Кіріспе

Екі күйдегі құрылғыларды іске асыруға қолданылатын электрондық схема. Мультивибратор – бұл релаксациялық осцилляторлар, таймерлер, құлыптар және флип-флоптар сияқты қарапайым екі күйдегі құрылғыларды іске асыруға қолданылатын электрондық схема. Бірінші мультивибратор схемасын, астабильді мультивибратор осцилляторын Анри Абрахам мен Эжен Блох Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде ойлап тапты. Ол екі вакуумдық түтікшелі күшейткіштен тұрады, олар резистор-конденсатор желісімен қиылысқан. Олар өздерінің схемасын «мультивибратор» деп атады, өйткені оның шығыс толқын формасы гармоникаларға бай болды. Ұқсас гармоникалық бай толқын формаларын жасайтын мультивибраторларды іске асыру үшін әртүрлі активті құрылғыларды қолдануға болады; оларға транзисторлар, неондық шамдар, туннельді диодтар және басқалары кіреді. Қиылысқан құрылғылар кең таралған форма болғанымен, бір элементті мультивибратор осцилляторлары да жиі кездеседі. Мультивибратор схемаларының үш түрі бар:

Астабильді мультивибратор, онда схема екі күйде де тұрақты емес – ол бір күйден екінші күйге үздіксіз ауысады. Ол релаксациялық осциллятор ретінде жұмыс істейді. Моностабильді мультивибратор, онда бір күй тұрақты, ал екінші күй тұрақсыз (уақытша). Триггерлік импульс схеманы тұрақсыз күйге түсіреді. Тұрақсыз күйге енгеннен кейін схема белгілі бір уақыттан кейін тұрақты күйге оралады. Мұндай схема белгілі бір сыртқы оқиғаға жауап ретінде белгілі бір ұзақтықтағы уақыт аралығын жасау үшін пайдалы. Бұл схема «бір реттік» деп те аталады. Бистабильді мультивибратор, онда схема екі күйде де тұрақты. Оны сыртқы триггерлік импульс арқылы бір күйден екінші күйге ауыстыруға болады. Бұл схема флип-флоп немесе құлып деп те аталады. Ол бір бит ақпаратты сақтай алады және цифрлық логика мен компьютерлік жадта кеңінен қолданылады. Мультивибраторлар төртбұрышты толқындар немесе уақыт аралықтары қажет болатын әртүрлі жүйелерде қолданылады. Мысалы, төмен құнмен интегралды схемалар пайда болғанға дейін мультивибраторлардың тізбектері жиілікті бөлушілер ретінде қолданылды. Анықтамалық жиіліктің жартысынан оннан бір бөлігіне дейінгі жиілікпен еркін жұмыс істейтін мультивибратор анықтамалық жиілікке дәл тұйықталады. Бұл техника алғашқы электрондық органдарда әртүрлі октавалардың ноталарын дәл күйде ұстау үшін қолданылды. Басқа қолданыстарға ерте теледидар жүйелері кірді, онда әртүрлі желілік және кадрлық жиіліктер бейнесигналға енгізілген импульстармен синхрондалды.

Тұрақты

Астабельді мультивибратор екі күшейткіш сатыдан тұрады, олар екі сыйымдылық-кедергілік байланыс желісі арқылы оң кері байланыс тізбегімен қосылған. Күшейткіш элементтер тораптық немесе өрістік эффектілі транзисторлар, вакуумдық түтіктер, операциялық күшейткіштер немесе күшейткіштердің басқа түрлері болуы мүмкін. 1-суретте, төменгі оң жақта, биполярлы тораптық транзисторлар көрсетілген. Сұлба әдетте симметриялық түрде, қиылысқан жұп ретінде салынады. Екі шығыс терминалы активті құрылғыларда анықталуы мүмкін және олардың бір-біріне толықтай қарама-қарсы күйлері болады. Біреуі жоғары кернеуде, ал екіншісі төмен кернеуде болады, бір күйден екінші күйге өтетін сәттегі қысқа уақыттан басқа.

Шығыс импульсінің пішіні

Шығыс кернеуінің пішіні шаршы толқынға жуық. Бұл Q1 транзисторы үшін қарастырылады. 1-ші күйде Q2 база-эмиттер торабы кері полярленген және конденсатор C1 жерден "ажыратылған". Қосылған Q1 транзисторының шығыс кернеуі жоғарыдан төменге жылдам өзгереді, себебі бұл төмен кедергілі шығыс жоғары кедергілі жүктемеге (тізбектелі қосылған C1 конденсаторы және жоғары кедергілі базалық кедергі R2) қосылған. 2-ші күйде Q2 база-эмиттер торабы тікелей полярленген және конденсатор C1 жерге "қосылған". Өшірілген Q1 транзисторының шығыс кернеуі төменнен жоғарыға экспоненциалды түрде өзгереді, себебі бұл салыстырмалы жоғары кедергілі шығыс төмен кедергілі жүктемеге (C1 конденсаторы) қосылған. Бұл R1C1 интегралдау тізбегінің шығыс кернеуі. Қажетті шаршы толқын пішініне жақындасу үшін коллекторлық кедергілердің кедергісі төмен болуы керек. Базалық кедергілер транзисторлардың қалпына келтіру соңында қанығуына жеткілікті төмен болуы керек (RB < β. RC).

