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BÜCHER UND ARTIKEL
Selbstoszillierender Multivibrator. Radio – für Einsteiger
Verzeichnis / Radio - für Anfänger Ein Diagramm einer der Varianten eines selbstschwingenden Multivibrators ist in Abb. 1 dargestellt. XNUMX, ein. Es sollte Sie an die bekannte symmetrische Multivibratorschaltung mit zwei Transistoren erinnern.
Aber hier wird die Funktion der aktiven Elemente des Multivibrators von logischen Elementen 2I-NOT ausgeführt, die von Invertern umfasst sind. Dank zwei positiver Rückkopplungsschaltungen - der Ausgang des Elements DD1.2 über den Kondensator C1 mit dem Eingang DD1.1 und der Ausgang des Elements DD1.1 über den Kondensator C2 mit dem Eingang DD1.2 - ist das Gerät selbst- angeregt und erzeugt elektrische Impulse. Die Wiederholrate der erzeugten Impulse hängt von den Werten der angegebenen Kondensatoren und Widerstände R1 und R2 ab. Was sind elektrische Impulse? Wenn die konstante Spannung sprunghaft ist und in regelmäßigen (in einem bestimmten Fall) Abständen ihren Wert ändert und abwechselnd einen hohen, dann einen niedrigen Pegel annimmt, wird diese Art von Signal allgemein als Impulsfolge oder Impulsfolge bezeichnet. Diejenigen Abschnitte dieser Sequenz, bei denen die Spannung einen hohen Pegel annimmt, werden als Impulse mit hohem Pegel bezeichnet; Pausen dazwischen sind Segmente mit geringem Spannungsniveau. Aus dem gleichen Grund können wir jedoch von Impulsen auf niedriger Ebene sprechen; in diesem Fall sind die Pausen hoch. Im Allgemeinen darf die Dauer der Pulse nicht gleich der Dauer der Pausen zwischen ihnen sein. Das Verhältnis dieser Dauern wird durch einen solchen Parameter wie das Tastverhältnis geschätzt, das angibt, wie oft die Periode der Sequenz größer als die Impulsdauer ist. Der Moment des Auftretens eines Impulses sowohl mit hohem als auch mit niedrigem Pegel wird allgemein als Impulsfront bezeichnet, und der Moment der Beendigung ist das Abklingen des Impulses. Es ist klar, dass bei einem Impuls mit hohem Pegel die Front ein positiver (oder positiver) Spannungsabfall ist - von niedrig nach hoch, und der Abfall ein negativer (negativer) Spannungsabfall ist, wenn sich der Pegel von hoch nach niedrig ändert. Es versteht sich auch, dass die ansteigende Flanke eines Impulses mit hohem Pegel das Tal eines Impulses mit niedrigem Pegel ist und umgekehrt. Um den Multivibrator auf einer Paketplatte zu montieren, müssen Sie nur diese Kondensatoren und Widerstände mit den entsprechenden Pins des DD1-Chips verbinden (Abb. 1, b). Überprüfen Sie die Installation - auf Fehler - und überprüfen Sie besonders sorgfältig die Polarität der Aufnahme von Oxidkondensatoren. Schließen Sie eine Stromquelle an das Steckbrett und ein Voltmeter an den Ausgang des zweiten Logikelements an. Was zeigt die Voltmeternadel an? Gleichspannung intermittierend, etwa 30 Mal pro Minute, die schnell auf ein hohes Niveau ansteigt und auch schnell auf ein niedriges Niveau abfällt. Der Multivibrator erzeugt also Impulse mit einer Wiederholrate von etwa 0,5 Hz. Schließen Sie dann ein Voltmeter parallel zum Ausgang des ersten Elements an. Sie werden sehen, dass der Pfeil auch die Übergänge des logischen Elements vom Nullzustand zum Einszustand und umgekehrt mit der gleichen Häufigkeit wie im vorherigen Fall aufzeichnet. Das bedeutet, dass auch an diesem Ausgang elektrische Impulse entnommen werden können, die aber gegenüber den Impulsen am Ausgang des zweiten Elements um 180° phasenverschoben sind. Welche Experimente können mit unserem Multivibrator durchgeführt werden? Versuchen Sie zunächst, die Kapazität beider Kondensatoren gleichzeitig zu erhöhen, z. B. zweimal, indem Sie jeweils denselben Kondensator parallel schalten, und ersetzen Sie sie dann durch Kondensatoren mit einer Kapazität von 100 ... 200 Mikrofarad. Im ersten Fall nimmt die Pulswiederholrate ab, im zweiten nimmt sie zu. Sie können die Kapazität nur eines Kondensators ändern, zum Beispiel C1. Dadurch ändert sich nicht nur die Frequenz, sondern auch das Verhältnis der Dauer der Impulse und Pausen zwischen ihnen, jedoch bleibt der Multivibrator je nach Schaltungsdesign symmetrisch. Kondensatoren können 1 ... 