов при этом будет уменьшаться. Если у реле имеется вторая группа контактов и использовать огромные значения ёмкости конденсатора то можно использовать данную схему для периодического автоматического включения/выключения приборов. Процесс сборки показан на фотографиях ниже:

    Присоединение резистора R2

    Присоединение конденсатора

    Присоединение резистора R1

    Соединение контактов реле с его обмоткой

    Присоединение проводов для подачи питания

    Реле можно купить в магазине радиодеталей или достать из старой сломанной техники например можно выпаивать реле из плат от холодильников:

    Если у реле плохие контакты то их можно немного почистить.

    Некоторое время назад у меня появилось желание сделать катушку Теслы, но кроме катушки зажигания ничего высоковольтного под рукой не было (получится ли ее использовать для этой цели или нет, прошу ответить спецов в комментариях). Встал вопрос как ее запустить? Из найденного в сети была только схема на асимметричном мультивибраторе, но подходящих деталей у меня не оказалось, а до ближайшего радиорынка 70 км. Пришлось ваять схему чем Бог послал. Вся конструкция собрана на деталях от старого Ч/Б телевизора и ЭЛТ монитора. В схеме мультивибратора используются два КТ961В, два резистора на 3,3кОм и два на 33 кОм, конденсаторы на 220нФ. Воткнул все это в плату найденную в телевизоре, без всякого травления и т.п. сложных заморочек. Сточил старые дорожки, повтыкал и спаял детали медными проволочками.

    Мультивибратор управляет транзистором TIP122, добытым из монитора, который, работая в режиме ключа, подает ток на катушку. Транзистор довольно сильно греется даже при питании от 5 вольт, так что необходим большой радиатор и принудительное охлаждение.

    Для защиты от самоиндукции к контактам катушки поставил диод 5TUZ47. С подключением диода возник вопрос, как его правильно ставить? В интернете нашел схему подключения диода к реле, по той схеме диод стоял наоборот, но у меня ничего не стало работать, воткнул как сейчас на схеме, все работает на ура.

    Схема рассчитывалась в с импортными аналогами BD135, под работу от 12 вольт от АКБ. Вместо катушки за ее отсутствием в проге, использовал лампочку с аналогичными характеристиками.

    На практике аккумулятора не оказалось, использовал БП от компа на 200Вт. От питания в 12 вольт разряд раза в два слабее, чем при питании от 5 вольт (и ключ и мультивибратор от 5В). Так же конструкция работает от двух пальчиковых батареек, разряд становится немного короче и в цвете прибавляется синего оттенка. Теперь о частоте работы. При подключении на ключ 5В, а на М/В 12 вольт, частота значительно увеличивается и разряд начинает пищать. Изначально в схеме мультивибратора был подстроечный резистор 47кОм для управления частотой (просто для эксперимента) По результатам моделирования в мультисиме частота мультивибратора была от 40 до 120 Гц. На практике, думаю, примерно так и было, на минимальной частоте было заметно мерцание светодиода, при увеличении частоты мерцание переходило в постоянное свечение, когда брался за выводы,была ощутимая пульсация по пальцам и пальцы немного немели. После удаления подстроечного резистора частота (при моделировании) стала около 500Гц с небольшими скачками в обе стороны. На практике, судя по ровному звуку, скачки не сильно отражаются на работе. С вывода катушки получается разряд длинной в 5-6мм белого с голубым оттенком цвета.

    Список радиоэлементов

    ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнот
    Q1, Q2Биполярный транзистор КТ961В2В блокнот
    Q3Биполярный транзистор TIP1221В блокнот
    D1Диод5TUZ471В блокнот
    R1, R4Резисторы 3.3 кОм2В блокнот
    R2, R3Резисторы 33 кОм2В блокнот
    С1,С2Конденсаторы220 нФ2

    МУЛЬТИВИБРАТОР

    Мультивибратор. С этой схемы, уверен, многие начинали свою радиолюбительскую деятельность. Это так-же была и моя первая схема — кусок фанеры, пробитые гвоздями дырки, выводы деталей скручены проволокой за неимением паяльника. И всё прекрасно заработало!

    В качестве нагрузки используются светодиоды. Когда мультивибратор работает — светодиоды переключаются.

    Для сборки потребуется минимум деталей. Вот список:

    1. — Резисторы 500 Ом — 2 штуки
    2. — Резисторы 10 кОм — 2 штуки
    3. — Конденсатор электролитический 1 мкФ на 16 вольт — 2 штуки
    4. — Транзистор КТ972А — 2 штуки (пойдут также КТ815 или КТ817), можно и КТ315, если ток не более 25ма.
    5. — Светодиод — 2 штуки любые
    6. — Питание от 4.5 до 15 вольт.

    На рисунке показано в каждом канале по одному светодиоду, но можно включать параллельно по несколько штук. Или последовательно (цепочкой 5 штук) , но тогда питание не меньше 15 вольт.

    Транзисторы КТ972А являются составными транзисторами, то есть в их корпусе имеется два транзистора, и он обладает высокой чувствительностью и выдерживает значительный ток без теплоотвода.

    Для проведения опытов не стоит делать печатную плату, можно собрать всё навесным монтажом. Спаивай так, как показано на рисунках.

    Рисунки специально сделаны в разных ракурсах и можно подробно рассмотреть все детали монтажа.

    Простые схемы самодельных светодиодных мигалок на основе транзисторных мультивибраторов. На рисунке 1 показана схема мультивибратора, переключающего два светодиода. Светодиоды мигают поочередно, то есть, когда горит HL1, светодиод НL2 не горит, а наоборот.

