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LIVROS E ARTIGOS
Multivibrador auto-oscilante. Rádio - para iniciantes
Diretório / Rádio - para iniciantes Um diagrama de uma das variantes de um multivibrador auto-oscilante é mostrado na fig. 1, a. Deve lembrá-lo do conhecido circuito multivibrador simétrico de dois transistores.
Mas aqui a função dos elementos ativos do multivibrador é realizada pelos elementos lógicos 2I-NOT, incluídos pelos inversores. Graças a dois circuitos de feedback positivo - a saída do elemento DD1.2 através do capacitor C1 com a entrada DD1.1 e a saída do elemento DD1.1 através do capacitor C2 com a entrada DD1.2, o dispositivo é auto- excitado e gera impulsos elétricos. A taxa de repetição dos pulsos gerados depende dos valores dos capacitores e resistores especificados R1 e R2. O que são impulsos elétricos? Se a tensão constante é instável e muda seu valor em intervalos regulares (em um caso particular), alternando um nível alto e um baixo, esse tipo de sinal é comumente chamado de sequência de pulso ou sequência de pulso. Esses segmentos dessa sequência, quando a tensão atinge um nível alto, são chamados de impulsos de alto nível; pausas entre eles são segmentos com baixo nível de tensão. No entanto, com a mesma razão, podemos falar de impulsos de baixo nível; neste caso as pausas serão altas. Em geral, a duração dos pulsos pode não ser igual à duração das pausas entre eles. A razão dessas durações é estimada por um parâmetro como o ciclo de trabalho, que mostra quantas vezes o período da sequência é maior que a duração do pulso. O momento de ocorrência de um impulso de nível alto e baixo é comumente chamado de frente do impulso, e o momento de término é o decaimento do impulso. É claro que, para um pulso de alto nível, a frente é uma queda de tensão positiva (ou positiva) - de baixo para alto, e o declínio é uma queda de tensão negativa (negativa) quando o nível muda de alto para baixo. Entende-se também que a borda de subida de um pulso de alto nível é o vale de um pulso de baixo nível e vice-versa. Para montar o multivibrador em um painel de pacotes, basta conectar esses capacitores e resistores aos pinos correspondentes do chip DD1 (Fig. 1, b). Verifique a instalação - quanto a erros - e especialmente verifique a polaridade da inclusão de capacitores de óxido. Conecte uma fonte de alimentação à placa de ensaio e um voltímetro à saída do segundo elemento lógico. O que a agulha do voltímetro mostra? Tensão DC intermitentemente, cerca de 30 vezes por minuto, aumentando rapidamente para um nível alto e também diminuindo rapidamente para um nível baixo. O multivibrador, portanto, gera pulsos com uma taxa de repetição de cerca de 0,5 Hz. Em seguida, conecte um voltímetro em paralelo com a saída do primeiro elemento. Você verá que a seta também registrará as transições do elemento lógico do estado zero para o estado um e vice-versa, com a mesma frequência do caso anterior. Isso significa que os impulsos elétricos também podem ser retirados dessa saída, mas em relação aos impulsos na saída do segundo elemento, eles serão deslocados de fase em 180 °. Que experimentos podem ser feitos com nosso multivibrador? Em primeiro lugar, tente aumentar simultaneamente a capacitância de ambos os capacitores, por exemplo, duas vezes, conectando o mesmo capacitor em paralelo a cada um deles e, em seguida, substitua-os por capacitores com capacidade de 100 ... .200 microfarads. No primeiro caso, a taxa de repetição de pulso diminuirá, no segundo aumentará. Você pode alterar a capacitância de apenas um capacitor, por exemplo C1. Isso alterará não apenas a frequência, mas também a relação entre a duração dos pulsos e as pausas entre eles, porém, de acordo com o projeto do circuito, o multivibrador permanecerá simétrico. Os capacitores podem ser de 1 ... 