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Multivibratore autooscillante. Radio - per principianti
Elenco / Radio - per principianti Uno schema di una delle varianti di un multivibratore auto oscillante è mostrato in fig. 1, a. Dovrebbe ricordarti il noto circuito multivibratore simmetrico a due transistor.
Ma qui la funzione degli elementi attivi del multivibratore è svolta dagli elementi logici 2I-NOT, inclusi dagli inverter. Grazie a due circuiti di feedback positivo: l'uscita dell'elemento DD1.2 attraverso il condensatore C1 con l'ingresso DD1.1 e l'uscita dell'elemento DD1.1 attraverso il condensatore C2 con l'ingresso DD1.2, il dispositivo è auto- eccitato e genera impulsi elettrici. La frequenza di ripetizione degli impulsi generati dipende dai valori dei condensatori e dei resistori specificati R1 e R2. Cosa sono gli impulsi elettrici? Se la tensione costante è saltuaria e cambia il suo valore a intervalli regolari (in un caso particolare), prendendo alternativamente un livello alto e poi uno basso, allora questo tipo di segnale è comunemente chiamato sequenza di impulsi o sequenza di impulsi. Quei segmenti di questa sequenza, quando la tensione raggiunge un livello alto, sono chiamati impulsi di alto livello; le pause tra di loro sono segmenti con un basso livello di tensione. Tuttavia, con lo stesso motivo si può parlare di impulsi di basso livello; in questo caso le pause saranno alte. In generale, la durata degli impulsi può non essere uguale alla durata delle pause tra di loro. Il rapporto di queste durate è stimato da un parametro come il duty cycle, che mostra quante volte il periodo della sequenza è maggiore della durata dell'impulso. Il momento in cui si manifesta un impulso sia di livello alto che di livello basso è comunemente chiamato il fronte dell'impulso e il momento di cessazione è il decadimento dell'impulso. È chiaro che per un impulso di alto livello, il fronte è una caduta di tensione positiva (o positiva), da bassa ad alta, e la diminuzione è una caduta di tensione negativa (negativa) quando il livello cambia da alto a basso. Resta inoltre inteso che il fronte di salita di un impulso di alto livello è il minimo di un impulso di basso livello e viceversa. Per montare il multivibratore su un pannello a pacchetto, è sufficiente collegare questi condensatori e resistori ai pin corrispondenti del chip DD1 (Fig. 1, b). Controllare l'installazione - per errori - e soprattutto verificare attentamente la polarità dell'inclusione dei condensatori di ossido. Collegare una fonte di alimentazione alla breadboard e un voltmetro all'uscita del secondo elemento logico. Cosa mostra l'ago del voltmetro? Tensione CC in modo intermittente, circa 30 volte al minuto, che aumenta rapidamente a un livello alto e anche rapidamente diminuendo a un livello basso. Il multivibratore genera quindi impulsi con una frequenza di ripetizione di circa 0,5 Hz. Quindi collegare un voltmetro in parallelo con l'uscita del primo elemento. Vedrai che la freccia registrerà anche le transizioni dell'elemento logico dallo stato zero allo stato uno e viceversa, con la stessa frequenza del caso precedente. Ciò significa che gli impulsi elettrici possono essere prelevati anche da questa uscita, ma rispetto agli impulsi all'uscita del secondo elemento, saranno sfasati di 180°. Quali esperimenti si possono fare con il nostro multivibratore? Prima di tutto, prova ad aumentare contemporaneamente la capacità di entrambi i condensatori, ad esempio due volte, collegando lo stesso condensatore in parallelo a ciascuno di essi, quindi sostituiscili con condensatori con una capacità di 100 ... .200 microfarad. Nel primo caso, la frequenza di ripetizione dell'impulso diminuirà, nel secondo aumenterà. È possibile modificare la capacità di un solo condensatore, ad esempio C1. Ciò cambierà non solo la frequenza, ma anche il rapporto tra la durata degli impulsi e le pause tra di loro, tuttavia, secondo il progetto del circuito, il multivibratore rimarrà simmetrico. I condensatori possono avere una capacità di 1...5 µF. Quindi la frequenza degli impulsi