Как работает мультивибратор: что это такое и как сделать своими руками по схеме с расчетом

Общие принципы работы мультивибратора

Как сказано в энциклопедии, «Балансный мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью». Смотрим схему:

Рис. 1. Двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью

Если вы читали статью про усилительный каскад на транзисторе, то все символы этой схемы вам знакомы. Это развязывающий конденсатор С, базовый резистор Rб, задающий ток смещения и Rк в качестве нагрузки. И таких водопадов два, они абсолютно одинаковые.

Что необычно, так это провод обратной связи (на схеме показан красным), замыкающий наш двухкаскадный усилитель в кольцо. Именно благодаря положительной обратной связи наш усилитель становится генератором, контролирующим сам себя и сохраняющим незатухающие колебания.

Процессы, происходящие в мультивибраторе

Теперь давайте подробнее рассмотрим электронные процессы, происходящие в мультивибраторе. Но сначала давайте перерисуем вашу схему более «традиционным» способом, подчеркнув симметрию:

Рис. 2. Та же схема, но устроенная по-разному

Вы можете сравнить и убедиться, что это та же схема, что и на предыдущем рисунке. Приведенные выше обозначения элементов я оставил для того, чтобы было легче понять, к какому из двух каскадов относится та или иная часть.

Включение питания

В первый момент после включения питания начинают открываться оба транзистора. Откуда берется ток открытия? Рассмотрим на примере транзистора Т1

Рис. 3. Момент включения: токи, открывающие транзистор

Первый очевидный путь — через Rb1, на рисунке отмечен синей стрелкой. Второй, не столь очевидный, через конденсатор С1. Не забудем, что в первый момент конденсатор разряжен, его сопротивление практически равно нулю, а в цепи через Rк2 — С1 — эмиттерный переход Т1 появляется зарядный ток. Этот путь показан красной стрелкой.

Здесь важно отметить, что коллекторное сопротивление Rk в этой схеме намного меньше базового Rb, по крайней мере, на порядок, а то и на несколько. Это означает, что «красная» составляющая изначально будет давать больший вклад.

Борьба транзисторов

Однако оба транзистора не успевают полностью открыться. Дело в том, что, открываясь, транзистор начинает мешать своему собрату. Например, как только Т2 имеет ток коллектора, потенциал на правой пластине С1 падает. На самом деле ток через конденсатор начинает течь в обратном направлении: через Rb1 – C1 – коллекторный переход Т2:

Рис. 4. Направление тока через открывающий транзистор

Получается, что на базе Т1 потенциал падает, Т1 стремится закрыться. Но, закрывая, ускоряет открытие Т2, что приводит к еще большему блокированию Т1.

Те же рассуждения можно симметрично применить к T2. То есть транзисторы дерутся друг с другом, пытаясь одновременно открыть и закрыть соседа.

Баланса здесь не происходит, обязательно в итоге выигрывает один из транзисторов и полностью открывается, переходя в режим насыщения, а его собрат полностью закрывается. Дело в том, что, даже если у нас есть транзисторы одной модели, создать два абсолютно одинаковых транзистора физически невозможно. Один из них будет иметь чуть больший коэффициент усиления, этот транзистор выйдет победителем. Пусть для большей точности пусть Т1 окажется замкнутым, а Т2 открытым.

Генерация

Все вышеперечисленные процессы происходят очень быстро, они ограничиваются только быстродействием транзисторов. После этого схема стабилизируется и находится в установившемся режиме. Однако эта стабильность лишь кажущаяся, так как некоторые процессы, связанные с зарядом-разрядом конденсаторов, продолжаются:

Рис. 5. После переключения транзисторов: быстрая зарядка С2 и медленная зарядка С1

Прежде всего достаточно быстро заряжается конденсатор С2 — резистор Rk1 сравнительно небольшой. На рисунке красной линией показан путь зарядки.

Если C2 быстро заряжается и через него не протекает ток, что удерживает T2 открытым? Ответ: ток через Rb2. Этого тока, хотя и меньшего, чем через С2 поначалу, достаточно для полного открытия транзистора (в режиме насыщения).

Во-вторых, конденсатор С1 тоже заряжается, но медленнее из-за относительно большого сопротивления Rb1; см синюю линию на рисунке. Обратите внимание, что напряжение на C1 прикладывается к базе T1 положительно, и по мере заряда C1 оно увеличивается. В какой-то момент (при достижении значения около 0,6 В) достаточно будет открыть Т1 и этот транзистор откроется.