    Можно вмонтировать схему в ёлочную игрушку. Когда включено питание игрушка будет мигать. Если светодиоды будут разного цвета, то игрушка будет одновременно с миганием и менять цвет свечения.

    Частоту мигания можно изменять подбором сопротивлений резисторов R2 и R3, кстати, если эти резисторы будут не одинаковых сопротивлений можно добиться того, что один светодиод будет светиться дольше другого.

    Но, двух светодиодов для даже самой маленькой настольной ёлочки как-то маловато. На рисунке 2 показана схема, переключающая две гирлянды по три светодиода. Светодиодов стало больше, больше и напряжение, необходимое для их питания. Поэтому теперь источник не 5-вольтовый, а 9-вольтовый (или 12-вольтовый).

    Рис.1. Схема самой простой мигалки на светодиодах и транзисторах.

    Рис.2. Схема простой мигалки на шести светодиодах и двух транзисторах.

    Рис. 3. Схема светодиодной мигалкис мощными выходами для нагрузки.

    В качестве источника питания можно использовать блок питания от старой телеигровой приставки вроде «Денди» или купить в магазине недорогой «сетевой адаптер» с выходным напряжением 9V или 12V.

    И все же, даже шести светодиодов для домашней ёлки недостаточно. Хорошо бы увеличить число светодиодов втрое. Да и светодиоды использовать не простые, а сверх яркие. Но, если в каждой гирлянде будет уже по девять последовательно включенных светодиодов, да еще и сверх ярких, то суммарное напряжение, необходимое для их свечения будет уже 2,3Vх9=20,7V.

    Плюс, еще несколько вольт необходимых для функционирования мультивибратора. При том в продаже обычно «сетевые адаптеры» из числа недорогих, не более чем на 12V.

    Выйти из положения можно, если разделить светодиоды на три группы по три штуки. И группы включить параллельно. Но это приведет к возрастанию тока через транзисторы и нарушит работу мультивибратора. Впрочем, можно сделать дополнительные усилительные каскады на еще двух транзисторах (рис. 3).

    Две гирлянды — хорошо, но они просто мигают поочередно. Вот если бы хотя бы три! Для такого случая существует так называемая схема «трехфазного мультивибратора». Она показана рисунке 4.

    Рис.4. Схема мультивибратора на трех транзисторах.

    Если в коллекторных цепях транзисторов включить светодиодные гирлянды (рис.5), получится своеобразный эффект бегущего огня. Скорость воспроизведе ния светового эффекта можно регулировать заменяя конденсаторы С1, С2 и С3 конденсаторами других емкостей. А так же заменяя резисторы R2, R4, R6 резисторами другого сопротивления. При увеличении емкости или сопротивления скорость переключения светодиодов снижается.

    Рис. 5. Схема мультивибратора для получения эффекта бегущего огня.

    А на рисунке 6 — умощненный вариант на 27 светодиодов. В «мигалках» по схемам на рисунках 3 и 6 можно использовать практически любые светодиоды, но все же желательно сверх яркие или супер яркие.

    Рис. 6. Схема умощненного варианта мигалки на 27 светодиодах.

    Монтаж можно выполнить на макетных печатных платах, которые продаются в магазинах радиодеталей. Либо вообще без плат, спаяв детали между собой.

    Первый вариант мигалки

    Схема мигающего устройства (мигалки) предоставлена на рисунке 1. Устройство построено на основе симметричного мультивибратора и содержит минимум деталей. Скорость смены свечения светодиодов можно изменять в зависимости от емкости конденсаторов C1 и C1, а также подбирая сопротивление резисторов R2 и R3. Резисторы R1 и R4 служат для ограничения тока, что проходит через каждый светодиод.

    На схеме светодиоды (синий и красный) подключены через гасящие резисторы. О том как произвести расчет гасящего резистора для подключения светодиода вы можете узнать из публикации: .

    В данной схеме следует учесть такой параметр транзистора как «напряжение насыщения Коллектор-Эмиттер» — это падение напряжения на открытом транзисторе.

    Типовые значения напряжений насыщения КЭ для некоторых транзисторов:

    • КТ315 А-Г = 0,4В;
    • КТ315 Д,Е = 1В;
    • КТ3102 А-Е = 0,3В.

    Допустим что мы будем использовать транзистор КТ315 с напряжением насыщения 0,4В, рассчитаем напряжение на гасящем резисторе для красного и синего светодиодов:

    Uг_красный = 5 — 0,4 — 2 = 2,6В;

    Uг_синий = 5 — 0,4 — 3 = 1,6В.

    Выполним расчет сопротивления гасящих резисторов:

    Rг_красный = 2,6В / 0,02А = 130 Ом;

    Rг_синий = 1,6В / 0,02А = 80 Ом.

    Таким образом в схеме на рисунке 1 для синего светодиода используем гасящий резистор R4 сопротивлением 80 Ом, а для красного — резистор R1 сопротивлением 130 Ом. Мощность каждого резистора — от 0,125 Ватт и выше, какие есть в наличии.

    Схема простой мигалки на стветодиодах, мультивибратор на двух транзисторах

    Рис. 1. Принципиальная схема мигающего устройства (мигалки) на транзисторах КТ315.

    Если вы хотите питать устройство от источника напряжением больше или меньше 5В то придется рассчитать сопротивление гасящих резисторов R1 и R4, используя закон Ома.

    Транзисторы КТ315 можно заменить на другие маломощные со структурой N-P-N, к примеру КТ3102.

    Рейтинг
    ( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: