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Astable Multivibrator und Astable Oscillator Circuit

Wellenformgeneratoren

Regenerative Schaltkreise wie z Stabile Multivibratoren sind die am häufigsten verwendeten Arten von Relaxationsoszillatoren, da sie nicht nur einfach, zuverlässig und einfach aufgebaut sind, sondern auch eine konstante Rechteckwellen-Ausgangswellenform erzeugen.

Im Gegensatz zu dem Monostabilen Multivibrator oder dem Bistabilen Multivibrator haben wir uns in den vorangegangenen Tutorials angesehen, die einen "externen" Triggerimpuls für ihre Operation erfordern Stabiler Multivibrator hat eine automatische Triggerung, die es kontinuierlich zwischen seinen beiden instabilen Zuständen (Setzen und Rücksetzen) umschaltet.

Das Stabiler Multivibrator ist eine andere Art eines kreuzgekoppelten Transistorschaltkreises, der aufweist NEIN stabile Ausgangszustände beim Wechsel von einem Zustandzum anderen die ganze zeit. Die stabile Schaltung besteht aus zwei Schalttransistoren, einem kreuzgekoppelten Rückkopplungsnetzwerk und zwei Zeitverzögerungskondensatoren, die eine Oszillation zwischen den beiden Zuständen ohne externe Triggerung ermöglichen, um die Zustandsänderung zu erzeugen.

In elektronischen Schaltungen sind astabile Multivibratoren auch als bekannt Freilaufender Multivibrator da sie keine zusätzlichen Eingänge benötigen oderexterne Hilfe zum Oszillieren. Stabile Oszillatoren erzeugen aus ihren Ausgängen oder Ausgängen eine kontinuierliche Rechteckwelle (zwei Ausgänge ohne Eingänge), die dann verwendet werden können, um Lichter zu blinken oder einen Ton in einem Lautsprecher zu erzeugen.

Die grundlegende Transistorschaltung für eine Stabiler Multivibrator erzeugt eine Rechteckwellenausgabe von einem Paar vongeerdete Emitter kreuzgekoppelte Transistoren. Beide Transistoren, entweder NPN oder PNP, im Multivibrator sind für den linearen Betrieb vorgespannt und werden als Common Emitter Amplifiers mit 100% positiver Rückführung betrieben.

Diese Konfiguration erfüllt die Bedingung für die Oszillation, wenn: (βA = 1∠ 0)O ). Dies führt dazu, dass eine Stufe "vollständig EIN" (Sättigung) leitet, während die andere "vollständig AUS" (Abschaltung) geschaltet wird, was eine sehr hohe gegenseitige Verstärkung zwischen den beiden Transistoren ergibt. Die Leitung wird durch Entladung eines Kondensators über einen Widerstand von einer Stufe zur anderen übertragen, wie unten gezeigt.

Grundlegende stabile Multivibratorschaltung

eine stabile Multivibratorschaltung

Angenommen, dieser Transistor TR1 hat gerade auf "OFF" (Abschaltung) geschaltet und seine Kollektorspannung steigt in Richtung Vcc an, während der Transistor TR2 hat sich gerade eingeschaltet. Die Platte "A" des Kondensators C1 steigt ebenfalls in Richtung der +6-Volt-Versorgungsschiene von Vcc, wenn sie mit dem Kollektor von TR verbunden ist1 das ist jetzt abgeschnitten. Seit TR1 ist abgeschaltet, es leitet keinen Strom, so dass am Lastwiderstand R kein Spannungsabfall auftritt1.

Die andere Seite des Kondensators C1 der Platte "B" ist mit dem Basisanschluß des Transistors TR verbunden2 und bei 0,6 V, weil der Transistor TR2 leitet (Sättigung). Daher weist der Kondensator C1 eine Potentialdifferenz von +5,4 Volt zwischen seinen Platten (6,0 - 0,6 V) vom Punkt A zum Punkt B auf.

