Мультивібратори складаються з двох транзисторів, з'єднаних таким чином, що один з них повністю відкритий і насичений, а інший закритий. Отже, мультивибратор має два певних стійких со-стояння: T1 відкритий / T2 закритий або, навпаки, T1 закритий / T2 відкритий. На рис. 32.1 показана основна принципова схема мультивібратора, де Z1 і Z2 позначають два елементи зв'язку, що забезпечують позитивний зворотний зв'язок.
Мал. 32.1. Основна принципова схема мультивібратора.
Залежно від використовуваних елементів зворотного зв'язку все муль-тівібратори можна поділити на три типи.
1. бістабільності мультивибратор, який може залишатися як завгодно довго в одному з двох стійких станів. Щоб пере-ключить його з одного стану в інший, необхідно подати зовн-ний запускає імпульс. Мультивибратор залишається в цій другій стані до тих пір, поки на нього не впливає другий зовнішній імпульс, і так далі.
2. моностабільний мультивибратор (одновібратор або чекає мультивибратор), який має лише один стійкий стан рівноваги. Під впливом зовнішнього імпульсу він перемикається в інший стан і залишається в цьому стані квазірівноваги в ті-чення відрізка часу, що визначається постійної часу елементів зворотного зв'язку, після чого самостійно повертається в початковий стан.
3. Автоколебательний мультивибратор (або астабільний гені-ратор), який є генератором вільних коливань. Він не має певного стійкого стану і безперервно переходить з одного стану квазірівноваги в інше і назад і т. Д.
Розглянемо схему, наведену на рис. 32.2. При включенні джерела живлення через розкиду допусків параметрів компонентів один з тран-зісторов буде пропускати більший струм, ніж інший. Причому, якою б малою не була різниця струмів, що проходять через транзистори, її доста-точно, щоб привести тригер в одне зі стійких станів.
Припустимо, що через транзистор T 2 починає протікати більший струм, ніж через T 1. У цьому випадку напруга на колекторі транзистора T 2 падатиме, викликаючи падіння напруги на базі транзистора T 1. В результаті струм через транзистор T 1 зменшиться, а напруга на його колекторі збільшиться. При цьому підвищується потенціал бази транзи-стору T 2 щодо його емітера, і струм через T 2 збільшиться ще біль-ше. Так буде тривати до тих пір, поки не настане насичення транзистора T 2. а транзистор T 1 цієї статті не перейде в режим замикання (відсікти-ки). У цьому стані напруга на колекторі замкненого транзистора T 1 дорівнюватиме + VCC (10 В), а на колекторі насиченого транзистора T 2 - приблизно 0 В.
Напруга на базі транзистора T 1 визначається ланцюжком Резісто-рів R3 - R5. Як видно з рис. 32.2 (б), база транзистора T 1 має отри-цательного потенціал, створюваний джерелом негативного напря-вання -VВВ. що утримує транзистор T 1 в закритому стані. Напруга на базі транзистора T 2 (рис. 32.2 (в)) визначається ланцюжком резисторів R2 - R6 і має позитивне значення, що створює пря-мій зміщення транзистора T 2. Якщо на бістабільний мультивибратор НЕ буде впливати зовнішній імпульс, то він збереже це устойчи -вое стан невизначено довго. В рівній мірі стійкий стан мультивібратора може бути збережено і при іншому режимі його робо-ти, якщо при включенні харчування більший струм почне протікати через транзистор T 1. а не через транзистор T 2.
Щоб уникнути застосування окремого джерела живлення негативні-ного напруги, на схемі, представленої на рис. 32.3, вико-ван резистор R6 в якості загального резистора в ланцюзі емітера. У будь-якому з стійких станів мультивибратора напруга Ve виникає при протіканні струму відкритого транзистора через опір R6. Обрат-ве зсув закритого транзистора забезпечується тим, що його база має менший потенціал, ніж емітер. Конденсатори C2 і C3 називаються вають форсує або прискорюють конденсаторами. Їх призначе-ня - забезпечувати швидке переключення мультивибратора з одного стану в інший.
