Multiwibrator: Różnice pomiędzy wersjami
[wersja nieprzejrzana] | [wersja nieprzejrzana] |
Usunięta treść Dodana treść
m robot dodaje: ja:マルチバイブレータ |
Poprawiłem opisy działania na bardziej szczegółowe, dodałem wzory (przybliżone) i warunki dobierania elementów |
||
Linia 1:
'''Multiwibrator''' - Układ elektroniczny, zrealizowany w oparciu o [[przekaźnik|przekaźniki elektromechaniczne]], [[lampa elektronowa|lampy]] (w tym [[lampa neonowa|neonówki]]), [[tranzystor]]y, [[dioda tunelowa|diody tunelowe]] bądź inne elementy przełączające, posiadający dwa lub więcej
== Multiwibrator
<center>[[Plik:Transistor Bistable.svg]]</center>
Jest to multiwibrator o
=== Działanie ===
Załóżmy, że w danej chwili tranzystor Q1 przewodzi; wówczas na jego kolektorze napięcie jest bliskie 0
Jeżeli teraz do bazy Q1 (wejście "Reset" na rysunku) doprowadzony zostanie impuls ujemny o amplitudzie i czasie trwania wystarczającym do zatkania tego tranzystora,
Z punktu widzenia [[technika cyfrowa|techniki cyfrowej]], jeżeli jako wyjścia traktować kolektory tranzystorów, przedstawiony wyżej układ zachowuje się jako [[przerzutnik]] RS wyzwalany poziomem.
Stan, w którym oba wejścia '''multiwibratora bistabilnego''' są wysterowane nazywany jest [[stan zabroniony|stanem zabronionym]], jednak nie ze względu na to, że powoduje on uszkodzenie układu, ale ze względu na fakt, iż stan ten zaprzecza [[algebra Boole'a|równaniu logicznemu]] wyjść przerzutnika RS (Q<sub>1</sub>=~Q<sub>2</sub>), ponieważ wówczas po prostu na kolektorach '''obydwu''' tranzystorów pojawi się stan wysoki napięcia (w przybliżeniu napięcie
Jeżeli wejścia Set i Reset podłączone zostaną przez [[kondensator]]y o niewielkiej pojemności, układ będzie pracował jako [[przerzutnik typu RS]] wyzwalany zboczem.
Linia 20:
<center>[[Plik:Multiwibrator Bistab D.png]]</center>
Obwód ten był bardzo popularny przed pojawieniem się [[układ scalony|układów scalonych]] jako dzielnik częstotliwości
== Multiwibrator
<center>[[Plik:Transistor Monostable.svg]]</center>
Inaczej '''uniwibrator''', Jest to multiwibrator o jednym stanie równowagi trwałej i jednym nietrwałej.
=== Działanie ===
W stanie równowagi trwałej tranzystor Q2 przewodzi a Q1 jest zatkany. Kondensator C1 jest naładowany do napięcia zasilania pomniejszonego o spadek napięcia na przewodzącym złączu baza-emiter tranzystora Q2 spolaryzowanego przez rezystor R2.
Jeżeli do bazy Q2 zostanie doprowadzony impuls ujemny, to tranzystor wyłączy się i na
Na bazie tranzystora Q2 mamy teraz napięcie:
<center><math>Ub2\ =\ Uc1\ -\ (V_+\ -\ Ube)</math></center>
Ub2 - napięcie na bazie Q2
Uc1 - napięcie na kolektorze nasyconego tranzystora Q1 (zależnie od prądu kolektora Q1, do 0.25V)
V+ - napięcie zasilania
Ube - napięcie na przewodzącym złączu baza-emiter (ok. 0.7V)
Kondensator C1 zaczyna ładować się poprzez rezystor R2, napięcie na bazie tranzystora Q2 zaczyna narastać i gdy osiągnie napięcie przewodzenia złącza baza-emiter Q2 (ok. 0.6-0.7V) to tranzystor ten zacznie przewodzić -> obniży się poziom napięcia na jego kolektorze (do poziomu napięcia nasycenia )-> ponieważ napięcie nasycenia jest niższe od napięcia przewodzenia złącza B-E, to przestaje płynąć prąd bazy Q1 i tranzystor ten wyłącza się
-> przestaje płynąć prąd kolektora Q1 -> kondensator C1 zaczyna się ładować do stanu wyjściowego przez rezystor R1. Po naładowaniu się kondensatora C1, układ jest gotowy do następnego wyzwolenia.