5 microfarads. Então a frequência dos pulsos gerados aumentará para aproximadamente 500... .1000 Hz. Já são oscilações da frequência do som, e a agulha do voltímetro, devido à sua inércia, não consegue reagir a elas. Para verificar o funcionamento do multivibrador neste caso, é necessário conectar fones de ouvido através de um capacitor com capacidade de 0,01 ... 0,015 μF à sua saída - você ouvirá um som tonal neles. Substituindo agora um dos resistores fixos por uma variável de mesmo valor, você pode alterar suavemente a frequência dos pulsos gerados dentro de certos limites, o que significa o tom do som nos fones. É possível que o multivibrador que você montou seja instável, nem sempre é excitado após a substituição de peças, com uma tensão de alimentação ligeiramente reduzida. A razão para isso é alguma criticidade dos valores do resistor na entrada dos elementos lógicos devido às peculiaridades da entrada do emissor dos microcircuitos TTL. A essência desses recursos é a seguinte. O resistor na entrada do elemento lógico, que forma um dos braços do multivibrador, está incluído no circuito emissor do transistor de entrada do elemento do microcircuito. A corrente do emissor cria uma queda de tensão neste resistor, desligando o transistor. Com uma resistência relativamente grande do resistor (mais de 2,2 .., 2,6 kOhm), a queda de tensão é tão significativa que o transistor praticamente não responde ao sinal de entrada. E vice-versa, com uma baixa resistência do resistor (não mais que 600.. .700 Ohm), o transistor de entrada do elemento está sempre aberto à saturação e, portanto, acaba sendo incontrolável pelos sinais de entrada. Assim, para o funcionamento confiável do multivibrador desta opção, a resistência dos resistores de entrada dos elementos lógicos deve estar dentro de 800 Ohm ... 2,2 kOhm. Pela seleção apropriada desses resistores, a operação estável do multivibrador pode ser alcançada. Além disso, deve-se lembrar que a operação do multivibrador é afetada pela propagação dos parâmetros do microcircuito, pela instabilidade da tensão de alimentação e pelas mudanças significativas na temperatura ambiente. Devo dizer que os diagramas geralmente representam um multivibrador simétrico, como mostrado na Fig. 10, c. Mais estável em operação é um multivibrador baseado em três elementos lógicos sem resistores em seu circuito de entrada, montados, por exemplo, conforme o circuito da Fig. 2, a. Todos os elementos são conectados por inversores e conectados em série. O circuito de temporização que determina a frequência de geração é formado pelo capacitor C1 e o resistor R1. Monte os detalhes desta versão do multivibrador auto-oscilante no mesmo painel breadboard (Fig. 2, b). Nela, coloque os detalhes do indicador de operação do multivibrador mostrado no painel à direita. O transistor indicador VT1 (Fig. 2, c), alimentado pela mesma fonte do microcircuito, opera no modo de comutação - como uma chave eletrônica. Quando o elemento DD1.3 do multivibrador está em um único estado (a tensão em sua saída corresponde a um nível alto), o transistor está aberto e a lâmpada incandescente HL1 em seu circuito coletor está acesa. Quando o elemento vai para o estado zero, a lâmpada se apaga. Pelo brilho da lâmpada de sinal, você julgará a frequência e a duração dos pulsos gerados. No entanto, também é possível indicar o estado de qualquer um dos elementos do multivibrador usando um voltímetro DC, como foi feito nos experimentos com o primeiro multivibrador. Depois de verificar a instalação, ligue a energia. O multivibrador começará imediatamente a gerar impulsos elétricos, conforme indicado por uma lâmpada de sinalização intermitente. Calcule quantos flashes haverá por minuto. Deve ser cerca de 60. Nesse caso, a frequência de pulso do multivibrador é de 1 Hz.