Мал. 32.2. Бістабільний мультивибратор (а). Схема з використанням окремих-них джерел живлення постійного струму + VCC і -VBB.
Бістабільний мультивибратор з керуючими діодами
Щоб змінити стан бістабільності мультивибратора, на нього по-дається зовнішній імпульс, який переводить транзистор з закритого стану у відкрите. Як показано на рис. 32.3, щоб уникнути при-трансформаційних змін двох окремих входів, використовуються керуючі діоди D1 і D2. Призначення цих діодів полягає в тому, щоб направляти запус-розкаювана імпульс до бази відповідного транзистора. Припустимо, що бістабільний мультивибратор знаходиться в стані T1 закритий / T1 відкритий і насичений.
Мал. 32.3. Схема бістабільності мультивибратора з керуючими діодами D 1 і D 2.
Тоді точка Х - загальний катод діодів D 1 і D 2 - має потенціал VCC (10 В), т. Е. На діоді D 1 напруга зсуву дорівнює нулю. В цей же час анод діода D 2 знаходиться під потенціалом емітера T 2. приблизно рівного 1 В (транзистор T 2 знаходиться в со-стоянні насичення), т. Е. На діоді D 2 напруга зворотного зсуву одно -9 В.
На рис. 32.4 показані імпульси, що діють на вході і виході мультивібратора, описаного вище. Прямокутний вхідний імпульс спочатку диференціюється ланцюгом C1-R1. Мультивибратор реагує тільки на негативні «пічки». Позитивні «пічки" не оказива-ють ніякого впливу на схему, оскільки при їх надходженні обидва діода мають зворотний зсув. Вихідний сигнал являє собою після-довність прямокутних імпульсів, наступних з частотою, яка дорівнює половині частоти вхідного сигналу. Тому бістабільний мультивени-братор називається також дільником частоти на два і широко застосо- ється в лічильниках і калькуляторах.
Мал. 32.4. Імпульси на вході і виході мультивібратора.
Моностабільний мультивибратор (одновібратор)
Ланцюг зворотного зв'язку моностабільний мультивибратора (рис. 32.5) содер-жит один ланцюжок C -R. а саме C2-R2. При первинному включе-ванні схеми транзистор Т2 відкривається, так як на його базу через резистор R2 подається позитивна напруга + VCC. а транзистор Т1 закрива-ється. Джерело негативного напруги -VBB гарантує, що Т1 залишиться замкненим. У цьому стані схема може перебувати як завгодно довго при відсутності зовнішнього впливу.
Мал. 32.5. Принципова схема моностабільний мультивибратора.
Якщо тепер на вхід схеми подати негативний імпульс, його високо-кочастотний фронт пройде через конденсатор C2к базі транзистора Т2 і заборона його. Так само, як це відбувається в бістабільності мультівібра-торі, транзистор Т1 перейде в стан насичення, а транзистор Т2 - в стан відсічення. Напруга на колекторі транзистора Т1 (точка А на рис-32.5) при цьому різко спадає від +10 В (VCC) до нульового зна-ня. Цей перепад напруги 10 В заряджає конденсатор C2 до -10 В. Іншими словами, база транзистора T 2 (точка В на схемі рис. 32.5) знахо-диться тепер під напругою -10 В, утримуючи транзистор в замкненому стані. Конденсатор C2 починає розряджатися через резистор R2 від -10 В, намагаючись досягти напруги +10 В. Негативний потенци-ал в точці В починає плавно зменшуватися зі швидкістю, яка визначається постійною часу C2R2. Як тільки напруга в точці В змінить свій знак з негативного на позитивний (рис. 32.6 (б)), транзистор Т2 почне проводити струм, а транзистор Т1 перейде в стан відсічення. Моностабільний мультивибратор повертається назад до початкового со-стояння, чекаючи приходу наступного переключающего імпульсу.