5 Mikrofarad groß sein. Dann erhöht sich die Frequenz der erzeugten Impulse auf ca. 500...1000 Hz. Dabei handelt es sich bereits um Schwingungen der Schallfrequenz, auf die die Nadel des Voltmeters aufgrund ihrer Trägheit nicht reagieren kann. Um in diesem Fall die Funktion des Multivibrators zu überprüfen, müssen Sie Kopfhörer über einen Kondensator mit einer Kapazität von 0,01 ... 0,015 μF an seinen Ausgang anschließen – Sie hören darin einen tonalen Ton. Indem Sie nun einen der Festwiderstände durch eine Variable mit demselben Wert ersetzen, können Sie die Frequenz der erzeugten Impulse innerhalb bestimmter Grenzen stufenlos ändern, was den Ton des Tons in den Telefonen bedeutet. Es ist möglich, dass der von Ihnen zusammengebaute Multivibrator instabil ist, er wird nach dem Austausch von Teilen nicht immer mit einer leicht reduzierten Versorgungsspannung angeregt. Der Grund dafür ist eine gewisse Kritikalität der Widerstandswerte am Eingang von Logikelementen aufgrund der Besonderheiten des Emittereingangs von TTL-Mikroschaltungen. Die Essenz dieser Merkmale ist wie folgt. Der Widerstand am Eingang des Logikelements, der einen der Zweige des Multivibrators bildet, ist in der Emitterschaltung des Eingangstransistors des Mikroschaltungselements enthalten. Der Emitterstrom erzeugt einen Spannungsabfall über diesem Widerstand und schaltet den Transistor aus. Bei einem relativ großen Widerstandswert des Widerstands (mehr als 2,2 ... 2,6 kOhm) fällt der Spannungsabfall so stark aus, dass der Transistor praktisch nicht auf das Eingangssignal reagiert. Und umgekehrt, bei einem niedrigen Widerstandswert des Widerstands (nicht mehr als 600..700 Ohm), ist der Eingangstransistor des Elements immer offen für die Sättigung und erweist sich daher als unkontrollierbar durch Eingangssignale. Für den zuverlässigen Betrieb des Multivibrators dieser Option muss der Widerstand der Eingangswiderstände der Logikelemente daher innerhalb von 800 Ohm ... 2,2 kOhm liegen. Durch geeignete Auswahl dieser Widerstände kann ein stabiler Betrieb des Multivibrators erreicht werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass der Betrieb des Multivibrators durch die Streuung der Mikroschaltkreisparameter, die Instabilität der Versorgungsspannung und erhebliche Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Ich muss sagen, dass die Diagramme oft einen symmetrischen Multivibrator darstellen, wie in Abb. 10, c. Stabiler im Betrieb ist ein Multivibrator, der auf drei Logikelementen ohne Widerstände in ihrem Eingangskreis basiert und beispielsweise gemäß der Schaltung in Abb. 2, ein. Alle Elemente sind durch Inverter verbunden und in Reihe geschaltet. Die Zeitschaltung, die die Erzeugungsfrequenz bestimmt, wird durch den Kondensator C1 und den Widerstand R1 gebildet. Montieren Sie die Details dieser Version des selbstoszillierenden Multivibrators auf derselben Steckbrettplatte (Abb. 2, b). Platzieren Sie darauf die Details der Multivibrator-Betriebsanzeige, die auf der rechten Seite angezeigt wird. Der Anzeigetransistor VT1 (Abb. 2, c), der von derselben Quelle wie die Mikroschaltung gespeist wird, arbeitet im Schaltmodus – wie ein elektronischer Schlüssel. Wenn sich das Element DD1.3 des Multivibrators in einem Einzelzustand befindet (die Spannung an seinem Ausgang entspricht einem hohen Pegel), ist der Transistor geöffnet und die Glühlampe HL1 in seinem Kollektorkreis ist eingeschaltet. Wenn das Element in den Nullzustand geht, erlischt die Lampe. Am Leuchten der Signallampe erkennen Sie die Frequenz und Dauer der erzeugten Impulse. Es ist jedoch auch möglich, den Zustand jedes einzelnen Elements des Multivibrators mithilfe eines Gleichstromvoltmeters anzuzeigen, wie dies bei Experimenten mit dem ersten Multivibrator der Fall war. Nachdem Sie die Installation überprüft haben, schalten Sie das Gerät ein. Der Multivibrator beginnt sofort, elektrische Impulse zu erzeugen, was durch eine periodisch blinkende Signallampe angezeigt wird. Berechnen Sie, wie viele Blitze es pro Minute geben wird. Sie sollte etwa 60 betragen. Wenn ja, dann beträgt die Impulsfrequenz des Multivibrators 1 Hz.