И вот С2 ждет в засаде, полностью заряженный и уставший от долгого бездействия. После открытия Т1 оказывается, что весь накопленный потенциал С2 приложен к эмиттерному переходу Т2 и в запирающей полярности, поэтому Т2 мгновенно закрывается:

Рис. 6. В момент открытия Т1 конденсатор С2 закрывает Т2

Объяснение: Ток не течет по красной линии, она просто показывает направление потенциала. Дело в том, что эмиттерный переход Т2 заблокирован этим потенциалом и его сопротивление очень велико. Кроме того, замыкание Т2 ускоряет открытие Т1, потому что потенциал на его коллекторе увеличивается и вызывает дальнейшую разрядку конденсатора С1 через эмиттерный переход Т1, открывая его. Возникает лавинообразный самоподкрепляющийся процесс одновременного переключения транзисторов в противоположное состояние.

Ну а дальше события начинают повторяться симметрично: С2 медленно перезаряжается в противоположной полярности, через Rb2 и вновь открывшийся Т1, пока его потенциала не становится достаточно для открытия Т2, и транзисторы снова включаются и так далее.

Частота мультивибратора

Отметим, что зарядка конденсатора через Rb продолжается относительно долго, а вот переключение транзисторов происходит практически мгновенно. Поэтому мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы. А его частота определяется временем заряда конденсаторов:

f = 1,443 / (C1*Rb1 + C2*Rb2)

где f — частота (Гц), C — емкость в фарадах, R — сопротивление в Омах

Остается добавить пару технических замечаний. Первый: мультивибратор имеет два выхода, сигнал можно снимать как с коллектора Т1, так и с коллектора Т2. Эти два сигнала не совпадают по фазе, некоторые схемы используют это свойство и используют оба сигнала. При подключении нагрузки важно не шунтировать транзистор, иначе есть риск внесения искажений в работу мультивибратора, а то и полного прерывания генерации. Нагрузку лучше всего подключать параллельно сопротивлению коллектора.

Хорошо, второй комментарий. Очевидное, но без его упоминания статья была бы неполной: здесь мы разбираем схему на npn-транзисторах, но точно так же можно построить мультивибратор на pnp-транзисторах, изменив полярность питания. А также в радиолампах, ОУ, логических элементах и ​​т.д., главное, чтобы было два каскада усиления, охватываемых ОС. Одна из таких схем показана ниже.

Как работает мультивибратор на транзисторах

Мультивибратор на самом деле работает очень просто. При подключении питания периодически загораются и гаснут два светодиода. Переменную частоту переключения светодиодов можно изменять с помощью емкостей конденсаторов или сопротивления резисторов, подключенных к транзисторам и светодиодам.

Это устройство находится в одном из двух противоположных неустойчивых состояний, периодически переходя из одного в другое и наоборот. Фаза перехода довольно короткая по сравнению с большой продолжительностью состояний из-за положительной обратной связи (PFC), которая распространяется через две стадии усиления.

Посмотреть в полном размере

Предположим, что VT1 закрыт, VT2 полностью открыт и насыщен, а C1 быстро заряжается переходным током открытой базы VT2 через R1 и VT2 почти до напряжения питания. При полном заряде конденсатора С1 через резистор R1 ток прекращается, напряжение на С1 = (ток базы VT2) R2, а на коллекторе VT1 — напряжению питания.

Электрическое напряжение на коллекторе VT2 достаточно мало (что в свою очередь будет равно падению напряжения на насыщенном транзисторе). С2, ранее заряженный до прежнего состояния (полярность как на схеме), начинает медленно разряжаться через открытый транзистор VT2 и резистор R3. Текущее напряжение на базе транзистора VT1 отрицательное и благодаря этому напряжению он прочно удерживается в закрытом состоянии. Закрытое состояние напряжения транзистора VT1 сохраняется до тех пор, пока конденсатор С2 не перезарядится через R3 и напряжение на базе VT1 не начнет достигать порога его полного отпирания (около +0,6 В).

