Мультивибратор - одна из наиболее распространенных и полезных схем в электронике. Он позволяет создавать разнообразные колебания прямоугольной формы для самых разных применений. В этой статье мы подробно разберем устройство и принцип работы мультивибратора, рассмотрим основные схемы и варианты их использования на практике.
1. Что такое мультивибратор и его назначение
Мультивибратор - это электронная схема, которая генерирует прямоугольные электрические колебания. Само название происходит от латинских слов "мульти" - много и "вибро" - колебание. То есть мультивибратор - это устройство, которое создает множественные колебания.
По принципу работы мультивибраторы делятся на три основных типа:
- Автоколебательный или нестабильный - генерирует непрерывную последовательность импульсов, не нуждается во внешнем синхронизирующем сигнале.
- Моностабильный - имеет одно устойчивое состояние, генерирует одиночный импульс при поступлении внешнего сигнала.
- Бистабильный - имеет два устойчивых состояния, переключается между ними при поступлении внешнего сигнала.
Мультивибраторы широко применяются в электронике для генерации синхронизирующих импульсов, задания частоты колебаний, формирования временных интервалов, в измерительных приборах, игрушках, автомобильной электронике и многом другом.
2. Принцип работы мультивибратора
В основе работы мультивибратора лежит схема на двух транзисторах с общим резистором в цепи коллектора и обратной связью через конденсатор между коллектором одного транзистора и базой другого:
Работа мультивибратора состоит из нескольких этапов:
- В начальный момент оба транзистора закрыты, конденсаторы разряжены.
- Случайные факторы приводят к тому, что один из транзисторов начинает открываться быстрее.
- Открывающийся транзистор еще больше закрывает второй транзистор за счет обратной связи.
- Полностью открывшийся транзистор насыщается, соответствующий конденсатор заряжается.
- Конденсатор начинает разряжаться через открытый транзистор, второй транзистор начинает открываться.
- Происходит смена состояний транзисторов, цикл повторяется.
Таким образом, на выходе схемы формируется периодическая последовательность электрических импульсов прямоугольной формы.
3. Схема симметричного мультивибратора
В симметричном мультивибраторе параметры обеих частей схемы одинаковы - емкости конденсаторов, сопротивления резисторов, параметры транзисторов. Это приводит к тому, что длительность импульсов на выходе равна длительности пауз между ними.
Частота генерируемых колебаний рассчитывается по формуле:
где f - частота, Гц; С - емкость конденсатора, Ф; R - сопротивление резистора, Ом.
Для получения стабильных параметров сигнала нужно тщательно подбирать номиналы элементов в плечах схемы. Также для удобства можно сделать частоту регулируемой с помощью переменных резисторов.
Схема простого мультивибратора.
4. Схема несимметричного мультивибратора
В несимметричном мультивибраторе параметры плеч схемы разные. Это приводит к тому, что длительность импульсов отличается от длительности пауз. Соотношение этих интервалов называется коэффициентом заполнения или скважностью.
Регулируя элементы схемы, можно получать импульсы с нужной скважностью. Это позволяет использовать такие мультивибраторы в различных устройствах.
5. Мультивибратор на микросхемах
Для упрощения схемы мультивибратора часто используются специальные микросхемы. Наиболее популярны микросхемы серии 555. Они позволяют получить генератор прямоугольных импульсов всего из нескольких элементов.
Другим вариантом является использование логических микросхем, например К155ЛА3 или К561ЛА7. На их основе также можно легко собрать мультивибратор.
Применение микросхем упрощает схему и улучшает стабильность параметров сигнала.
6. Построение генератора на мультивибраторе
На основе мультивибратора можно построить разнообразные генераторы для получения электрических колебаний с нужными параметрами.
Для этого к мультивибратору добавляют дополнительные каскады:
- Предварительный каскад для фильтрации питающего напряжения.
- Выходной каскад для согласования и усиления.
- Каскад обратной связи для стабилизации частоты.
Подбирая элементы дополнительных каскадов, можно получать синусоидальный или пилообразный сигнал нужной частоты и амплитуды.
7. Применение мультивибратора в световых эффектах
Благодаря простоте схемы, мультивибратор часто используется для создания различных световых эффектов.
Например, мигание светодиодов с заданной частотой. Или "бегущий огонь" из нескольких ламп, включаемых мультивибратором по очереди.
Также с помощью мультивибратора можно управлять яркостью ламп, создавая плавное затухание или нарастание освещения.
8. Мультивибратор в звуковых устройствах
Прямоугольные колебания от мультивибратора преобразуются пьезоэлектрическим излучателем в звуковые сигналы. Это позволяет использовать мультивибратор для генерации простых звуковых сигналов.
Например, звуковая индикация в измерительных приборах, игрушках, бытовой технике. Или задание звуковой частоты в простых музыкальных устройствах.
9. Использование в измерительных приборах
В измерительных приборах мультивибратор применяется для формирования опорного напряжения, синхросигналов, импульсов развертки.
Также генераторы на базе мультивибратора используются для тестирования и калибровки различной аппаратуры.
10. Применение в игрушках и моделях
Простота схемы мультивибратора позволяет использовать его в детских игрушках и любительских моделях для создания различных эффектов.
Например, мигающие лампочки и звуковые сигналы в игрушках, имитация процессов в моделях техники.
Мультивибратор также применяется для управления электродвигателями в моделях.
11. Особенности применения в автомобилях
В автомобильной электронике мультивибраторы используются для управления указателями поворотов, аварийной сигнализацией, внутренней подсветкой салона.
Также с помощью мультивибраторов формируются импульсы для диагностики различных систем автомобиля.
Велико значение мультивибраторов в системах зажигания двигателей.
Мультивибратор - удобный и надежный способ генерации электрических колебаний прямоугольной формы в различных устройствах. Простота схемы и наличие всего двух транзисторов обеспечивает его широкое применение.
Путем изменения параметров элементов можно получать сигналы с нужной частотой и скважностью. А дополнительные каскады позволяют преобразовывать сигнал в необходимый вид.
Мультивибраторы используются для самых разных целей - от простых игрушек до сложных измерительных комплексов. Их применение помогает упростить схемы и снизить стоимость устройств.
12. Применение мультивибраторов в устройствах отображения информации
Мультивибраторы широко используются в устройствах отображения информации для формирования синхроимпульсов. Например, в телевизорах мультивибраторы генерируют импульсы строчной и кадровой развертки. А в осциллографах - импульсы развертки луча по экрану.
Также применение находят в схемах управления яркостью индикаторов. Модулируя скважность импульсов от мультивибратора, можно регулировать среднюю яркость свечения.
13. Использование в импульсных источниках питания
Мультивибраторы часто применяются в импульсных источниках питания для формирования управляющих импульсов. Генерируя импульсы определенной скважности, мультивибратор управляет включением/выключением транзистора в импульсном регуляторе.
Также мультивибраторы используются для синхронизации работы различных каскадов преобразователя, обеспечивая стабильность параметров выходного напряжения.
14. Применение в измерительной технике
В измерительной технике мультивибраторы применяются для формирования опорных напряжений и токов. Например, в цифровых вольтметрах мультивибратор формирует импульсы определенной амплитуды и частоты.
Также мультивибраторы используются в генераторах измерительных сигналов для тестирования и калибровки различной аппаратуры.
15. Применение в системах управления
В системах управления мультивибраторы применяются для формирования управляющих воздействий. Например, в системах ШИМ-регулирования мультивибратор формирует импульсы для управления исполнительным механизмом.
Также мультивибраторы используются для синхронизации работы отдельных узлов системы управления.
