ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Колледж педагогического образования, информатики и права
ПЦК естественнонаучных дисциплин и математика
РЕФЕРАТ
на тему:
Изучение симметричного мультивибратора на транзисторах
Автор реферата:
_______________
(подпись)
Чмырук В.А.
(инициалы, фамилия)
Специальность: 230113 «компьютерные системы и комплексы»
Курс: _________________________________________________________________
Группа: _______________________________________________________________
Зачет/незачет:__________________________________________________________
Руководитель:
______________
Замаруев М.В.
(подпись, дата)
(инициалы, фамилия)
г. Абакан, 2013г.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................... 3
1. Описание мультивибратора .......................................................................................... 4
2. Общая характеристика мультивибраторов ................................................................. 6
3. Типы мультивибраторов ............................................................................................... 8
3.1.
Мультивибратор Шмита, и симметричный мультивибратор ................... 9
3.2
Бистабильный мультивибратор и на операционном усилителе ............... 10
4. Принцип работы мультивибратор ............................................................................... 11
Заключение ........................................................................................................................... 13
Список литературы .............................................................................................................. 14
3
Введение: Вся электроника если разобраться состоит из большого числа
отдельных кирпичиков. Это транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы,
индуктивные элементы. А уже из этих кирпичиков можно сложить все, что угодно.
От безобидной детской игрушки издающей, например, звук «мяу», до системы
наведения баллистической ракеты с разделяющейся головной частью на восемь
мегатонных зарядов. Одной из очень известных и часто применяющихся в
электронике схем, является симметричный мультивибратор, который представляет
собой электронное устройство вырабатывающее (генерирующее) колебания по
форме,
приближающиеся
к
прямоугольной.
Мультивибратором
называют
электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по
форме к прямоугольной, что и отражено в его названии: "мульти - много", "вибро колебание". Схема мультивибратора на двух транзисторах сейчас почти не
применяется, так как имеет плохие частотные свойства и не очень крутые фронты,
что ограничивает частоту его генерации до единиц МГц. На более высоких
частотах оба транзистора запираются и для восстановления работы устройство
надо перезапускать, что во многих случаях неприемлемо.
Цель: является проанализировать работу симметричного мультивибратора на
транзисторах, позволяющего выполнять генерирование прямоугольной формы с
положительной обратной связью.
Задачи:
1. Изучить описание мультивибратора.
2. Ознакомиться с общей характеристикой мультивибратора.
3. Рассмотреть типы мультивибраторов.
4. Изучить принцип работы мультивибратора.
5. Сделать вывод о проделанной работе.
4
1. Описание мультивибратора:
Для
получения
колебаний,
характеризующихся
участками
со
скачкообразными изменениями напряжений и токов (так называемых “разрывных
колебаний”),
применяются
релаксационные
генераторы
или
релаксаторы.
Релаксаторы, как и триггеры, относятся к классу спусковых устройств и основаны
на применении усилителей с кольцом положительной обратной связи или приборов
с отрицательным сопротивлением. В отличие от триггеров, имеющих два
устойчивых состояния, генераторы релаксационного типа имеют максимум одно
устойчивое состояние.
Мультивибратор - генератор прямоугольных импульсов релаксационного
типа с резистивно
- емкостными положитель-ными обратными связями,
использующий замкнутый в кольцо положительной обратной связи двухкакасдный
усилитель.
Мультивибратор
может
работать
в
одном
из
трех
режимов:
автоколебательном, характеризующимся отсутствием устойчивых состояний;
существуют два чередующихся во времени состояния квазиравновесия; ждущем,
при котором существует одно устойчивое состояние и одно состояние
квазиравновесия. Переход от устойчивого состояния в состояние квазиравновесия
происходит под воздействием внешних запускающих импульсов, а момент
возвращения в устойчивое состояние определяется параметрами времязадающей
цепи (временем релаксации). Таким образом, на один импульс внешнего
воздействия ждущий мультивибратор вырабатывает один импульс заданной
длительности; синхронизации. В этом режиме на мультивибратор воздействует
внешнее синхронизирующее напряжение. При этом режиме существуют два
чередующихся состояния квазиравновесия, но период колебаний равен или кратен
периоду синхронизирующего воздействия.
5
Мультивибраторы
применяются
в
качестве
задающих
генераторов,
расширителей импульсов, делителей частоты.
Если в триггерных устройствах начальное развитие регенеративного
процесса, обеспечивающего формирование крутых перепадов, напряжения,
вызывается внешними импульсами управления, то в мультивибраторах этот
процесс
развивается
автоматически
благодаря
наличию
времязадающих
(хронирующих) элементов, которыми обычно являются RC-цепочки. Разумеется,
что в том и другом случаях генераторное устройство представляет собой
усилительное звено того или иного типа, охваченное положительной обратной
связью. Таким образом, мультивибратор представляет собой релаксационный
автогенератор напряжения прямоугольной формы. Термин «автогенератор»
означает, что он генерирует незатухающие колебания без какого-либо запуска
извне и не имеет устойчивых состояний равновесия. Релаксационный характер
колебаний выходного напряжения указывает на то, что условия самовозбуждения
выполняются в широком диапазоне частот.
