Мультивибраторы на транзисторах - это уникальные электронные устройства, способные генерировать периодические последовательности прямоугольных электрических импульсов. Благодаря простоте схемы и надежности работы, мультивибраторы нашли широкое применение в самых разных областях - от бытовой техники до высокотехнологичных отраслей промышленности.
Принцип действия
Принцип действия мультивибраторов основан на использовании положительной обратной связи в двухкаскадной схеме с транзисторами. За счет этого мультивибратор имеет два неустойчивых состояния и периодически "перескакивает" из одного состояния в другое. При этом на выходе формируется последовательность импульсов нужной длительности и частоты.
В зависимости от соотношения параметров элементов схемы, мультивибратор может генерировать симметричные импульсы (с равной длительностью импульсов и пауз) или несимметричные импульсы (с разной длительностью). Это дает возможность гибко настраивать характеристики генерируемых колебаний.
Особенностью мультивибраторов является простота и надежность конструкции, так как в схеме используется всего несколько деталей. При правильном расчете и сборке мультивибраторы могут стабильно работать в течение многих лет. Это делает их идеальными генераторами для массового производства различных устройств.
В этой статье мы подробно разберем устройство и принцип работы симметричных и несимметричных мультивибраторов на биполярных и полевых транзисторах. Рассмотрим методику расчета их параметров. Изучим рекомендации по сборке, настройке и применению мультивибраторов на практике. Давайте начнем!
Применение мультивибраторов в устройствах автоматики
Мультивибраторы часто используются в различных устройствах автоматического управления и регулирования. Например, они могут формировать управляющие импульсы для силовых ключей в системах автоматического регулирования мощности, температуры, давления.
В релейных системах автоматики мультивибраторы применяются для задания интервалов времени срабатывания реле, формирования импульсных последовательностей для управления исполнительными механизмами.
Мультивибраторы также используются в устройствах защиты и блокировки, где требуется формирование задержек срабатывания, импульсных последовательностей для контроля целостности цепей.
Применение мультивибраторов в измерительной технике
В измерительной технике мультивибраторы применяются для формирования опорных импульсных сигналов в различных измерительных преобразователях - аналого-цифровых, цифро-аналоговых, частотно-временных.
С их помощью строятся генераторы развертывающих напряжений для осциллографов, генераторы меток времени для измерения интервалов времени, мультивибраторы с синхронизацией частоты для синхронных детекторов.
Кроме того, мультивибраторы применяются в цифровых измерителях частоты и интервалов времени, где служат гетеродинами для преобразования частоты измеряемого сигнала.
Особенности миниатюрных мультивибраторов
В миниатюрной радиоаппаратуре широко используются миниатюрные мультивибраторы, выполненные по интегральным технологиям на микросхемах. Они отличаются меньшими габаритами и потребляемой мощностью.
Для таких мультивибраторов характерны повышенные требования к стабильности параметров, в частности, частоты генерации. Для ее повышения применяют высокостабильные элементы, термостатирование, прецизионную настройку параметров.
Корпуса микросхем мультивибраторов могут иметь различные исполнения - DIP, SMD, BGA и др. Это позволяет использовать их в схемах с разным уровнем миниатюризации - на печатных платах, в гибридных микросборках, многочиповых модулях.
Мультивибраторы в современной элементной базе
В настоящее время мультивибраторы реализуются не только на дискретных транзисторах, но и в виде готовых микросхем. Популярны микросхемы серий КР1006, К155, 567, NE555 и другие.
Кроме того, функции мультивибраторов реализуются в составе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) – CPLD и FPGA. Это позволяет гибко настраивать параметры мультивибратора и интегрировать его в сложные цифровые системы.
Перспективным направлением является применение мемристоров для реализации триггерных ячеек мультивибраторов. Мемристор сохраняет свое состояние при отключении питания, что повышает энергоэффективность таких схем.
Методы повышения стабильности мультивибраторов
Одной из важных задач при разработке мультивибраторов является обеспечение стабильности частоты генерации. Рассмотрим основные методы повышения стабильности.
Применение прецизионных резисторов и конденсаторов с минимальным температурным коэффициентом позволяет уменьшить зависимость частоты от температуры окружающей среды.
Использование специальных материалов и технологий (кремний на сапфире, напыление пленок) при изготовлении чипов мультивибраторов повышает стабильность параметров.
Схемотехнические методы стабилизации частоты
Применяются различные схемотехнические решения для стабилизации частоты мультивибраторов:
- использование частотно-зависимых RC цепочек с отрицательной температурной зависимостью;
- введение цепей автоподстройки частоты по опорному генератору;
- применение ФАПЧ для захвата частоты внешним опорным генератором;
- использование микропроцессорных систем управления и цифровой коррекции частоты.
Термостатирование и защита от внешних воздействий
Эффективным способом повышения стабильности мультивибраторов является применение термостатирования - поддержания постоянной температуры схемы с помощью термостатов.
Кроме того, для защиты от внешних воздействий применяются специальные корпуса, экранирование, виброизоляция, фильтрация помех по питанию.
Эти методы позволяют добиться высокой стабильности частоты генерации мультивибраторов при изменении условий окружающей среды.
Применение микропроцессоров для управления мультивибраторами
Современные мультивибраторы часто содержат в своем составе микроконтроллер или микропроцессор. Это позволяет реализовать гибкое программное управление параметрами генерации.
Микропроцессор может выполнять цифровую коррекцию частоты по опорному сигналу, перестройку частоты и длительности импульсов по командам управления, контроль рабочего состояния и диагностику неисправностей.
Такие "интеллектуальные" мультивибраторы значительно расширяют функциональные возможности устройств, в которых они применяются.