Schließen Sie parallel zum Kondensator C1 einen zweiten Kondensator gleicher Kapazität an. Die Pulsfrequenz sollte um etwa die Hälfte abnehmen. Die gleiche Änderung der Impulsfrequenz kann durch Erhöhen des Widerstandswerts erreicht werden. Überprüfen Sie dies und ersetzen Sie dann den Widerstand durch eine Variable mit einem Nennwiderstand von 1,5 ... 1,8 kOhm. Jetzt können Sie nur mit diesem Widerstand die Frequenz des Multivibrators innerhalb von 0,5 ... 20 Hz stufenlos ändern. Die höchste Frequenz wird in dem Fall auftreten, wenn der Widerstand vollständig aus dem Stromkreis entfernt wird, d. H. Pins 8 und 1 des Mikroschaltkreises werden geschlossen. Und wenn die Kapazität des Kondensators 1 uF beträgt? In diesem Fall kann nur ein variabler Widerstand die Frequenz des Multivibrators von etwa 300 Hz auf 10 kHz ändern. Um sicherzustellen, dass der Multivibrator bei einer solchen Frequenz arbeitet, muss die Kontrollleuchte durch einen akustischen Kopfhörer (oder eine Kapsel davon) ersetzt werden. Was ist das Funktionsprinzip einer solchen Variante eines selbstoszillierenden Multivibrators? Kehren wir zu seinem schematischen Diagramm zurück (Abb. 2, a). Nach dem Einschalten nimmt eines der logischen Elemente schneller als andere einen von zwei möglichen Zuständen ein und beeinflusst dadurch den Zustand der übrigen Elemente. Nehmen wir an, dass Element DD1.2 als erstes im Single-Zustand war. Ein Hochpegelsignal von seinem Ausgang wird über einen ungeladenen Kondensator C1 an den Eingang des Elements DD1.1 übertragen, wodurch dieses Element auf Null gesetzt wird. Das Element DD1.3 befindet sich im gleichen Zustand, da an seinen Eingängen ein hoher Spannungspegel anliegt. Ein solcher elektrischer Zustand der Vorrichtung ist instabil, da die Spannung am Eingang des Elements DD1.1 zu diesem Zeitpunkt allmählich abnimmt, wenn der Kondensator C1 über den Widerstand R1 und die Ausgangsschaltung des Elements DD1.3 geladen wird. Sobald die Spannung am Eingang des DD1.1-Elements gleich der Schwelle wird, schaltet dieses Element in einen einzigen Zustand und das DD1.2-Element schaltet auf Null. Jetzt beginnt sich der Kondensator C1 über den Ausgang des Elements DD1.2 (an seinem Ausgang ist die Spannung zu diesem Zeitpunkt niedrig) und den Widerstand R1 vom Ausgang des Elements DD1.3 aufzuladen. Bald überschreitet die Spannung am Eingang des ersten Elements des Multivibrators die Schwelle und alle Elemente schalten in entgegengesetzte Zustände. So entstehen elektrische Impulse am Ausgang unseres Multivibrators - Ausgang 8 des DD1.3-Elements. Die erzeugten Impulse können aber auch am Ausgang des 6-Ausgangs-Elements DD1.2 des Multivibrators abgenommen werden Nachdem Sie nun die Funktionsweise eines dreielementigen Multivibrators verstanden haben, schließen Sie das Element DD1.3 davon aus und schalten Sie den rechten (gemäß Diagramm) Ausgang des Widerstands auf den Ausgang des ersten Elements, wie in Abb. 3. Der Multivibrator ist zu einem Zweielement geworden. Indem Sie eine Leuchtanzeige an ihren Ausgang anschließen, stellen Sie sicher, dass die Frequenz der erzeugten Impulse gleich bleibt - 1 Hz. Wie in früheren Versionen des Multivibrators ändert sich dies, wenn Teile mit anderen Nennwerten installiert werden.
Wie funktioniert diese Version des Impulsgenerators? Im Grunde das Gleiche wie das Dreielement. Befindet sich beispielsweise das Element DD1.1 im Einzelzustand und das Element DD1.2 im Nullzustand, wird der Kondensator C1 über den Widerstand R1 und den Ausgang des zweiten Elements geladen. Sobald die Spannung am Eingang des ersten Elements den Schwellenwert erreicht, schalten beide Elemente in entgegengesetzte Zustände und der Kondensator beginnt sich über den Ausgangskreis des zweiten Elements, den Widerstand und den Ausgangskreis des ersten Elements wieder aufzuladen. Wenn die Spannung am Eingang des ersten Elements auf den Schwellenwert absinkt, schalten die Elemente wieder in den entgegengesetzten Zustand. Es muss gesagt werden, dass es unter den K155LLZ-Mikroschaltungen solche Exemplare gibt, deren logische Elemente in einem Zwei-Element-Multivibrator nicht stabil genug arbeiten. In solchen Fällen muss zwischen dem Eingang des ersten Elements und dem gemeinsamen Draht des Geräts ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 1,2 ... 2 kOhm (R2, in Abb. 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt) eingefügt werden. Es erzeugt am Eingang des Elements eine konstante Spannung nahe der Schwellenspannung, was die Start- und Betriebsbedingungen des Multivibrators insgesamt erleichtert. Solche Varianten des Multivibrators werden in der Digitaltechnik häufig zur Erzeugung von Impulsen unterschiedlicher Frequenz und Dauer eingesetzt.
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