Multivibratorius

Stačiakampės formos virpesiai yra daugelio sinusinės formos virpesių suma

Multivibratorius – stačiakampės formos virpesius generuojanti elektrinė grandinė. Iš čia kilęs schemos pavadinimas (multi – „daug virpesių“), nes stačiakampis signalas gaunamas sudėjus be galo daug sinusinės formos signalų (to paties bazinio dažnio aukštesniųjų nelyginių harmonikų).

Schema, kuri atsakydama į paleidimo signalą siunčia nustatyto ilgio impulsą, kartais vadinama vienavibratoriumi arba laukiančiu multivibratoriumi. Dvi stabilias būsenas turinčios panašios schemos (trigeriai) paprastai multivibratoriais nevadinami, tačiau jie irgi kartais laikomi dvi stabilias būsenas turinčiu (bistabiliu) multivibratoriumi.

Paprasčiausią multivibratorių galima surinkti iš dviejų tranzistorių (anksčiau buvo naudojama ir labai panaši dvi radijo lempas turinti schema). Dažnai multivibratoriaus terminas specifiškai vartojamas būtent tokiai ar panašiai dviejų tranzistorių schemai pavadinti.

Multivibratorius su dviem tranzistoriais

Multivibratorius su dviem tranzistoriais

Ši schema formuoja R2×C1 trukmės impulsus, įterpdama tarp jų R3×C2 trukmės pauzes. Impulso ir pauzės trukmės nebūtinai turi sutapti ir kai kuriose schemose labai skiriasi. Ilgiems impulsams formuoti naudojami elektrolitiniai kondensatoriai (schemoje parodytas jų jungimo poliariškumas). R1 ir R4 yra apkrovos varžos, jos turi būti parinktos taip, kad esant atidarytam tranzistoriui srovė per jį neviršytų leistinos ribos (paprastai kelių dešimčių miliamperų). Kartais joms nuosekliai jungiami šviesos diodai, garsą skleidžianti kapsulė ir pan. Jei reikia žemės atžvilgiu kintančios įtampos signalų, jie nuimami taške Output.

Veikimo principas

Impulso formavimas

• Tranzistorius Q1 atsidaro
• Tranzistoriaus Q1 kolektoriaus įtampa tampa artima 0V
• Kondensatorius C1 įsikrauna per rezistorių R2 (ir atidarytą tranzistorių Q1)
• Tranzistoriaus Q2 bazės įtampa yra artima kondensatoriaus C1 įtampai. Ši įtampa iš pradžių žema, tačiau kondensatoriui C1 įsikraunant ji didėja.
• Transistorius Q2 yra uždarytas, nes jo bazės įtampa mažesnė už apie 0.6V.
• Kondensatorius C2 išsikrauna per R3 ir R4 ir vėliau įkraunamas priešinga kryptimi per R4 ir tranzistoriaus Q1 bazės – emiterio sandūrą beveik iki maitinimo įtampos.
• Išėjimo įtampa (taške Output) artima maitinimo šaltinio įtampai.

• Ši būsena trunka kol Q2 bazės įtampa pasieka maždaug 0.6V. Tuomet Q2 atsidaro ir schema pereina į kitą būseną.

Pauzės formavimas

• Tranzistorius Q2 atidarytas.
• Tranzistoriaus Q2 kolektoriaus įtampa (išėjimo įtampa) krinta nuo V iki 0V.
• Šis staigus įtampos šuolis per C2 sukelia neigiamą impulsą Q1 bazėje, greitai jį uždarydamas.
• Q1 uždarytas, kolektoriaus įtampa pakyla beveik iki maitinimo šaltinio įtampos ( V).
• C1 išsikrauna per R1 ir R2
• Prieš tai iki maitinimo įtampos įkrautas C2 išsikrauna R3 ir vėliau (srovei toliau tekant ta pačia kryptimi) įsikrauna priešinga kryptimi iki maždaug 0,6 V kurių pakanka tranzistoriui Q1 atidaryti.
• Q1 bazės įtampa yra kondensatoriui C2 tenkanti įtampa. Ji iš pradžių nedidelė, bet C2 įsikraunant pamažu auga.
• Išėjimo įtampa artima nuliui.
• Tranzistoriaus Q1 bazės įtampai viršijus maždaug 0,6 V jis atsidaro ir ciklas kartojasi.

Kondensatoriai įsikrauna abiem kryptim, tačiau viena iš krypčių jie įkraunami tik iki apie 0,6 V. Tiek priešinga kryptimi galima įkrauti ir elektrolitinį kondensatoriu, taigi šis tipas gali būti naudojamas (ir dažnai naudojamas ilgiems impulsams formuoti).

Alternatyvus veikimo principo aiškinimas

Du vieno tranzistoriaus, pagal bendro emiterio schemą surinkti stiprintuvai yra sujungti į uždarą žiedą. Taip sujungus, vyksta susižadinimas. Schema generuoja visą eilę virpesių, kurių žemiausias apsprendžiamas kondensatorių ir rezistorių reikšmėmis, o visi aukštesni yra šio žemiausio dažnio nelyginės harmonikos. Jų suma (stačiakampis impulsas) randama pagal formulę:

$x_{\mathrm {square} }(t)={\frac {4}{\pi }}\sum _{k=1}^{\infty }{\sin {\left((2k-1)t\right)} \over (2k-1)}$

čia t – laikas (vadinamasis Gibso fenomenas). Pirmosios harmonikos virpesiai šioje formulėje santykinai laikomi nusakomais formule sin(t). Paprastumo dėlei taip pat buvo tarta jog pauzės ir impulso trukmės lygios.

Multivibratorius su daugiau nei dviem kaskadom

Panašiu principu į multivibratorių galima sujungti ne du, o daug daugiau (kelis ar ir keliasdešimt) vieno tranzistoriaus kaskadų. Kiekviena kaskada turi savo rezistoriumi ir kondensatoriumi nustatomą savojo žingsnio formavimo trukmę. Į kolektoriaus grandines įjungus šviesos diodus, gaunama „bėganti ugnis“ (šviečia tik tas diodas, kurio kaskada tuo metu formuoja savo impulsą).

Laukiantis multivibratorius su dviem tranzistoriais

Laukiantis multivibratorius su dviem tranzistoriais

Atsakydama į paleidimo signalą, ši schema formuoja vieną impulsą, kurio trukmė apytikriai lygi R2×C1. Jam pasibaigus, gavusi kitą signalą schema formuoja sekantį impulsą.

Trigeris (kartais vadinamas bistabiliu multivibratoriumi) su dviem tranzistoriais

Trigeris su dviem tranzistoriais
R1, R2 = 1 kΩ
R3, R4 = 10 kΩ

Schema gali būti dviejose išoriniais signalais perjungiamos stabiliose būsenose.

Šiuo metu įvairūs stačiakampių impulsų generatoriai dažnai konstruojami vienos populiariausių pasaulyje mikroschemų, NE 555, pagrindu.

Nuorodos

• Multivibratoriaus darbą demonstruojantys Archyvuota kopija 2006-04-27 iš Wayback Machine projekto. Java įskiepiai