Conecte um segundo capacitor de mesma capacidade em paralelo com o capacitor C1. A frequência de pulso deve diminuir pela metade. A mesma mudança na frequência de pulso pode ser alcançada aumentando a resistência do resistor. Verifique isso e, em seguida, substitua o resistor por uma variável com resistência nominal de 1,5 ... 1,8 kOhm. Agora, usando apenas esse resistor, você pode alterar suavemente a frequência do multivibrador em 0,5 ... 20 Hz. A frequência mais alta será no caso em que o resistor for completamente removido do circuito, ou seja, os pinos 8 e 1 do microcircuito estarão fechados. E se a capacitância do capacitor for 1 uF? Nesse caso, apenas um resistor variável poderá alterar a frequência do multivibrador de cerca de 300 Hz para 10 kHz. Para garantir que o multivibrador funcione nessa frequência, a luz indicadora deverá ser substituída por fones de ouvido acústicos (ou uma cápsula deles). Qual é o princípio de operação de tal variante de um multivibrador auto-oscilante? Voltemos ao seu diagrama esquemático (Fig. 2, a). Depois de ligar a energia, um dos elementos lógicos assumirá um dos dois estados possíveis mais rapidamente do que os outros e, portanto, afetará o estado dos elementos restantes. Vamos supor que o elemento DD1.2 foi o primeiro a estar no estado único. Um sinal de alto nível de sua saída através de um capacitor descarregado C1 é transmitido para a entrada do elemento DD1.1, como resultado do qual este elemento é definido como zero. O elemento DD1.3 está no mesmo estado, pois há um nível de tensão alto em suas entradas. Tal estado elétrico do dispositivo é instável, pois a tensão na entrada do elemento DD1.1 neste momento diminui gradualmente à medida que o capacitor C1 é carregado através do resistor R1 e do circuito de saída do elemento DD1.3. Assim que a tensão na entrada do elemento DD1.1 se tornar igual ao limite, este elemento mudará para um único estado e o elemento DD1.2 mudará para zero. Agora o capacitor C1 começará a recarregar através da saída do elemento DD1.2 (na sua saída neste momento a tensão é baixa) e o resistor R1 da saída do elemento DD1.3. Em breve, a tensão na entrada do primeiro elemento do multivibrador excederá o limite e todos os elementos mudarão para estados opostos. É assim que os impulsos elétricos são formados na saída do nosso multivibrador - saída 8 do elemento DD1.3. No entanto, os pulsos gerados também podem ser obtidos da saída do elemento de 6 saídas DD1.2 do multivibrador Agora, tendo entendido o funcionamento de um multivibrador de três elementos, exclua o elemento DD1.3 dele e troque a saída direita (de acordo com o diagrama) do resistor para a saída do primeiro elemento, conforme mostrado na Fig. 3. O multivibrador tornou-se um elemento de dois. Ao conectar um indicador de luz à sua saída, você garantirá que a frequência dos pulsos gerados permaneça a mesma - 1 Hz. Como nas versões anteriores do multivibrador, ele mudará quando partes de outras classificações forem instaladas.
Como funciona esta versão do gerador de pulsos? Basicamente o mesmo que os três elementos. Quando, por exemplo, o elemento DD1.1 está em estado único e o elemento DD1.2 está em estado zero, o capacitor C1 é carregado através do resistor R1 e da saída do segundo elemento. Assim que a tensão na entrada do primeiro elemento atinge o limite, ambos os elementos mudam para estados opostos e o capacitor começa a recarregar através do circuito de saída do segundo elemento, o resistor e o circuito de saída do primeiro. Quando a tensão na entrada do primeiro elemento cai para o limite, os elementos voltarão ao estado oposto. Deve-se dizer que entre os microcircuitos K155LLZ existem instâncias cujos elementos lógicos não funcionam de maneira suficientemente estável em um multivibrador de dois elementos. Nesses casos, é necessário incluir um resistor com resistência de 1,2 ... 2 kOhm (R2, mostrado na Fig. 3 por uma linha tracejada) entre a entrada do primeiro elemento e o fio comum do dispositivo. Ele cria uma tensão constante próxima à tensão limite na entrada do elemento, o que facilita a inicialização e as condições de operação do multivibrador como um todo. Tais variantes do multivibrador são amplamente utilizadas na tecnologia digital para gerar pulsos de várias frequências e durações.
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