Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]
Замени конденсаторы С1 и С2 другими конденсаторами емкостью по 10–15 мкФ. Мультивибратор остался симметричным, но частота генерируемых им колебаний увеличилась в 3–4 раза — до 60–80 в 1 мин или, что то же самое, примерно до частоты 1 Гц. Стрелки измерительных приборов еле успевают следовать за изменениями токов и напряжений в цепях транзисторов.
А если конденсаторы С1 и С2 заменить бумажными емкостью по 0,01-0,05 мкФ? Как теперь будут вести себя стрелки измерительных приборов? Отклонившись от нулевых отметок шкал, они стоят на месте. Может быть, сорвана генерация? Нет! Просто частота колебаний мультивибратора увеличилась до нескольких сотен герц. Это колебания диапазона звуковой частоты, фиксировать которые приборы постоянного тока уже не могут. Обнаружить их можно с помощью частотомера или головных телефонов, подключенных через конденсатор емкостью 0,01-0,05 мкФ к любому из выходов мультивибратора или включив их непосредственно в коллекторную цепь любого из транзисторов вместо нагрузочного резистора. В телефонах услышишь звук низкого тона.
Каков принцип работы мультивибратора? Вернемся к схеме на рис. 268, а. В момент включения питания транзисторы обоих плеч мультивибратора открываются, так как на их базы через соответствующие им резисторы R2 и R3 подаются отрицательные напряжения смещения. Одновременно начинают заряжаться конденсаторы связи: С1 — через эмиттерный переход транзистора V2 и резистор R1; С2 — через эмиттерный переход транзистора V2 и резистор R4. Эти цепи зарядки конденсаторов, являясь делителями напряжения источника питания, создают на базах транзисторов (относительно эмиттеров) все возрастающие по значению отрицательные напряжения, стремящиеся все больше открыть транзисторы. Открывание транзистора вызывает снижение отрицательного напряжения на его коллекторе, что вызывает снижение отрицательного напряжения на базе другого транзистора, закрывая его. Такой процесс протекает сразу в обоих транзисторах, однако закрывается только один из них, на базе которого более высокое положительное напряжение, например, из-за разницы коэффициентов передачи токов h21Э, номиналов резисторов и конденсаторов. Второй транзистор остается открытым. Но эти состояния транзисторов неустойчивы, ибо электрические процессы в их цепях продолжаются.
Допустим, что через некоторое время после включения питания закрытым оказался транзистор V2, а открытым — транзистор V1. С этого момента конденсатор С1 начинает разряжаться через открытый транзистор V1, сопротивление участка эмиттер-коллектор которого в это время мало, и резистор R2. По мере разрядки конденсатора С1 положительное напряжение на базе закрытого транзистора V2 уменьшается. Как только конденсатор полностью разрядится и напряжение на базе транзистора V2 станет близким нулю, в коллекторной цепи этого, теперь уже открывающегося транзистора появляется ток, который воздействует через конденсатор С2 на базу транзистора V1 и понижает отрицательное напряжение на ней. В результате ток, текущий через транзистор V1, начинает уменьшаться, а через транзистор V2, наоборот, увеличиваться. Это приводит к тому, что транзистор V1 закрывается, а транзистор V2 открывается. Теперь начнет разряжаться конденсатор С2, но через открытый транзистор V2 и резистор R3, что в конечном итоге приводит к открыванию первого и закрыванию второго транзисторов и т. д. Транзисторы все время взаимодействуют, в результате чего мультивибратор генерирует электрические колебания.
Частота колебаний мультивибратора зависит как от емкости конденсаторов связи, что тобой уже проверено, так и от сопротивления базовых резисторов, в чем ты можешь убедиться сейчас же.
Попробуй, например, базовые резисторы R2 и R3 заменить резисторами больших сопротивлении. Частота колебаний мультивибратора уменьшится. И наоборот, если их сопротивления будут меньше, частота колебаний увеличится.
Еще один опыт: отключи верхние (по схеме) выводы резисторов R2 и R3 от минусового проводника источника питания, соедини их вместе, а между ними и минусовым проводником включи реостатом переменный резистор сопротивлением 30–50 кОм. Поворачивая ось переменного резистора, ты в довольно широких пределах сможешь изменять частоту колебаний мультивибраторов.
Примерную частоту колебаний симметричного мультивибратора можно подсчитать по такой упрощенной формуле: f ~= 700/(RC), где f — частота в герцах, R — сопротивления базовых резисторов в килоомах, С — емкости конденсаторов связи в микрофарадах. Пользуясь этой упрощенной формулой, подсчитай, колебания каких частот генерировал твой мультивибратор.