При этом VT1 сразу же начинает приоткрываться, а его коллекторное напряжение начинает быстро уменьшаться, что в свою очередь вызывает необратимое начало блокировки VT2, коллекторное напряжение транзистора VT2 начинает быстро увеличиваться, что в свою очередь вызывает срабатывание VT1 открыть дальше через конденсатор C2. В результате в транзисторном мультивибраторе возникает лавинообразно регенеративный повторяющийся процесс, который приводит к тому, что VT1 переходит в открытое насыщенное состояние, а VT2, в свою очередь, блокируется.

Колебательные электрические процессы в цепи будут повторяться постоянно и периодически в зависимости от емкости и сопротивления компонентов и коэффициентов используемых транзисторов.

Какие параметры возможны у деталей

Параметры резисторов R1 и R4 выбирают меньшими, чем у пары R3 и R2. Это необходимо для того, чтобы зарядка конденсаторов через R1 и R4 происходила быстрее, чем разрядка через R3 и R2. Если время заряда конденсаторов больше, то фронты импульсов будут одинаковыми. Но отношения R3/R1 и R2/R4 не должны превышать коэффициенты усиления по току используемых транзисторов. В противном случае транзисторы вообще перестанут открываться.

Можно ли собрать схему самостоятельно

Если вы можете. Это устройство отлично подойдет новичкам и тем, кто интересуется электроникой.

Подробностей об этой схеме немного, но работает она просто и надежно. Можно собрать схему и поверхностным монтажом, на печатной плате или попробовать сделать печатную плату — технология лазерного глажения (ЛУТ).

Из деталей транзисторов КТ315 можно взять любые, близкие к аналогам. Резисторы и конденсаторы по 0,125 Вт — не менее напряжения питания. Он может питаться от LBP (лабораторный источник питания) или от зарядного устройства +12 В.

По поводу регулировки частоты. Вы можете изменить частоту, используя емкость и сопротивление. С резисторами проще. Достаточно поменять обычный резистор на переменный (не подстроечный). Достаточно использовать 1-2 или 3-1 из 1-2-3 контактов.

Чем выше сопротивление, тем меньше шаг регулировки. Вы можете выдернуть выводы из переменного резистора и визуально наблюдать за изменением частоты.

Работающая схема

Чтобы наглядно продемонстрировать, как работает мультивибратор, я собрал схему на макетной плате. В соответствии с Rk1 и Rk2 включите светодиод.

Номера деталей следующие:

• Т1, Т2 — C1815
• Рк1, Рк2 — 1 кОм
• Rb1, Rb2 — 47 кОм
• C1, C2 — 10 мкФ (электролитический, плюс к коллектору, минус к базе)
• Напряжение питания — 5 В.

Альтернативные схемы

Давайте рассмотрим несколько альтернативных схем, а также некоторые способы улучшения работы мультивибратора.

Мультивибраторы с регулируемой частотой и скважностью

Рис. 8. Схема мультивибратора с регулируемой частотой (слева) и скважностью (справа)

В схеме слева из-за переменного сопротивления изменяются значения Rb, а значит, частота генератора. Справа сумма Rb1+Rb2 остается неизменной, но меняется соотношение резисторов в базовых цепях. Так частота фиксирована, но меняется скважность (отношение длительности импульса к паузе). Строго говоря, это уже несимметричный мультивибратор.

Если вы внимательно прочитали пояснение работы мультивибратора выше, то помните, что после переключения транзисторов один из конденсаторов быстро перезаряжается через коллекторное сопротивление Rк (см рис. 5, красная линия). Однако, поскольку полезный сигнал снимается с коллектора, изменение напряжения на конденсаторе вносит в этот сигнал совершенно ненужные помехи. В схему рисунка ниже введен добавочный резистор, через который и происходит тот самый заряд конденсатора:

Рис. 9. Отдельные пути зарядки и разрядки конденсатора: улучшение формы сигнала

Конденсатор отделен от коллектора диодом, что предотвращает искажение конденсатором фронта импульса в момент переключения транзисторов. Но этот же диод прекрасно позволяет конденсатору заряжаться во время квазистационарного состояния мультивибратора между переходом через Rb — диод — открытый транзистор.

Мультивибратор на логических элементах

Рис. 10. Мультивибратор на элементах 2И-НЕ

См в этой статье схему альтернативного логического мультивибратора.