Бастапқы қоректендіру

Контур алғаш рет қосылғанда, екі транзистордың да ешқайсысы қосылмайды. Дегенмен, бұл олардың екеуінің де осы кезеңде жоғары базалық кернеуі бар екенін, демек қосылуға бейім екенін білдіреді. Сөзсіз болатын шағын асимметриялар транзисторлардың бірі бірінші болып қосылатынын анықтайды. Бұл контурды жоғарыда аталған күйлердің біріне жылдам жеткізеді, соның нәтижесінде тербеліс пайда болады. Іс жүзінде, R және C-нің нақты мәндері үшін тербеліс әрқашан орын алады.

Алайда, егер контур екі конденсатордың толық зарядталуына қажетті уақыттан ұзақ уақыт бойы екі базасын да жоғары деңгейде ұстаса, онда контур осы тұрақты күйде қалады: екі база 0,60 В-та, екі коллектор 0 В-та, ал екі конденсатор кері бағытта -0,60 В-қа дейін зарядталады. Бұл R және C екеуі де өте кішкентай болған жағдайда, сыртқы араласусыз іске қосылғанда да болуы мүмкін.

Жиілік бөлік

Астабельді мультивибратор сыртқы импульстар тізбегіне синхрондалуы мүмкін. Бір жұп белсенді құрылғыны сілтемелік шаманы үлкен қатынаста бөлу үшін пайдалануға болады, бірақ қуат көзінің және тізбек элементтерінің өзгергіштігіне байланысты бұл әдістің тұрақтылығы төмен. Мысалы, 10-ға бөлу қатынасын алу оңай, бірақ ол сенімді емес. Бистабельді триггерлердің тізбектері көбірек белсенді элементтерді қажет етеді, бірақ олардың арқасында бөлудің болжамдылығы артады.

Қорғау компоненттері

Схемалық жұмысқа тікелей қатысы болмаса да, транзисторлардың базасымен немесе эмиттерімен тізбектей қосылған диодтар, қуат көзінің кернеуі Veb бұзылу кернеуінен асып кеткен жағдайда, база-эмиттерлік байланыстың кері бұзылуына жол бермеу үшін қажет. Әдетте, жалпы мақсаттағы кремнийлі транзисторлар үшін бұл кернеу 5-10 вольт шамасында болады. Моностабильді схемада тек бір транзисторды қорғау жеткілікті.

Моностабильді

Моностабильді мультивибраторда бір резистивтік-сыйымдылық желісі (1-суреттегі C2 R3) резистивтік желіге (тек резисторға) ауыстырылады. Сұлбаны 1/2 астабильді мультивибратор ретінде қарастыруға болады. Q2 коллекторының кернеуі – тізбектің шығысы (астабильді тізбектен айырмашылығы, конденсатормен жүктелмегендіктен, ол мінсіз тіктөртбұрышты толқын формасына ие). Кіріс импульсімен қосылғанда, моностабильді мультивибратор белгілі бір уақытқа тұрақсыз күйге ауысады, содан кейін тұрақты күйіне оралады. Моностабильді мультивибратордың тұрақсыз күйде қалу уақыты t = ln(2)R2C1 формуласымен анықталады. Егер кіріс импульсін қайталап беру тізбекті тұрақсыз күйде ұстаса, онда ол қайта іске қосылатын моностабиль деп аталады. Егер қосымша импульстар кезеңге әсер етпесе, тізбек қайта іске қосылмайтын мультивибратор болып табылады. 2-суреттегі тізбекте тұрақты күйде Q1 өшірілген, ал Q2 қосылған. Ол Q2 базасына қолданылатын нөлдік немесе теріс кіріс сигналымен іске қосылады (сол нәтижеге Q1 базасына резистор арқылы оң кіріс сигналын қолдану арқылы да қол жеткізуге болады). Нәтижесінде тізбек жоғарыда сипатталған 1-күйге өтеді. Уақыт өткен соң ол бастапқы тұрақты күйіне қайта оралады.

Бистабл

Бистабельді мультивибраторда екі резистивтік сыйымдылық желісі (1-суреттегі C1 R2 және C2 R3) резистивтік желілермен (тек кедергілер немесе тікелей байланыс) алмастырылады. Бұл құлыптағыш тізбек конденсаторлардың болмауына байланысты зарядталу немесе разрядталу уақыты болмағандықтан, астабельді мультивибраторға ұқсас. Сондықтан, тізбек қосылған кезде, егер Q1 қосылған болса, оның коллекторы 0 В-қа тең болады. Нәтижесінде Q2 өшіріледі. Бұл R4-ке +V вольттың жартысынан артығын түсіреді, соның салдарынан Q1 базасына ток ағылып, оны қосып ұстайды. Осылайша, тізбек бір күйде үздірісіз тұрақты болып қалады. Сол сияқты, егер Q2 бірінші болып қосылса, ол да үздірісіз қосылып тұрады. Күйді өзгерту базаларға қосылған Set және Reset терминалдары арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, егер Q2 қосылып, Set бір сәтте жерге қосылса, бұл Q2-ні өшіріп, Q1-ді қосады. Осылайша, Set Q1-ді "қосу" үшін, ал Reset оны "өшіру" үшін қолданылады.