generati aumenterà fino a circa 500...1000 Hz. Queste sono già vibrazioni della frequenza del suono e l'ago del voltmetro, a causa della sua inerzia, non può reagire ad esse. Per verificare il funzionamento del multivibratore in questo caso, è necessario collegare le cuffie alla sua uscita tramite un condensatore con una capacità di 0,01...0,015 μF: in esse si sentirà un tono. Sostituendo ora uno dei resistori costanti con un resistore variabile dello stesso valore, è possibile, entro certi limiti, modificare gradualmente la frequenza degli impulsi generati e quindi il tono del suono nei telefoni. È possibile che il multivibratore che hai assemblato sia instabile, non sempre si eccita dopo la sostituzione di parti, con una tensione di alimentazione leggermente ridotta. La ragione di ciò è una certa criticità dei valori del resistore all'ingresso degli elementi logici a causa delle peculiarità dell'ingresso dell'emettitore dei microcircuiti TTL. L'essenza di queste caratteristiche è la seguente. Il resistore all'ingresso dell'elemento logico, che forma uno dei bracci del multivibratore, è incluso nel circuito emettitore del transistor di ingresso dell'elemento a microcircuito. La corrente dell'emettitore crea una caduta di tensione attraverso questo resistore, spegnendo il transistor. Con una resistenza relativamente grande del resistore (oltre 2,2 ... 2,6 kOhm), la caduta di tensione su di esso risulta essere così significativa che il transistor praticamente non risponde al segnale di ingresso. E viceversa, con una bassa resistenza del resistore (non superiore a 600.. .700 Ohm), il transistor di ingresso dell'elemento è sempre aperto alla saturazione e, quindi, risulta essere incontrollabile dai segnali di ingresso. Pertanto, per il funzionamento affidabile del multivibratore di questa opzione, la resistenza dei resistori di ingresso degli elementi logici deve essere compresa tra 800 Ohm ... 2,2 kOhm. Selezionando opportunamente questi resistori, è possibile ottenere un funzionamento stabile del multivibratore. Inoltre, va ricordato che il funzionamento del multivibratore è influenzato dalla diffusione dei parametri del microcircuito, dall'instabilità della tensione di alimentazione e da variazioni significative della temperatura ambiente. Devo dire che i diagrammi raffigurano spesso un multivibratore simmetrico come mostrato in Fig. 10, c. Più stabile nel funzionamento è un multivibratore basato su tre elementi logici senza resistori nel loro circuito di ingresso, assemblati, ad esempio, secondo il circuito di Fig. 2, a. Tutti gli elementi sono collegati da inverter e collegati in serie. Il circuito di temporizzazione che determina la frequenza di generazione è formato dal condensatore C1 e dal resistore R1. Montare le parti di questa versione di un multivibratore auto-oscillante sullo stesso pannello prototipo (Fig. 2, b). Su di esso posizionare anche le parti dell'indicatore di funzionamento del multivibratore mostrate nel pannello a destra. Il transistor indicatore VT1 (Fig. 2, c), alimentato dalla stessa fonte del microcircuito, funziona in modalità di commutazione, come una chiave elettronica. Quando l'elemento DD1.3 del multivibratore è nello stato singolo (la tensione alla sua uscita corrisponde ad un livello alto), il transistor è aperto e la lampada a incandescenza HL1 nel suo circuito collettore brilla. Quando l'elemento passa allo stato zero, la lampada si spegne. Dal bagliore della lampada di segnalazione giudicherai la frequenza e la durata degli impulsi generati. Tuttavia, puoi anche indicare lo stato di uno qualsiasi degli elementi del multivibratore utilizzando un voltmetro a corrente continua, come è stato fatto negli esperimenti con il primo multivibratore. Dopo aver verificato l'installazione, accendere l'alimentazione. Il multivibratore inizierà immediatamente a generare impulsi elettrici, che verranno segnalati da una spia di segnalazione lampeggiante periodicamente. Calcola quanti lampeggi ci saranno al minuto. Dovrebbe essere circa 60. In tal caso, la frequenza degli impulsi del multivibratore è 1 Hz.