Трехфазный мультивибратор

Рис. 11. Схема трехступенчатого мультивибратора

Здесь последовательно соединены не два каскада, а три. Схема работает таким образом, что в каждый момент 2 транзистора открыты, один закрыт. Вы можете попробовать разобраться в работе этой схемы самостоятельно, опираясь на описание симметричного мультивибратора выше.

Печатная плата мультивибратора

Список используемых деталей

С1. С2	47мкФ 16В
ХЛ1, ХЛ2	Любой маломощный светодиод
Р1, Р2	30 кОм 0,125 Вт
Р3, Р4	680 Ом 0,125 Вт
ВТ1, ВТ2	КТ315

Как еще можно собрать мультивибратор

Эту схему также можно спаять на обычной макетной плате

Или навесной монтаж, но будьте осторожны, чтобы не было короткого замыкания: соединения делайте ровными и прямыми.

Питание схемы

Схема может питаться как от корон 12В, так и от 9В и даже от одной батареи 18650.

Нестабильный мультивибратор — работа и принципы

Мультивибраторы — еще одна разновидность генераторов. Генератор представляет собой электронную схему, способную поддерживать на выходе сигнал переменного тока. Он может генерировать прямоугольные, линейные или импульсные сигналы. Чтобы колебаться, генератор должен удовлетворять двум условиям Баркгаузена:

T — коэффициент усиления контура, он должен быть немного больше единицы.

Изменение фазы цикла должно составлять 0 градусов или 360 градусов.

Для выполнения обоих условий генератор должен иметь какой-либо усилитель, и часть его выходного сигнала должна регенерироваться на входе. Если коэффициент усиления усилителя меньше единицы, то схема не будет колебаться, а если больше единицы, то схема перегрузится и выдаст искаженную форму сигнала. Простой генератор может генерировать синусоидальную волну, но не может генерировать прямоугольную. Прямоугольная волна может быть сгенерирована с помощью мультивибратора.

Мультивибратор — это форма генератора с двумя каскадами, благодаря которым мы можем получить выход любого из состояний. По сути, это две схемы усилителя с рекуперативной обратной связью. В этом случае ни один из транзисторов не проводит одновременно. В каждый момент времени работает только один транзистор, а другой выключен. Некоторые схемы имеют определенные состояния; состояние с быстрым переходом называют процессами переключения, где происходит быстрое изменение тока и напряжения. Этот переключатель называется триггером. Таким образом, мы можем запустить цепь внутри или снаружи.

Схемы имеют два состояния.

Один из них — стабильное состояние, в котором схема остается навсегда без какого-либо запуска.
Другое состояние нестабильно: в этом состоянии схема остается в течение ограниченного времени без какого-либо внешнего триггера и переходит в другое состояние. Поэтому использование мультивибраторов осуществляется в двух состояниях схемы, таких как таймеры и триггеры.

Нестабильный мультивибратор с использованием транзистора

Это автономный осциллятор, который постоянно переключается между двумя нестабильными состояниями. При отсутствии внешнего сигнала транзисторы попеременно переключаются из закрытого состояния в состояние насыщения с частотой, определяемой постоянными времени RC цепей связи. Если эти постоянные времени одинаковы (R и C одинаковы), будет генерироваться прямоугольная волна с частотой 1/1,4 RC. Поэтому неустойчивый мультивибратор называют генератором импульсов или генератором прямоугольных импульсов. Чем выше значение заряда базы R2 и R3 по отношению к заряду коллектора R1 и R4, тем больше коэффициент усиления по току и тем острее фронт сигнала.

Основной принцип работы нестабильного мультивибратора заключается в небольшом изменении электрических свойств или характеристик транзистора. Эта разница приводит к тому, что один транзистор включается быстрее, чем другой, при первом включении питания, вызывая колебание.

нестабильный мультивибратор состоит из двух RC-усилителей с перекрестной связью.
Схема имеет два неустойчивых состояния
Когда V1=НИЗКИЙ и V2=ВЫСОКИЙ, тогда Q1 ВКЛ и Q2 ВЫКЛ
Когда V1=HIGH и V2=LOW, Q1 выключен, а Q2 включен.
В этом случае R1 = R4, R2 = R3, R1 должно быть больше R2
С1=С2
При первом включении схемы ни один из транзисторов не включается.
Базовое напряжение обоих транзисторов начинает расти. Какой из транзисторов включится первым из-за разницы в легировании и электрических характеристиках транзистора.