Czas trwania stanu przewodzenia Q1, nazywany też czasem regeneracji, jest proporcjonalny do [[stała czasowa|stałej czasowej]] R2C1
<center><math>t\approx\ 0.7\ *\ R2\ *\ C1</math></center>
'''Uwaga:''' Jeżeli napięcie zasilania V+ jest większe od 5 - 6V to w układzie włącza się dodatkowo, szeregowo z bazą Q2 diodę półprzewodnikową małej mocy zabezpieczającą ten tranzystor przed uszkodzeniem w momencie gdy na jego bazie pojawia się duże ujemne napięcie (moment wyzwolenia). Wynika to z faktu, że współczesne tranzystory mają niskie napięcie przebicia złącza baza-emiter, przy polaryzacji wsteczne, wynoszące ok. 5 - 6 V.
▲Czas trwania stanu przewodzenia Q1, nazywany też czasem regeneracji, jest proporcjonalny do [[stała czasowa|stałej czasowej]] R2C1.
Ze względu na zachowanie w układzie multiwibratory monostabilne można podzielić na:
Linia 47 ⟶ 71:
=== Zastosowanie ===
Klasycznym przykładem wykorzystania uniwibratora jest oświetlenie na klatce schodowej: krótkie naciśnięcie przycisku powoduje załączenie
== Multiwibrator
<center>[[Plik:Transistor Multivibrator.svg]]</center>
Jest to układ przechodzący cyklicznie z jednego do drugiego stanu równowagi nietrwałej, jest zatem odmianą [[oscylator relaksacyjny|generatora relaksacyjnego]].
=== Działanie ===
Po włączeniu zasilania, ze względu na niesymetrię istniejącą w układach rzeczywistych (różne wzmocnienia tranzystorów, tolerancje wartości rezystorów) jeden z tranzystorów zaczyna przewodzić trochę szybciej od drugiego, przez co napięcie na jego kolektorze spada trochę szybciej niż na drugim. Skok napięcia przenosi się przez częściowo naładowany kondensator sprzęgający powodując zatkanie drugiego tranzystora. Powiedzmmy, że w naszym układzie Q1 był szybszy. W układzie ustala się nastepujący stan: Q1 przewodzi, Q2 zatkany, C1 rozładowuje się przez R2 i przewodzący tranzystor Q1, C2 ładuje się przez R4 i przewodzące złącze baza-emiter tranzystora Q1. W tym stanie na skutek ładowania się C2, narasta napięcie na kolektorze Q2, ze stałą czasową R4*C1 (dlatego też zbocza narastające przebiegów na kolektorach tranzystorów nie są ostre). Na skutek rozładowywania się C1 przez R2 narasta napięcie na bazie Q2, gdy osiągnie ono wartość ok. 0.6 - 0.7V, to tranzystor Q2 zacznie przewodzić -> spada gwałtownie napięcie na jego kolektorze -> skok napięcia przeniesiony przez naładowany kondensator C2 -> wymusza duże ujemne (względem masy) napięcie zatykające tranzystor Q1 -> zaczyna się ładować kondensator C1 przez rezystor R1 (stała czasowa R1*C1) i przewodzące złącze baza-emiter Q2 (podtrzymując tym stan jego włączenia). Po naładowaniu się C1 stan nasycenia tranzystora Q2 jest podtrzymywany przez prąd płynący do jego bazy przez rezystor R2. W tym miejscu nastąpiło zakończenie akcji przerzutu układu.
Stan ten będzie trwał do momentu gdy napięcie na rozładowujacym się kondensatorze C2 (lewa okładka) osiągnie wartość przewodzenia tranzystora Q1 (czyli w ok. wartości 0.6 - 0.7V).
Dla prawidłowej pracy układu konieczne jest zapewnienie w układzie, że stałe czasowe ładowania kondensatorów będą dużo mniejsze (4.6 razy i więcej) niż stałe czasu ich rozładowania, tj.
