自励発振マルチバイブレータ。スキーム、説明

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自励発振マルチバイブレータのバリエーションの 1 つの図を図 XNUMX に示します。 XNUMX、a。有名な XNUMX トランジスタ対称マルチバイブレータ回路を思い起こさせるはずです。

米。 1 自励発振マルチバイブレータ

ただし、ここでは、マルチバイブレータのアクティブ要素の機能は、インバータに含まれる論理要素 2I-NOT によって実行されます。 1.2つの正帰還回路-入力DD1を備えたコンデンサC1.1を介した要素DD1.1の出力と、入力DD2を備えたコンデンサC1.2を介した要素DD1の出力のおかげで、デバイスは自己です-興奮して電気インパルスを発生します。生成されたパルスの繰り返し率は、指定されたコンデンサと抵抗R2およびRXNUMXの値に依存します。

電気インパルスとは何ですか？定電圧が急激に変化し、一定の間隔 (特定のケースでは) で値が変化し、ハイレベルとローレベルが交互に変化する場合、このタイプの信号は一般にパルスシーケンスまたはパルスシーケンスと呼ばれます。電圧が高レベルになるときのこのシーケンスのセグメントは、高レベルインパルスと呼ばれます。それらの間の一時停止は、テンションの低いセグメントです。ただし、同じ理由で、低レベルの衝動について話すことができます。この場合、一時停止は長くなります。

一般に、パルスの持続時間は、それらの間の一時停止の持続時間と等しくない場合があります。これらの持続時間の比率は、シーケンスの周期がパルス持続時間よりも何倍大きいかを示すデューティサイクルなどのパラメータによって推定されます。

高レベルと低レベルの両方のインパルスが発生する瞬間は、一般にインパルスの前部と呼ばれ、終了の瞬間はインパルスの減衰です。ハイレベルパルスの場合、フロントはローからハイへの正（またはプラス）の電圧降下であり、レベルがハイからローに変化するときの下降は負（負）の電圧降下であることは明らかです。ハイレベルパルスの立ち上がりエッジはローレベルパルスの谷であり、その逆であることも理解される。

マルチバイブレータをパケットパネルに取り付けるには、これらのコンデンサと抵抗を DD1 チップの対応するピンに接続するだけです (図 1、b)。インストールを確認してください-エラーがないか-特に、酸化物コンデンサの包含の極性を注意深く確認してください。電源をブレッドボードに接続し、電圧計を 30 番目のロジックエレメントの出力に接続します。電圧計の針は何を示していますか？ DC 電圧が 0,5 分間に約 XNUMX 回断続的に発生し、急速に高レベルに上昇し、低レベルに急速に下降します。したがって、マルチバイブレータは、約 XNUMX Hz の繰り返し率でパルスを生成します。

次に、電圧計を最初の要素の出力と並列に接続します。矢印は、前のケースと同じ頻度で、論理要素のゼロ状態から 180 状態への遷移、およびその逆の遷移も記録することがわかります。これは、電気インパルスもこの出力から取得できることを意味しますが、XNUMX 番目の要素の出力でのインパルスに関しては、位相が XNUMX ° シフトされます。

マルチバイブレータでどんな実験ができますか? まず、同じコンデンサをそれぞれに並列に接続して、両方のコンデンサの静電容量を同時に（たとえば100倍に）増やしてから、容量が200 ... .XNUMXマイクロファラッドのコンデンサに置き換えます。最初のケースではパルス繰り返し率が減少し、XNUMX 番目のケースでは増加します。

たとえばC1など、XNUMXつのコンデンサの容量のみを変更できます。これにより、周波数だけでなく、パルスとパルス間の休止時間の比率も変化しますが、回路設計によれば、マルチバイブレータは対称のままです。