Мы не можем сказать, какой транзистор включается первым, поэтому мы предполагаем, что Q1 включается первым, а Q2 закрыт (C2 полностью заряжен).

Q1 включен, а Q2 выключен, поэтому VC1 = 0 В, поскольку весь ток уходит на землю из-за короткого замыкания Q1, а VC2 = Vcc, поскольку все напряжение на VC2 падает из-за разомкнутой цепи TR2 (равно напряжению питания).
Из-за высокого напряжения VC2 конденсатор C2 начинает заряжаться через Q1 к R4, а C1 начинает заряжаться через R2 к Q1. Время, необходимое для зарядки C1 (T1 = R2C1), больше, чем время, необходимое для зарядки C2 (T2 = R4C2).
Поскольку правая пластина C1 подключена к базе Q2 и заряжается, эта пластина имеет высокий потенциал, и когда он превышает 0,65 В, Q2 включается.
Поскольку C2 полностью заряжен, его левая пластина находится на -Vcc или -5V и подключена к базе Q1. Так что выключите Q2
TR Теперь TR1 выключен, а Q2 находится в проводящем состоянии, поэтому VC1 = 5 В, а VC2 = 0 В. Левая пластина C1 ранее была на уровне -0,65 В, который начинает повышаться до 5 В и соединяется с коллектором Q1. C1 сначала разряжается от 0 до 0,65 В, а затем начинает заряжаться через R1 на Q2. Во время зарядки правая пластина C1 находится под низким потенциалом, что отключает Q2.
Правая пластина C2 подключена к коллектору Q2 и имеет смещение +5В. Таким образом, C2 сначала разряжается с 5 В до 0 В, а затем начинает заряжаться через R3. Левая пластина C2 находится под высоким потенциалом во время зарядки, который включает Q1, когда он достигает 0,65 В.

Теперь Q1 включен, а Q2 выключен. Приведенная выше последовательность повторяется, и мы получаем сигнал на обоих коллекторах транзистора, который находится в противофазе друг с другом. Для получения идеальной прямоугольной формы с коллектором любого транзистора возьмем в качестве сопротивления коллектора транзистора сопротивление базы, т.е. (R1=R4), (R2=R3), а также такое же значение конденсатора, которое что делает нашу схему симметричной. Следовательно, рабочий цикл для высокого и низкого значения выходного сигнала такой же, как при генерации прямоугольной волны
Постоянная Постоянная времени сигнала зависит от сопротивления базы и коллектора транзистора. Мы можем рассчитать его период времени: Постоянная времени = 0,693RC

Принцип действия мультивибратора на видео c объяснением

В этом видеоуроке от телеканала Паяльник мы покажем, как связаны между собой элементы электрической цепи и познакомимся с процессами, которые в ней происходят. Первая схема, на основе которой будет рассмотрен принцип работы, представляет собой схему транзисторного мультивибратора. Схема может находиться в одном из двух состояний и периодически переключаться из одного в другое.

Анализ 2-х состояний мультивибратора.

Все, что мы сейчас видим, это два попеременно мигающих светодиода. Почему это происходит? Сначала рассмотрим первое состояние.

Первый транзистор VT1 закрыт, а второй транзистор полностью открыт и не препятствует протеканию коллекторного тока. Транзистор в это время находится в режиме насыщения, что снижает падение напряжения на нем. И вот правый светодиод горит в полную силу. Конденсатор С1 сначала разряжался, и ток свободно шел на базу транзистора VT2, полностью открывая его. Но через мгновение конденсатор начинает быстро заряжаться током базы второго транзистора через резистор R1. Как только он полностью заряжен (а как известно, полностью заряженный конденсатор не пропускает ток), в результате транзистор VT2 закрывается, а светодиод гаснет.

Напряжение на конденсаторе С1 равно произведению тока базы на сопротивление резистора R2. Вернемся назад во времени. Пока был открыт транзистор VT2 и горел правый светодиод, конденсатор С2, ранее заряженный до прежнего состояния, начинает медленно разряжаться через открытый транзистор VT2 и резистор R3. До момента разрядки напряжение на базе VT1 будет отрицательным, что полностью блокирует транзистор. Первый светодиод выключен. Получается, что когда второй светодиод гаснет, конденсатор С2 успевает разрядиться и готов пропускать ток на базу первого транзистора VT1. В тот момент, когда второй светодиод перестает гореть, загорается первый светодиод.

