Astabilný multivibrátor

Tento text opisuje klasické zapojenie s dvoma tranzistormi, ktoré naša stavebnica Blik! nahrádza moderným mikroprocesorom. Pre pochopenie histórie a princípov elektroniky je však užitočné vedieť, ako funguje. Text vychádza z textu ktorý preložila Gemini...

Astabilný multivibrátor je typ elektronického obvodu, ktorý nemá žiadny stabilný stav. To znamená, že sa neustále prepína medzi dvoma stavmi (Vysoká / Nízka úroveň) bez potreby akéhokoľvek vonkajšieho spúšťania. Vďaka tomu funguje ako oscilátor alebo generátor impulzov – v našom prípade ako blikač.

V elektronike sa mu často hovorí voľne bežiaci (free-running) multivibrátor.

Princíp činnosti

Klasický astabilný multivibrátor pozostáva z dvoch spínacích tranzistorov (TR1 a TR2), krížovej spätnej väzby a časovacích súčiastok (rezistory a kondenzátory).

Zapojenie funguje na princípe striedavého nabíjania a vybíjania kondenzátorov, ktoré striedavo otvárajú a zatvárajú tranzistory. Cyklus prebieha nasledovne:

1. Zapnutie napájania: Po pripojení batérie začne prúd tiecť oboma tranzistormi. V dôsledku výrobných tolerancií nie sú oba tranzistory nikdy úplne rovnaké – jeden z nich začne viesť prúd o zlomok sekundy skôr než ten druhý. Predpokladajme, že TR1 sa otvorí ako prvý.
2. Stav 1 (TR1 vedie, TR2 nevedie):
   • Keďže TR1 je otvorený, jeho kolektorové napätie klesne takmer na nulu (blízko zeme).
   • Tento pokles napätia sa prenesie cez kondenzátor C1 na bázu tranzistora TR2, čím ho okamžite uzavrie (TR2 nevedie).
   • LED dióda pripojená k TR1 svieti, LED pri TR2 nesvieti.
   • Kondenzátor C1 sa teraz začína pomaly nabíjať cez rezistor R2 smerom k napájaciemu napätiu (+Vcc).
3. Prepnutie:
   • Akonáhle napätie na kondenzátore C1 (a teda na báze TR2) stúpne na hodnotu cca 0,6 V, tranzistor TR2 sa začne otvárať.
   • Otvorenie TR2 spôsobí pokles napätia na jeho kolektore. Táto zmena sa cez kondenzátor C2 prenesie na bázu prvého tranzistora TR1.
   • To spôsobí uzavretie TR1. Obvod sa preklopil.
4. Stav 2 (TR1 nevedie, TR2 vedie):
   • Teraz svieti druhá LED dióda.
   • Kondenzátor C2 sa nabíja cez rezistor R3. Keď dosiahne 0,6 V, cyklus sa zopakuje a obvod sa preklopí späť do Stavu 1.

Tento proces sa opakuje donekonečna, kým je pripojené napájanie.

Časovanie a frekvencia

Rýchlosť blikania (frekvencia) závisí od hodnôt rezistorov (R2, R3) a kondenzátorov (C1, C2). Ide o takzvanú RC časovú konštantu.

Doba, počas ktorej je tranzistor vypnutý (a druhý zapnutý), sa vypočíta podľa vzorca:

$t=0,69\cdot R\cdot C$

Kde:

• R je hodnota rezistora na báze (v Ohmoch)
• C je hodnota kondenzátora (vo Faradoch)

Celková dĺžka jedného cyklu (perióda T) je súčtom časov oboch stavov:

$T=t_{1}+t_{2}=0,69(R2\cdot C1+R3\cdot C2)$

Ak sú súčiastky na oboch stranách rovnaké (symetrický multivibrátor), frekvenciu blikania vypočítame ako:

$f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{1,38\cdot R\cdot C}}$