6
2. Общая характеристика мультивибратора:
При проектировании мультивибраторов в качестве элементной базы
используют биполярные, полевые и однопереходные транзисторы, а также
аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Последними чаще всего
являются операционные усилители и логические элементы. Полупроводниковые
приборы в мультивибраторах работают в ключевом режиме.
При работе мультивибратора в режиме автоколебаний вырабатываются
периодически
повторяющиеся
импульсы
прямоугольной
формы.
Частота
генерируемых импульсов определяется параметрами времязадающей цепи,
свойствами схемы и режимом ее питания. На частоту автоколебаний оказывает
также влияние подключаемая нагрузка. Обычно мультивибратор применяется в
качестве генератора импульсов относительно большой длительности, которые
затем используются для формирования импульсов необходимой длительности и
амплитуды.
Таким образом, мультивибраторы, работающие в автоколебательном режиме,
применяются чаще всего в качестве задающих генераторов. Поэтому к ним
предъявляются требования высокой стабильности частоты, которая, однако, может
быть достигнута только применением специальных мер по стабилизации частоты
периодической
последовательности
импульсов.
Обычно
относительная
нестабильность частоты при воздействии различных дестабилизирующих факторов
составляет несколько процентов.
Мультивибраторы могут также работать в ждущем режиме и режиме
синхронизации.
В ждущем режиме мультивибратор имеет одно состояние устойчивого
равновесия.
При
воздействии
запускающего
импульса
мультивибратор
вырабатывает один прямоугольный импульс, после чего возвращается в состояние
устойчивого
равновесия.
Требования,
предъявляемые
мультивибраторам, аналогичны требованиям к триггерам.
к
ждущим
7
В режиме синхронизации на мультивибратор воздействует внешнее
периодическое напряжение часто синусоидальной формы. При этом частота
периодической последовательности прямоугольных импульсов, генерируемых
мультивибратором,
равна
или
в
целое
число
раз
меньше
частоты
синхронизирующего напряжения. При снятии синхронизирующего напряжения
мультивибратор продолжает работать в автоколебательном режиме. В настоящей
главе рассматриваются автоколебательные мультивибраторы.
8
3. Типы мультивибраторов:
Существуют три типа схем мультивибратора в зависимости от режима
работы:
 нестабильный, или автоколебательный: схема самопроизвольно переходит
из одного состояния в другое. При этом не обязателен сигнал
синхронизации, если не требуется захват частоты;
 моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое
состояния 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: схема устойчива в любом состоянии. Схема может быть
переключена из одного состояния в другое с помощью внешних
импульсов.
Такие
устройства
называют
триггерами,
название
«мультивибратор» не совсем корректно, так как двусмысленно.
Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при
автоколебательном режиме его работы. В ждущем режиме мультивибратор
вырабатывает
импульсы
синхронизирующие
только
сигналы.
тогда,
Режим
когда
на
его
синхронизации
вход
поступают
отличается
от
автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего
(синхронизирующего)
колебания
удаётся
подстроить
частоту
колебаний
мультивибратора под частоту синхронизирующего напряжения или сделать
кратной ей (захват частоты) для автоколебательных мультивибраторов.
9
3.1. Мультивибратор Шмита: Катоды/эмиттеры 2 приборов соединены
вместе и заземлены через общий резистор. Аноды/коллекторы подключены к
питающей шине, каждый через свой резистор. Сетка/база первого прибора
подключена к схеме АПЧ (меняя напряжение на ней, можно поменять частоту)
Сетка/база второго прибора подключена через конденсатор к аноду первого, а
также заземлена через резистор, часто переменный ("частота строк"). Эти резистор
и конденсатор формируют RC-цепь.
Эта крайне простая схема использовалась (с 1 лампой "двойной триод") как
задающий генератор строчной развертки в нескольких поколениях советских
телевизоров. Также в нее был добавлен колебательный контур в анодной цепи, для
повышения стабильности работы.
Симметричный
мультивибратор:
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 со
скважностью 2 типа «меандр», то есть сигнал, в течение периода которого
длительность импульса и длительность паузы одинакова.
Симметричный
мультивибратор
по
«классической»
схеме
широко
используется для учебных и демонстрационных целей в качестве простейшего по
устройству генератора электрических колебаний. Работу этой схемы легко понять и
она очевидна, а также не требует для своей реализации неудобных индуктивностей
и трансформаторов.
10
3.3. Бистабильный мультивибратор: Бистабильный мультивибратор —
разновидность ждущего мультивибратора, который имеет два стабильных
состояния, характеризующихся разными уровнями напряжения на выходе. Как
правило, переключаются эти состояния 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
подаются импульсы различной либо одной полярности.