А во втором состоянии происходит то же самое, только наоборот, транзистор VT1 открыт, VT2 закрыт. Переход в другое состояние происходит, когда конденсатор С2 разряжается, напряжение на нем уменьшается. Когда он полностью разряжен, он начинает заряжаться в обратном направлении. Когда напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1 достигнет напряжения, достаточного для его открытия, около 0,7 В, этот транзистор начнет открываться и загорится первый светодиод.

Снова обратимся к схеме.

Конденсаторы заряжаются через резисторы R1 и R4 и разряжаются через резисторы R3 и R2. Резисторы R1 и R4 ограничивают ток первого и второго светодиодов. Не только яркость светодиодов зависит от их сопротивления. Они также определяют время зарядки конденсаторов. Резисторы R1 и R4 выбраны намного меньше, чем R2 и R3, чтобы конденсаторы заряжались быстрее, чем разряжались. Мультивибратор используется для получения прямоугольных импульсов, которые снимаются с коллектора транзистора. В этом случае нагрузка подключается параллельно одному из коллекторных резисторов R1 или R4.

На графике показаны прямоугольные импульсы, генерируемые этой схемой. Одна из областей называется фронтом импульса. Фронт имеет наклон, и чем больше время зарядки конденсаторов, тем больше этот наклон.

Если в мультивибраторе использованы одинаковые транзисторы, конденсаторы одинаковой емкости, а резисторы имеют симметричные сопротивления, то такой мультивибратор называется симметричным. Он имеет одинаковую длительность импульса и длительность паузы. А если есть различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным. Когда мы подключаем мультивибратор к питанию, сначала оба конденсатора разряжаются, а это значит, что ток потечет на базу обоих конденсаторов и возникнет неустойчивый режим работы, при котором должен быть открыт только один из транзисторов. Так как эти элементы схемы имеют некоторые погрешности в номиналах и параметрах, то первым откроется один из транзисторов и запустится мультивибратор.

Если вы хотите смоделировать эту схему в программе Multisim, вам нужно установить номиналы резисторов R2 и R3 так, чтобы их сопротивления отличались хотя бы на одну десятую ома. То же самое проделайте с емкостью конденсаторов, иначе мультивибратор может не запуститься. При практической реализации этой схемы я рекомендую подавать напряжение от 3 до 10 вольт, а сейчас вы узнаете параметры самих элементов. Пока используется транзистор КТ315. Резисторы R1 и R4 не влияют на частоту импульсов. В нашем случае они ограничивают ток светодиода. Сопротивление резисторов R1 и R4 можно взять от 300 Ом до 1 кОм. Сопротивление резисторов R2 и R3 от 15 кОм до 200 кОм. Емкость конденсаторов от 10 до 100 мкФ.

Программа для расчета простого мультивибратора на микросхеме CD4011

В практике радиолюбителя очень часто возникает необходимость собрать простой и недорогой генератор импульсов. Проще всего собрать его на одной из самых распространенных КМОП-микросхем типа CD4011 (советский аналог К561ЛА7). Такой генератор импульсов может быть использован в различных импульсных устройствах, таких как преобразователи напряжения, тестеры для проверки различных радиосхем, генераторы для прозвонки электрических цепей и т.д.

Чип CD4011 стоит очень дешево. Набор из 10 штук стоит около 1 доллара

Микросхема CD4011 входит в состав очень распространенной и очень старой серии микросхем 4000 (в СССР это серия К561). 4011, пожалуй, самая распространенная среди радиолюбителей микросхема этой серии, так как содержит четыре логических элемента 2И-НЕ (И-НЕ) в одном корпусе. А как известно из теории цифровой техники, абсолютно любую более сложную логическую схему можно построить на логических элементах 2И-НЕ, то есть элемент И-НЕ является универсальным «кирпичиком» цифровой техники.

Микросхема CD4011 очень удобна тем, что работает в относительно широком диапазоне питающих напряжений. Теоретически работоспособность сохраняется при изменении напряжения питания от 3 до 18 вольт. Но в реальных схемах желательно использовать эти микросхемы с напряжением питания не менее 5 и не более 15 вольт. Среди недостатков 4000-й серии — не очень высокая производительность. Фактическая предельная рабочая частота зависит от напряжения питания. При максимальном напряжении рабочая частота не выше 10..15 мегагерц. При напряжении питания 3..5 вольта это примерно от 2 до 3 мегагерц. Однако для многих приложений этого достаточно.