コンデンサの容量は 1 ～ 5 µF です。その後、生成されるパルスの周波数は約 500 ～ 1000 Hz に増加します。これらはすでに音の周波数の振動であり、電圧計の針は慣性によりそれらに反応できません。この場合のマルチバイブレータの動作を確認するには、0,01...0,015 μFの容量を持つコンデンサを介してヘッドフォンを出力に接続する必要があります。ヘッドフォンからトーン音が聞こえます。定抵抗器の XNUMX つを同じ値の可変抵抗器に置き換えることで、一定の制限内で、生成されるパルスの周波数、つまり電話の音のトーンを滑らかに変更できます。

組み立てたマルチバイブレータが不安定で、部品を交換した後、電源電圧がわずかに低下して常に励起されていない可能性があります。この理由は、TTLマイクロ回路のエミッタ入力の特性による論理要素の入力での抵抗値の重要性です。

これらの機能の本質は次のとおりです。マルチバイブレータのアームの2,2つを形成する論理素子の入力の抵抗器は、マイクロ回路素子の入力トランジスタのエミッタ回路に含まれています。エミッタ電流により、この抵抗の両端に電圧降下が生じ、トランジスタがオフになります。抵抗器の抵抗値が比較的大きい場合（2,6 ... 600 kOhm以上）、抵抗器の両端の電圧降下が非常に大きくなるため、トランジスタは実際には入力信号に応答しません。逆に、抵抗器の抵抗が低い場合（700.. .XNUMXオーム以下）、要素の入力トランジスタは常に飽和状態になるため、入力信号によって制御できないことがわかります。

したがって、このバリアントのマルチバイブレータの信頼性の高い動作のために、論理要素の入力抵抗の抵抗は800オーム...2,2kオーム以内でなければなりません。これらの抵抗を適切に選択することにより、マルチバイブレータの安定した動作を実現できます。さらに、マルチバイブレータの動作は、マイクロ回路パラメータの広がり、電源電圧の不安定性、および周囲温度の大幅な変化の影響を受けることを覚えておく必要があります。

図に示すように、図には対称マルチバイブレータが描かれていることがよくあります。 10、c。

動作がより安定しているのは、入力回路に抵抗のない2つの論理要素に基づくマルチバイブレータです。たとえば、図1の回路に従って組み立てられます。 1、a。すべての要素はインバーターによって接続され、直列に接続されています。発生周波数を決定するタイミング回路は、コンデンサCXNUMXと抵抗RXNUMXで構成されています。

このバージョンの自励発振マルチバイブレータの部品を同じプロトタイプパネルに取り付けます (図 2、b)。その上に、右パネルのマルチバイブレータ動作表示灯の部品も配置します。インジケータトランジスタVT1（図2、c）は、マイクロ回路と同じ電源から電力が供給され、電子キーのようにスイッチングモードで動作します。マルチバイブレータの素子 DD1.3 がシングル状態 (出力電圧がハイレベルに相当) のとき、トランジスタは開き、コレクタ回路の白熱灯 HL1 が点灯します。要素がゼロ状態に遷移すると、ランプが消灯します。信号ランプの光によって、生成されたパルスの周波数と持続時間を判断します。ただし、最初のマルチバイブレータの実験で行ったように、直流電圧計を使用してマルチバイブレータの要素の状態を示すこともできます。

取付確認後、電源を入れます。マルチバイブレータは、周期的に点滅する信号ランプによって示されるように、すぐに電気インパルスを生成し始めます。 60 分間に何回点滅するかを計算します。約 1 のはずです。そうであれば、マルチバイブレータのパルス周波数は XNUMX Hz です。

自励発振マルチバイブレータ
米。 2 つの論理要素に XNUMX つのマルチバイブレータ

同じ容量の 1 つ目のコンデンサをコンデンサ C1,5 と並列に接続します。パルス周波数は約半分に減少するはずです。パルス周波数の同じ変化は、抵抗器の抵抗値を大きくすることによって実現できます。これを確認してから、抵抗器を公称抵抗値 1,8 ～ 0,5 kOhm の変数に置き換えます。これで、この抵抗器だけで、マルチバイブレータの周波数を 20 ～ 8 Hz の範囲でスムーズに変更できます。最高周波数は、抵抗器が回路から完全に取り外された場合、つまり、マイクロ回路のピン1とXNUMXが閉じた場合になります。