Вернемся к исходным данным резисторов и конденсаторов опытного мультивибратора (по схеме на рис. 268, а). Конденсатор С2 замени конденсатором емкостью 2–3 мкФ, в коллекторную цепь транзистора V2 включи миллиамперметр и, следя за его стрелкой, изобрази графически колебания тока, генерируемые мультивибратором. Теперь ток в коллекторной цепи транзистора V2 будет появляться более короткими, чем раньше, импульсами (рис. 268, в). Длительность импульсов tп будет примерно во столько же раз меньше пауз между импульсами tп, во сколько уменьшилась емкость конденсатора С2 по сравнению с его прежней емкостью.
А теперь тот же (или такой) миллиамперметр включи в коллекторную цепь транзистора V1. Что показывает измерительный прибор? Тоже импульсы тока, но их длительность значительно больше пауз между ними (рис. 268, г).
Что же произошло? Уменьшив емкость конденсатора С2, ты нарушил симметрию плеч мультивибратора — он стал несимметричным. Поэтому и колебания, генерируемые им, стали несимметричными: в коллекторной цепи транзистора V1 ток появляется относительно длинными импульсами, в коллекторной цепи транзистора V2 — короткими. С «Выхода 1» такого мультивибратора можно снимать короткие, а с «Выхода 2» — длинные импульсы напряжения. Временно поменяй местами конденсаторы C1 и С2. Теперь короткие импульсы напряжения будут на «Выходе 1», а длинные — «на Выходе 2».
Сосчитай (по часам с секундной стрелкой), сколько электрических импульсов в минуту генерирует такой вариант мультивибратора. Около 80. Увеличь емкость конденсатора С1, подключив параллельно ему второй электролитический конденсатор емкостью 20–30 мкФ. Частота следования импульсов уменьшится. А если, наоборот, емкость этого конденсатора уменьшать? Частота следования импульсов должна увеличиваться.
Есть, однако, иной способ регулирования частоты следования импульсов — изменением сопротивления резистора R2: с уменьшением сопротивления этого резистора (но не менее чем до 3–5 кОм, иначе транзистор V2 будет все время открыт и автоколебательный процесс нарушится) частота следования импульса должна возрастать, а с увеличением его сопротивления, наоборот, уменьшаться. Проверь опытным путем — так ли это? Подбери резистор такого номинала, чтобы число импульсов в 1 мин составляло точно 60. Стрелка миллиамперметра будет колебаться с частотой 1 Гц. Мультивибратор в этом случае станет как бы электронным механизмом часов, отсчитывающих секунды.
Если бы я попытался только перечислить, где и как используются автоколебательные симметричные и несимметричные мультивибраторы, для этого потребовалось бы несколько страниц. Нет, пожалуй, такой отрасли радиотехники, электроники, автоматики, импульсной или вычислительной техники, где бы такие генераторы не применялись. В этой беседе я приведу несколько примеров практического использования их применительно к твоему творчеству. Сейчас же хочу познакомить тебя с еще одной разновидностью мультивибратора.
ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
Такой мультивибратор генерирует импульсы тока (или напряжения) при подаче на его вход запускающих сигналов от другого источника, например от автоколебательного мультивибратора.
Чтобы автоколебательный мультивибратор, опыты с которым ты уже проводил в этой беседе (по схеме на рис. 268, а), превратить в мультивибратор ждущий, надо сделать следующее: конденсатор С2 удалить, а вместо него между коллектором транзистора V2 и базой транзистора V1 включить резистор (на рис. 269 — R3) сопротивлением 10–15 кОм; между базой транзистора V1 и заземленным проводником включить последовательно соединенные элемент 332 (G1) и резистор сопротивлением 4,7–5,1 кОм (R5), но так, чтобы с базой соединялся (через R5) положительный полюс элемента; к базовой цепи транзистора V1 подключить конденсатор (на рис. 269 — С2) емкостью 1–5 тыс. пФ, второй вывод которого будет выполнять роль контакта входного управляющего сигнала.
Рис. 269. Опытный ждущий мультивибратор
Исходное состояние транзистора V1 такого мультивибратора — закрытое, транзистора V2 — открытое. Проверь — так ли это? Напряжение на коллекторе закрытого транзистора должно быть близким к напряжению источника питания, а на коллекторе открытого транзистора — не превышать 0,2–0,3 В. Затем в коллекторную цепь транзистора V1 включи миллиамперметр на ток 10–15 мА и, наблюдая за его стрелкой, включи между контактом Uвх и заземленным проводником, буквально на мгновение, один-два элемента 332, соединенные последовательно (на схеме GB1) или батарею 3336Л. Только не перепутай: отрицательный полюс этого внешнего электрического сигнала должен подключаться к контакту Uвх. При этом стрелка миллиамперметра должна тут же отклониться до значения наибольшего тока коллекторной цепи транзистора, застыть на некоторое время, а затем вернуться в исходное положение, чтобы «ждать» следующего сигнала.