Распиновка микросхемы CD4011 (К561ЛА7)

Генератор прямоугольных импульсов на 4011. Схема 1

Это первый вариант схемы мультивибратора на микросхеме 4011. В ней используются 3 из четырех элементов, составляющих микросхему. При указанных номиналах C1 и R1 и напряжении питания 5 В частота выходных импульсов составляет примерно 10 кГц. Рассчитать генератор на другую частоту можно с помощью небольшой программы — калькулятора, речь о которой пойдет чуть позже.

Генератор прямоугольных импульсов на 4011. Схема 2

Второй вариант схемы использует только 2 логических элемента из четырех. Стабильность первой схемы несколько выше. Кроме того, частоты генерации обеих схем в некоторой степени зависят от напряжения питания. При изменении напряжения питания от 5 до 15 вольт выходная частота увеличивается примерно на 10 процентов.

Программа для расчета элементов мультивибратора на микросхеме 4011 (К561ЛН7)

Для расчета номиналов резисторов и конденсаторов мультивибратора, исходя из заданной частоты импульсов, я написал небольшую программу. Программа написана в свободной среде программирования Lazarus 2.2.0

Используя кнопки опций Type 1 и Type 2, вы можете выбрать либо первую, либо вторую опцию схемы генератора.

В поле F= установите желаемую частоту в килогерцах (можно использовать дробные значения.

В полях R= и C= можно задать желаемое сопротивление резистора в кОм или емкость конденсатора в пикофарадах.

поле Vdd позволяет выбрать напряжение питания мультивибратора. Частота на выходе схемы в некоторой степени зависит от этого напряжения. Вы можете выбрать напряжение от 5 до 15 вольт с шагом 1 вольт.

Что будет рассчитано в конце, зависит от кнопки, которую вы нажмете. Если вы нажмете Calculate C, будет рассчитана емкость конденсатора. Если вы нажмете Calculate R, программа рассчитает сопротивление резистора. Результат расчета будет подсвечен зеленым цветом до следующего ввода нового значения.

В мультивибраторе по этим схемам не рекомендуется использовать резистор сопротивлением менее 10 кОм. Расчет с помощью программы является ориентировочным и ориентировочным. Программа позволяет подобрать примерные значения пусковой емкости и сопротивления. Вы должны настроить частоту в реальном устройстве, точно подобрав сопротивление резистора или емкость конденсатора.

Пример использования мультивибратора на микросхеме 4011

На рисунке ниже представлена ​​схема простого преобразователя постоянного напряжения на выходное напряжение 90 — 120 В

Генератор прямоугольных импульсов здесь выполнен по первой схеме и работает на частоте 2,5-3 кГц. Частоту можно регулировать подбором резистора R1 и/или конденсатора С1.

Четвертый логический элемент D1.4 используется как буфер между генератором импульсов и затвором ключевого транзистора VT1. В качестве этого транзистора можно использовать любой полевой МОП-транзистор, рассчитанный на напряжение не меньше выходного напряжения преобразователя.

Катушку L1 (дроссель) намотал на ферритовой «массе» из впаянной катушки старого электронного балласта для люминесцентной лампы. Мотаем проволокой диаметром 0,1 мм до наполнения «гантельки».

Выходное напряжение зависит от напряжения питания, а также от частоты импульсов на выходе мультивибратора. Когда частота достигает резонанса катушки (и монтажной мощности), напряжение значительно увеличивается. В моем случае это была частота в районе 2,5 кГц. Напряжение было около 130 вольт. При увеличении частоты до 4,5 кГц выходное напряжение было в районе от 65 до 80 вольт. Индуктивность катушки в «Гантеле» оказалась 5 мГн. С помощью этого прибора можно измерить индуктивность.

Генератор импульсов с регулировкой скважности

При необходимости схема 1 может быть легко преобразована в генератор импульсов с контролем рабочего цикла. Для этого нужно добавить переменный резистор (или подстроечный) и два диода. Переменным резистором можно будет изменять скважность прямоугольных импульсов на выходе генератора.

Схема генератора импульсов на CD4011 с контролем скважности