Seit TR2 ist voll eingeschaltet, Kondensator C2 beginnt sich über den Widerstand R aufzuladen2 in Richtung Vcc. Wenn die Spannung am Kondensator C2 steigt auf mehr als 0,6 V an und spannt den Transistor TR vor1 in die Leitung und in die Sättigung.

Der Moment, dass der Transistor, TR1 schaltet "ON", Platte "A" des Kondensatorswar ursprünglich auf Vcc-Potential, fällt sofort auf 0,6 Volt ab. Dieser schnelle Spannungsabfall auf der Platte "A" bewirkt einen gleichmäßigen und sofortigen Spannungsabfall auf der Platte "B". Daher wird die Platte "B" von C1 auf -5,4 V (eine umgekehrte Ladung) heruntergezogen, und diese negative Spannungsschwankung wird angelegt Basis von TR2 Drehen Sie es hart auf „AUS“. Ein instabiler Zustand.

Transistor TR2 wird in die Abschaltstufe getrieben, so dass der Kondensator C1 nun in entgegengesetzter Richtung über den Widerstand R3 aufgeladen wird, der ebenfalls mit der +6 Volt-Versorgungsschiene Vcc verbunden ist. Also die Basis des Transistors TR2 bewegt sich jetzt in positiver Richtung auf Vcc zu, wobei die Zeitkonstante der Kombination C1 x R3 entspricht

Er erreicht jedoch niemals den Wert von Vcc, da der Transistor TR, sobald er auf 0,6 Volt positiv ist, erreicht2 schaltet vollständig in die Sättigung. Diese Aktion startet den gesamten Prozess von neuem, aber jetzt nimmt der Kondensator C2 die Basis des Transistors TR an1 bis -5,4 V, während sie über den Widerstand R2 aufgeladen wird und in den zweiten instabilen Zustand übergeht.

Dann können wir sehen, dass die Schaltung zwischen einem instabilen Zustand wechselt, in dem der Transistor TR ist1 ist "AUS" und der Transistor TR2 ist "ON" und eine zweite instabil, in der TR1 ist "ON" und TR2 ist bei einer durch die RC-Werte bestimmten Rate "AUS". Dieser Vorgang wiederholt sich immer und immer, solange die Versorgungsspannung anliegt.

Die Amplitude der Ausgangswellenform beträgtetwa gleich der Versorgungsspannung Vcc, wobei die Zeitperiode jedes Schaltzustands durch die Zeitkonstante der RC-Netzwerke bestimmt wird, die über die Basisanschlüsse der Transistoren geschaltet sind. Da die Transistoren sowohl "EIN" als auch "AUS" schalten, ist die Ausgabe an jedem Kollektor eine Rechteckwelle mit leicht abgerundeten Ecken, da der Strom die Kondensatoren auflädt. Dies kann durch Verwendung weiterer Komponenten korrigiert werden, wie wir später besprechen werden.

Wenn die zwei Zeitkonstanten von C2 x R2 undC1 x R3 in den Basisschaltkreisen sind gleich, das Markierungsabstand-Verhältnis (t1 / t2) ist gleich Eins zu Eins, wodurch die Ausgangswellenform symmetrisch wird. Durch Variation der Kondensatoren C1, C2 oder der Widerstände R2, R3 kann das Markierungsabstand-Verhältnis und damit die Frequenz verändert werden.

Wir haben im RC Entladungs-Tutorial gesehen, dass dasWenn die Spannung über einem Kondensator auf die Hälfte der Versorgungsspannung abfällt, entspricht 0,5 Vcc 0,69 Zeitkonstanten der Kombination aus Kondensator und Widerstand. Dann nimmt eine Seite des astabilen Multivibrators die Zeitdauer des Transistors TR ein2 ist "AUS" gleich 0,69T oder 0,69 mal der Zeitkonstante von C1 x R3. Ebenso die Zeitdauer, die der Transistor TR1 ist "AUS" gleich 0,69T oder 0,69 mal der Zeitkonstante von C2 x R2 und dies ist definiert als

Astable Multivibrators Periodic Time

eine stabile multivibrator periodische Zeit

Wo ist R in Ω und C in Farads.