Бистабильный мультивибратор кроме выполнения функции триггера применяется
также для построения генераторов, синхронизированных с 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 определенного времени с момента последнего переключения и
происходит в момент поступления синхронизирующего сигнала.
Мультивибратор на операционном усилителе: Конденсатор С и резисторы
R1, R2 образуют интегрирующую RC-цепь: при заряде конденсатора открыт диод
V1, ток проходит через R1, при разряде — открыт V2, ток идет через R2.
Источником напряжения E является входная цепь ОУ. Компаратор выполнен на
ОУ с положительной обратной связью через цепь R3R4. При переключении
компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда
конденсатора C, то есть ОУ выполняет сразу несколько функций: источника
напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и ключа.
11
4. Принцип работы мультивибратора:
На
рисунке
показана
схема
симметричного
мультивибратора.
Два
транзистора, в коллекторных цепях которых включены лампочки H1 и H2. Во
время работы мультивибратора эти лампочки поочередно мигают.
Рассмотрим как работает мультивибратор: в момент включения питания оба
транзистора оказываются открытыми за счет напряжения, поступающего на их
базы через резисторы R1 и R2. При этом одновременно происходит зарядка
конденсаторов C1 и С2 через эмиттерные переходы транзисторов и лампочки. Эти
цепи, которые являются делителями напряжения питания, создают, в процессе
зарядки конденсаторов, на базах транзисторов еще более сильное увеличение
напряжения и стремятся открыть транзисторы еще больше. Но транзисторы не
одинаковы (всегда есть технологический разброс, даже в пределах одной партии).
Одни открываются при более низком напряжении на базе, другие при более
высоком. Открытие одного из транзисторов вызывает снижение напряжения на его
коллекторе и в свою очередь приводит к понижению напряжения на базе другого
транзистора, закрывая его. Такая борьба продолжается до тех пор, пока один из
транзисторов не победит другого. А победа одного из них будет всегда, уже
потому, что они хотя бы немного, но отличаются друг от друга. К тому же и
резисторы и конденсаторы, а также и лампочки, все они тоже имеют небольшой
разброс параметров.
12
В результате один транзисторный каскад открывается, а другой закрывается.
Предположим, что закрылся VT2. Тогда C1 начинает разряжаться через VT1 и
резистор R2.
По мере разряда C1 напряжение на базе закрытого транзщистора VT2
увеличивается. И как только оно становится близким к нулю этот транзистор
начинает постепенно открываться.
Воздействуя через конденсатор C2 на базу транзистора VT1, он приводит к
понижению напряжения на базе VT1, и транзистор VT1 начинает постепенно
закрываться. В результате ток через VT1 уменьшается, а ток, протекающий через
VT2 увеличиваться. Это и приводит к тому, что VT2 увеличивается. Это приводит
к тому, что VT1 в конце концов закрывается совсем, а VT2 открывается. Затем
процесс происходит в обратном порядке. В результате получается так, что эти
транзисторы открываются попеременно, если открывается VT1, то закрывается
VT2, и наоборот.
13
Заключение:
Рассмотрев типы мультивибраторов и их особенности делаем вывод что на
практике, мультивибраторы применяют в качестве генераторов импульсов,
делителей частоты, формирователей импульсов, бесконтактных переключателей и
так далее, в электронных игрушках, устройствах автоматики, вычислительной и
измерительной техники, в реле времени и задающих устройствах.
14
Список литературы:
1. Батраков, А. Д. Элементарная радиотехника. Ч. 1. Детекторные приемники :
учебное пособие / А. Д. Батраков; Пособ. для радиокружков. - М.-Л. :
Госэнергоиздат, 1951. - 137 с. - Б. ц. / Массовая радиоб-ка. Под общ. ред. акад.
А. И. Берга. Вып. 113/ ББК 6 ф 2
2. Шинаков, Ю. С.Основы радиотехники : учебник для учащихся
электротехникумов связи спец.: 0701, 0706 / Ю.С. Шинаков, Ю.М. Колодяжный.
- М. : Радио и связь, 1983. - 320 с. - Б. ц. ББК 32.84я73
3. Практикум по электротехнике и радиотехнике [Текст] : пособие для студ. пед.
ин-тов / Под ред. Н.Н. Малова. - М. : Учпедгиз , 1958. - 166 с. - Б. ц. ББК 31я7
4. Лекционные демонстрации по курсу радиотехники [Текст] : к изучению
дисциплины / Н. Н. Малов, Г. Д,Полянина. - М. : МГПИ им. В.И. Ленина, 1984. 122 с. - Б. ц. ББК 32.84
5. Малов, Н. Н. Курс электротехники и радиотехники [Текст] : для пединститутов
/ Н. Н. Малов. - 4-е изд., перераб. И доп. - М. Гостехиздат, 1955. - 476 с. - 10.25
р. ББК 31я73
6. Жеребцов, И. П. Радиотехника [Текст] : к изучению дисциплины / И. П.
Жеребцов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : [б. и.], 1958. - 495 с. - Б. ц. ББК 32