Форма імпульсу, на виході схеми показана на рис. 32.6 (в). Длитель-ність імпульсу визначається періодом, протягом якого транзистор Т2 залишається в замкненому стані, що в свою чергу залежить від постійної часу C2R2. Наприклад, схема, наведена па рис. 32.5, виробляє імпульс тривалістю приблизно 350 мкс.
Мал. 32.6. Форма імпульсів, що діють в різних точках схеми одночас-братора.
Вона може бути изме-нена варіюванням номіналів ємності конденсатора С2 або резистора R2 або обох разом. Слід зауважити, що частота сигналу на виході дорівнює частоті вхідного сигналу, але їх тривалості різні. Одно-вібратор застосовується для збільшення ширини імпульсу і отримання тимчасової затримки.
На рис. 32.7 показана схема автоколебательного (або несинхронізованих-ного) мультивибратора. Контур зворотного зв'язку характеризується двома постійними часу С1R1 і С2R2. Коли включається джерело пита-ня, через один з транзисторів проходить більший струм, ніж через інший. Завдяки наявності ланцюга зворотного зв'язку це призводить до того, що один з транзисторів приходить в стан насичення, а інший - в стан відсічення. Припустимо, що транзистор T1 відкритий і насичений, а T2 закритий. Потім конденсатор С1 заряджається до -VCC і утримує T2 в замкненому стані. Конденсатор С1 починає розряджатися через різі-стор R1. намагаючись перезарядитися до + VCC. як і в разі одновібратора. У момент, коли потенціал ланцюжка R1-С1 (база транзистора T2) про-ходить через нуль, транзистор T2 відкривається, закриваючи транзистор T1. Конденсатор С1 тепер стрибком перезаряджається в негативному право-тичних, зберігаючи транзистор T1 закритим. Як тільки конденсатор С2 розрядиться через R2 відкриється транзистор T1 і т. Д. Вихідний сигнал у вигляді послідовності прямокутних імпульсів знімається з кол-лектора будь-якого з транзисторів. Ставлення мітка / пауза (коефіцієнт заповнення) визначається тимчасовими постійними схеми. Вихідний сигнал у вигляді послідовності прямокутних імпульсів знімається з колектора будь-якого з транзисторів.
На рис. 32.8 зображені вихідні імпульси на колекторі кожного з транзисторів. Щоб отримати рівні за тривалістю імпульси, тимчасові постійні С1R1 і С2R2 роблять рівними.
Мал. 32.7. Принципова схема автоколебательного мультивибратора.
Мал. 32.8. Вихідні імпульси на колекторі кожного з транзисторів авто-коливального мультивибратора, схема якого наведена на рис. 32.7.
Зауважимо, що, як і в разі одновібратора, тимчасова постійна СR визначає час, протягом якого транзистор залишається закритим.
Таймер 555 (рис. 32.9) являє собою досить універсальну недо-рогую інтегральну мікросхему, яка спеціально спроектована для формування стабільних тимчасових інтервалів, але також може бути використана в різноманітних моностабільний, автоколивальних мультивібраторах і тригерах.
У режимі таймера схема виробляє дуже точні часові ін-інтервали, які можуть варіюватися від декількох мікросекунд до декількох сотень секунд. Часовий період задається єдиною ланцюгом СR і фактично не залежить від напруги джерела живлення. Таймер включається подачею імпульсу, що запускає на висновок 2 мікросхеми і вимикається командою RESET (скидання), яка подається на висновок 4.
Базова схема таймера показана на рис. 32.10. Часовий інтервал тут задається ланцюжком C1R1. Початок відліку часу ініціюється на-жатіем кнопки S1. При цьому висновок 2 ИС отримує нульовий потенціал і мікросхема перемикається. Конденсатор C1 починає заряджатися через резистор R1. і на виводі 3 з'являється позитивне напруга.
Після закінчення часу, рівного l, lC1R1. напруга на виході падає до 0 В (рис. 32.11). Відлік часу може бути перерваний натисканням кнопки RESET (скидання). При цьому висновок 4 отримує нульовий потенціал. При нор-мальної роботі ключ S2 розімкнений і висновок 4 має потенціал джерела живлення + VCC.