Durch Ändern der Zeitkonstante eines einzigen RCIn einem Netzwerk können Markierungsabstand und Frequenz der Ausgangswellenform geändert werden. Normalerweise werden jedoch beide RC-Zeitkonstanten gleichzeitig geändert, und die Ausgangsfrequenz wird geändert, wobei die Markierungsabstände gleich bleiben. zu einem.

Wenn der Wert des Kondensators C1 dem Wert entsprichtdes Kondensators C2, C1 = C2 und auch der Wert des Basiswiderstandes R2 ist gleich dem Wert des Basiswiderstandes, R3, R2 = R3 und dann die Gesamtzeitdauer Multivibratoren Der Zyklus ist unten für eine symmetrische Ausgangswellenform angegeben.

Schwingungsfrequenz

eine stabile Multivibratorgleichung

Wo ist R in Ω 's, C ist in Farads, T ist in Sekunden und ƒ ist in Hertz.

und dies wird als "Pulswiederholungsfrequenz" bezeichnet. So Stabile Multivibratoren kann zwei sehr kurze Rechteckwellen erzeugenWellenformen von jedem Transistor oder einem viel längeren rechteckigen Ausgang, entweder symmetrisch oder nicht symmetrisch, abhängig von der Zeitkonstante des RC-Netzwerks (siehe unten).

Astable Multivibrator-Wellenformen

eine stabile Wellenform

Beispiel für einen stabilen Multivibrator Nr. 1

Ein Stabile Multivibratoren Eine Schaltung ist erforderlich, um eine Reihe von Impulsen bei einer Frequenz von 500 Hz mit einem Markierungsabstand von 1: 5 zu erzeugen. Wenn R2 = R3 = 100kΩ ist, berechnen Sie die Werte der erforderlichen Kondensatoren C1 und C2.

Beispiel eines stabilen Multivibrators

und durch Umstellen der obigen Formel für die periodische Zeit werden die Werte der Kondensatoren, die erforderlich sind, um ein Markierungsabstand-Verhältnis von 1: 5 zu erhalten, als

eine stabile Multivibratorformel

Die Werte von 4,83nF und 24.1nF sind berechnete Werte. Daher müssen wir die nächstgelegenen bevorzugten Werte für C1 und C2 unter Berücksichtigung der Kondensatortoleranz auswählen. Tatsächlich kann die tatsächliche Ausgangsfrequenz aufgrund des großen Toleranzbereichs des Kondensators um ± 20% (in unserem einfachen Beispiel 400 bis 600 Hz) von der tatsächlich benötigten Frequenz abweichen.

Wenn wir die Ausgabe einer astabilen Wellenform benötigenNicht symmetrisch für Timing- oder Gating-Schaltungen usw. könnten wir die Werte von R und C für die einzelnen Komponenten wie in dem obigen Beispiel manuell berechnen. Wenn jedoch die beiden Rs und Cs gleich sind, können wir uns das Leben ein wenig erleichtern, indem wir den astabilen Multivibratoren mithilfe von Tabellen die für verschiedene Kombinationen oder Werte von R und C berechneten Frequenzen anzeigen.