<center><math>R2\ *\ C1\ >\ 4.6\ *\ R1\ *\ C1</math> oraz <math>R3\ *\ C2\ >\ 4.6\ *\ R4\ *\ C2</math></center>
ma to na celu zapewnienie, że dany kondensator będzie w pełni naładowany w momencie rozpoczęcia przerzutu.
Drugi warunek to takie dobranie rezystorów (pary R1, R3 i R4, R2) by tranzystory się nasycały, tj. był spełniony warunek:
<center><math>\frac{V_+\ -\ Ube}{R3}\ *\ \beta1\ >>\ \frac{V_+\ -\ Uce_{sat}}{R1} </math></center>
oraz
<center><math>\frac{V_+\ -\ Ube}{R2}\ *\ \beta2\ >>\ \frac{V_+\ -\ Uce_{sat}}{R4} </math></center>
<math>\beta</math> - wzmocnienie prądowe tranzystora (oznaczane też w katalogach jako h21E <- E duże)
(we wzorach są różne parametry wzmocnienia, ponieważ w rzeczywistych układach tranzystory mają różną
wartość tego parametru, ze względu na rozrzuty produkcyjne pomiędzy poszczególnyumi egzemplarzami.
Ponieważ w momencie włączenia zasilania wartości napięć na kondensatorach nie są precyzyjnie ustalone to pierwszy-drugi okres przebiegu mają krótszy czas trwania niż to wynika z wzorów obliczeniowych.
Czas trwania włączenia Q1 (stan niski na jego kolektorze), przy spełnionym warunku doboru stałychh czasowych:
<center><math>t1\approx\ 0.7\ *\ R2\ C1</math></center>
Czas trwania włączenia Q2 (stan niski na jego kolektorze),
<center><math>t2\approx\ 0.7\ *\ R3\ C2</math></center>
okres drgań multiwibratora:
<center><math>T=t1+t2\approx\ 0.7\ *\ (R2\ *\ C1\ +\ R3\ *\ C2)</math> [s]</center>
częstotliwość:
<center><math>f=\frac{1}{T}\approx\ \frac{1}{0.7\ *\ (R2\ *\ C1\ +\ R3\ *\ C2})</math> [Hz]</center>
Czasy trwania obu faz pracy multiwibratora. W praktyce maksymalna asymetria, lub [[współczynnik wypełnienia]], wynosi 1:50.
W układzie idealnym (symulacja w programie komputerowym, np. [[NAP]], [[PSPICE]]) samoistny start układu nie nastąpi, ponieważ program najpierw wylicza tzw. punkt pracy układu (tj. napięcia na poszczególnych węzłach) bez uwzględnienia istnienia pojemności w układzie, a ze względu na idealną symetrię wartości elementów, w układzie ustalą się symetryczne napięcia, tj. oba tranzystory przewodzą -> na obu kolektorach jest stan niski. W momencie rozpoczęcia analizy czasowej układ nie jest w stanie przejść samoistnie do normalnej pracy astabilnej, bo na obu kondensatorach jest takie same napięcie. Wyjściem z tej sytuacji jest sztuczne wprowadzenie asymetrii w układzie (np. różne wzmocnienia tranzystorów, trochę różne wartości rezystorów kolektorowych) lub wymuszenie jednego ze stanów niestabilnych przez ręczne ustawienie napięć na kolektorach tranzystorów (na jednym 0 a na drugim napięcie zasilania).
'''Podobnie jak w układzie monostabilnym, przy napięciach zasilania wyższych niż 5-6V należy stosować szeregowe diody zabezpieczające złącza baza-emiter tranzystorów przed przebiciem wstecznym !!!'''
W układach, w których rezystory R2 i R3 są zmienne (przy uwzględnieniu wymienionych wyżej ograniczeń), możliwe są następujące rodzaje regulacji:▼
▲W układach, w których rezystory R2 i R3 są zmienne, możliwe są następujące rodzaje regulacji:
* zmiana częstotliwości przy stałym czasie trwania jednej (dodatniej lub ujemnej) części impulsu (zmiana wartości jednego z rezystorów);
* zmiana częstotliwości przy stałym wypełnieniu (zmiana wartości obu rezystorów jednocześnie przy stałym ich stosunku);
|