コンデンサ容量が1μFだとどうなるでしょうか？この場合、マルチバイブレータの周波数を約 300 Hz から 10 KHz まで変更できるのは可変抵抗器だけです。マルチバイブレーターがこの周波数で確実に動作するようにするには、ライトインジケーターを音響ヘッドフォン (またはそのカプセル) に交換する必要があります。このバージョンの自励発振マルチバイブレータの動作原理は何ですか? 回路図 (図 2、a) に戻りましょう。電源をオンにすると、論理要素の 1.2 つが他の要素よりも早く 1 つの可能な状態のうちの 1.1 つになり、それによって残りの要素の状態に影響を与えます。要素 DD1.3 が最初にユニット状態になったと仮定します。その出力からのハイレベル信号は、充電されていないコンデンサCXNUMXを介して要素DDXNUMXの入力に送信され、その結果、この要素はゼロ状態に設定されます。要素 DDXNUMX は、その入力が高電圧レベルであるため、同じ状態にあります。

この時点で素子ＤＤ１．１の入力における電圧は、コンデンサＣ１が抵抗器Ｒ１および素子ＤＤ１．３の出力回路を介して充電されるにつれて徐々に減少するので、デバイスのこの電気的状態は不安定である。 DD1.1 要素の入力電圧がしきい値に等しくなるとすぐに、この要素は単一の状態に切り替わり、DD1 要素はゼロに切り替わります。ここで、コンデンサ C1 は、要素 DD1.3 の出力 (この時点での出力では電圧が低い) と、要素 DD1.1 の出力からの抵抗 R1.2 を介して再充電を開始します。すぐに、マルチバイブレータの最初の要素の入力電圧がしきい値を超え、すべての要素が反対の状態に切り替わります。これが、マルチバイブレータの出力 - DD1 要素の出力 1.2 - で電気インパルスが形成される方法です。ただし、生成されたパルスは、マルチバイブレータの 1 出力要素 DD1.3 の出力からも取得できます。

ここで、1.3 要素マルチバイブレータの動作を理解したので、要素 DD3 を除外し、抵抗器の右側 (図によると) の出力を最初の要素の出力に切り替えます。 1.マルチバイブレータがXNUMX素子になりました。光インジケータをその出力に接続することにより、生成されたパルスの周波数が同じままであることを確認します - XNUMX Hz. マルチバイブレータの以前のバージョンと同様に、他の定格の部品を取り付けると変更されます。

自励発振マルチバイブレータ
図 3. XNUMX 素子マルチバイブレータ

このバージョンのパルス発生器はどのように機能しますか? 基本的には1.1要素のものと同じです。たとえば、要素 DD1.2 が 1 状態にあり、要素 DD1 が XNUMX 状態にある場合、コンデンサ CXNUMX は抵抗 RXNUMX および第 XNUMX 要素の出力を通じて充電されます。最初の要素の入力の電圧がしきい値に達するとすぐに、両方の要素が逆の状態に切り替わり、コンデンサは XNUMX 番目の要素の出力回路、抵抗、最初の要素の出力回路を通じて再充電を開始します。最初の要素の入力の電圧がしきい値まで低下すると、要素は再び反対の状態に切り替わります。

K155LLZ マイクロ回路の中には、1,2 素子マルチバイブレータでは論理素子が十分に安定して動作しない例があると言わなければなりません。このような場合、最初の要素の入力とデバイスの共通線（R2、図2に破線で示す）の間に3...XNUMX kOhmの抵抗を接続する必要があります。素子の入力にしきい値に近い定電圧を生成し、マルチバイブレータ全体の起動と動作条件を容易にします。このようなバージョンのマルチバイブレータは、さまざまな周波数と持続時間のパルスを生成するためにデジタル技術で広く使用されています。

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