Astable Multivibrator-Frequenztabelle

Res. Kondensatorwerte
1nF 2.2nF 4.7nF 10nF 22nF 47nF 100nF 220nF 470nF
1,0 kΩ 714,3 kHz 324,6 kHz 151,9 kHz 71,4 kHz 32,5 kHz 15,2 kHz 7,1 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz
2,2 kΩ 324,7 kHz 147,6 kHz 69,1 kHz 32,5 kHz 14,7 kHz 6,9 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz 691 Hz
4,7 kΩ 151,9 kHz 69,1 kHz 32,3 kHz 15,2 kHz 6,9 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz 691 Hz 323 Hz
10 kΩ 71,4 kHz 32,5 kHz 15,2 kHz 7,1 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz 714 Hz 325 Hz 152 Hz
22 kΩ 32,5 kHz 14,7 kHz 6,9 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz 691 Hz 325 Hz 147 Hz 69,1 Hz
47 kΩ 15,2 kHz 6,9 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz 691 Hz 323 Hz 152 Hz 69,1 Hz 32,5 Hz
100 kΩ 7,1 kHz 3,2 kHz 1,5 kHz 714 Hz 325 Hz 152 Hz 71,4 Hz 32,5 Hz 15,2 Hz
220 kΩ 3,2 kHz 1,5 kHz 691 Hz 325 Hz 147 Hz 69,1 Hz 32,5 Hz 15,2 Hz 6,9 Hz
470 kΩ 1,5 kHz 691 Hz 323 Hz 152 Hz 69,1 Hz 32,5 Hz 15,2 Hz 6,6 Hz 3,2 Hz
1 MΩ 714 Hz 325 Hz 152 Hz 71,4 Hz 32,5 Hz 15,2 Hz 6,9 Hz 3,2 Hz 1,5 Hz

Vorberechnete Häufigkeitstabellen können sehr seinnützlich bei der Bestimmung der erforderlichen Werte von R und C für eine bestimmte symmetrische Ausgangsfrequenz, ohne dass sie jedes Mal neu berechnet werden müssen, wenn eine andere Frequenz erforderlich ist.

Durch Wechseln der beiden Festwiderstände wird R2 und R3 für ein Potentiometer mit zwei Gängen und bei gleichem Wert der Kondensatoren die Frequenz von Stabile Multivibratoren Die Ausgabe kann einfacher „abgestimmt“ werden, um einen bestimmten Frequenzwert zu erhalten oder um die Toleranzen der verwendeten Komponenten zu kompensieren.

Wählen Sie beispielsweise einen Kondensatorwert von 10nFaus der Tabelle oben. Durch die Verwendung eines 100kΩ-Potentiometers für unseren Widerstand würden wir eine Ausgangsfrequenz erhalten, die vollständig von etwas über 71,4kHz bis hinunter zu 714Hz eingestellt werden kann, was einen Frequenzbereich von etwa drei Jahrzehnten darstellt. Ebenso würde ein Kondensatorwert von 47nF einen Frequenzbereich von 152 Hz bis weit über 15 kHz ergeben.

Beispiel für einen stabilen Multivibrator Nr. 2

Ein Stabiler Multivibrator Die Schaltung ist aus zwei Timings aufgebautKondensatoren mit dem gleichen Wert von 3,3 uF und zwei Basiswiderstände mit einem Wert von 10 kΩ. Berechnen Sie die minimalen und maximalen Schwingfrequenzen, wenn ein 100-kΩ-Potentiometer mit zwei Gang in Reihe mit den beiden Widerständen geschaltet wird.

Bei einem Potentiometer von 0% beträgt der Wert des Basiswiderstandes 10 kΩ.

eine stabile obere Frequenz des Multivibrators

bei 100% des Potentiometers entspricht der Wert des Basiswiderstandes 10 kΩ + 100 kΩ = 110 kΩ

astabiler Multivibrator mit niedriger Frequenz

Dann kann die Ausgangsfrequenz der Oszillation für den astabilen Multivibrator zwischen 2,0 und 22 Hertz variiert werden.

Bei der Auswahl von Widerstand undKapazitätswerte für einen zuverlässigen Betrieb sollten die Basiswiderstände einen Wert haben, der es dem Transistor ermöglicht, vollständig "EIN" zu schalten, wenn der andere Transistor "AUS" ist. Betrachten Sie beispielsweise die Schaltung oben. Wenn der Transistor TR2 vollständig "EIN" ist (Sättigung), wird fast die gleiche Spannung über Widerstand R3 und Widerstand R4 abfallen.