Collegare un secondo condensatore della stessa capacità in parallelo con il condensatore C1. La frequenza del polso dovrebbe diminuire di circa la metà. La stessa variazione della frequenza degli impulsi può essere ottenuta aumentando la resistenza del resistore. Controllare questo, quindi sostituire il resistore con una variabile con una resistenza nominale di 1,5 ... 1,8 kOhm. Ora, usando solo questo resistore, puoi cambiare senza problemi la frequenza del multivibratore entro 0,5 ... 20 Hz. La frequenza più alta sarà nel caso in cui il resistore sia completamente rimosso dal circuito, ovvero i pin 8 e 1 del microcircuito verranno chiusi. Cosa succede se la capacità del condensatore è 1 µF? In questo caso, solo un resistore variabile sarà in grado di modificare la frequenza del multivibratore da circa 300 Hz a 10 KHz. Per garantire che il multivibratore funzioni a questa frequenza, l'indicatore luminoso dovrà essere sostituito con cuffie acustiche (o una loro capsula). Qual è il principio di funzionamento di questa versione di multivibratore auto-oscillante? Torniamo al suo schema elettrico (Fig. 2, a). Dopo l'accensione, uno degli elementi logici assumerà uno dei due possibili stati più velocemente degli altri e quindi influenzerà lo stato degli elementi rimanenti. Supponiamo che l'elemento DD1.2 sia stato il primo a trovarsi nello stato singolo. Il segnale di alto livello dalla sua uscita viene trasmesso attraverso un condensatore C1 scarico all'ingresso dell'elemento DD1.1, a seguito del quale questo elemento viene impostato sullo stato zero. L'elemento DD1.3 si trova nello stesso stato poiché i suoi ingressi hanno un livello di tensione elevato. Un tale stato elettrico del dispositivo è instabile, poiché la tensione all'ingresso dell'elemento DD1.1 in questo momento diminuisce gradualmente man mano che il condensatore C1 viene caricato attraverso il resistore R1 e il circuito di uscita dell'elemento DD1.3. Non appena la tensione all'ingresso dell'elemento DD1.1 diventa uguale alla soglia, questo elemento passerà a un singolo stato e l'elemento DD1.2 passerà a zero. Ora il condensatore C1 inizierà a ricaricarsi attraverso l'uscita dell'elemento DD1.2 (alla sua uscita in questo momento la tensione è bassa) e il resistore R1 dall'uscita dell'elemento DD1.3. Presto la tensione all'ingresso del primo elemento del multivibratore supererà la soglia e tutti gli elementi passeranno a stati opposti. È così che si formano gli impulsi elettrici all'uscita del nostro multivibratore - uscita 8 dell'elemento DD1.3. Tuttavia, gli impulsi generati possono essere prelevati anche dall'uscita dell'elemento a 6 uscite del multivibratore DD1.2 Ora, dopo aver compreso il funzionamento di un multivibratore a tre elementi, escludi l'elemento DD1.3 da esso e commuta l'uscita destra (secondo il diagramma) del resistore sull'uscita del primo elemento, come mostrato in Fig. 3. Il multivibratore è diventato un doppio elemento. Collegando un indicatore luminoso alla sua uscita, ti assicurerai che la frequenza degli impulsi generati rimanga la stessa - 1 Hz. Come nelle versioni precedenti del multivibratore, cambierà quando vengono installate parti di altre classificazioni.
Come funziona questa versione del generatore di impulsi? Fondamentalmente uguale a quello a tre elementi. Quando, ad esempio, l'elemento DD1.1 è nello stato uno e l'elemento DD1.2 è nello stato zero, il condensatore C1 viene caricato attraverso il resistore R1 e l'uscita del secondo elemento. Non appena la tensione all'ingresso del primo elemento raggiunge la soglia, entrambi gli elementi passano a stati opposti e il condensatore inizia a ricaricarsi attraverso il circuito di uscita del secondo elemento, il resistore e il circuito di uscita del primo. Quando la tensione all'ingresso del primo elemento scende alla soglia, gli elementi passeranno nuovamente allo stato opposto. Va detto che tra i microcircuiti K155LLZ ci sono istanze i cui elementi logici non funzionano in modo sufficientemente stabile in un multivibratore a due elementi. In questi casi è necessario collegare un resistore con una resistenza di 1,2...2 kOhm tra l'ingresso del primo elemento e il filo comune del dispositivo (R2, mostrato in Fig. 3 con una linea tratteggiata). Crea una tensione costante all'ingresso dell'elemento, vicino alla soglia, che facilita l'avvio e le condizioni operative del multivibratore nel suo insieme. Tali versioni del multivibratore sono ampiamente utilizzate nella tecnologia digitale per generare impulsi di varie frequenze e durate.
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