Wenn der verwendete Transistor eine Stromverstärkung aufweist,von 100 und dem Kollektorlastwiderstand, R4 ist gleich 1 kΩ, der maximale Basiswiderstandswert wäre daher 100 kΩ. Wenn der Transistor höher ist und der Transistor möglicherweise nicht vollständig eingeschaltet ist, führt der Multivibrator zu unregelmäßigen Ergebnissen oder schwingt überhaupt nicht. Wenn der Wert des Basiswiderstandes zu niedrig ist, schaltet der Transistor ebenfalls nicht auf "OFF" und der Multivibrator würde wieder nicht schwingen.

Ein Ausgangssignal kann von der erhalten werdenKollektoranschluß eines der Transistoren in der Astable Multivibrators-Schaltung, wobei jede Ausgangswellenform ein Spiegelbild von sich selbst ist. Wir haben oben gesehen, dass die Vorderflanke der Ausgangswellenform aufgrund der Aufladungseigenschaften des Kondensators in der gekoppelten Schaltung leicht abgerundet und nicht quadratisch ist.

Aber wir können einen anderen Transistor in die einführenDiese Schaltung erzeugt einen nahezu quadratischen Ausgangsimpuls und kann auch zum Schalten von höheren Stromlasten oder Lasten mit niedriger Impedanz wie LEDs oder Lautsprechern usw. verwendet werden, ohne den Betrieb des astabilen Multivibrators zu beeinträchtigen. Der Nachteil ist jedoch, dass die Ausgangswellenform nicht perfekt symmetrisch ist, da der zusätzliche Transistor eine sehr kleine Verzögerung erzeugt. Betrachten Sie die beiden folgenden Schaltungen.

Astable Multivibrators Fahrschaltung

eine stabile Multivibrator-Treiberschaltung

Ein Ausgang mit einer quadratischen Vorderflanke wird nun vom dritten Transistor TR erzeugt3 verbunden mit dem Emitter des Transistors TR2. Dieser dritte Transistor schaltet zusammen mit dem Transistor TR "EIN" und "AUS"2. Mit diesem zusätzlichen Transistor können wir Leuchtdioden, Relais schalten oder einen Sound Transducer wie einen Lautsprecher oder einen Piezo-Sounder wie oben gezeigt erzeugen.

Der Lastwiderstand Rx muss geeignet gewählt werdenum die Vorwärtsspannungsabfälle zu berücksichtigen und den maximalen Strom für die LED-Schaltung auf etwa 20 mA zu begrenzen oder eine Gesamtlastimpedanz für die Lautsprecherschaltung von etwa 100 Ω zu erhalten. Der Lautsprecher kann eine Impedanz von weniger als 100 Ω haben.

Durch Anschließen eines zusätzlichen Transistors TR4 an die Emitterschaltung des anderen Transistors TR1 In ähnlicher Weise können wir ein Astabiles produzierenMultivibratorschaltung, die zwei Lichtsets oder LED's mit einer durch die Zeitkonstante des RC-Timing-Netzwerks bestimmten Geschwindigkeit blinkt.

Im nächsten Tutorial über Wellenformen und Signale werden wir die verschiedenen Arten von Wellenformen betrachten Stabile Multivibratoren , die zur Erzeugung einer kontinuierlichen Ausgabe verwendet werdenWellenform. Diese als Relaxationsoszillatoren bekannten Schaltungen erzeugen an ihren Ausgängen entweder eine Rechteck- oder Rechteckwelle zur Verwendung in sequentiellen Schaltungen als Taktsignal oder als Zeitsignal. Diese Arten von Schaltungen werden als Wellenformgeneratoren bezeichnet.

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