Мультивибратор

Иногда мультивибраторами называют триггеры Шмитта — электронные схемы, физически являющиеся не мультивибраторами, но компараторами с гистерезисом.

Принципиальная схема «классического» простейшего транзисторного мультивибратора на транзисторах одного типа проводимости

Приведенная в качестве примера на рисунке «классическая» схема мультивибратора на двух транзисторах одного типа проводимости сейчас почти не применяется, так как имеет плохие частотные свойства и недостаточно крутые фронты, что ограничивает частоту его генерации единицами МГц. При уменьшении номиналов компонентов (сопротивлений резисторов и ёмкости конденсаторов) для повышения частоты генерации оба транзистора переходят в открытое или насыщенное состояние без генерации, — генерация самопроизвольно срывается, и для восстановления генерации устройство надо перезапускать, — например, подачей импульса на базу одного из транзисторов, что во многих применениях неприемлемо.

Симметричным мультивибратор называют при попарном равенстве сопротивлений резисторов R1 и R4, R2 и R3, ёмкостей конденсаторов C1 и C2, а также параметров транзисторов Q1 и Q2.

Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные колебания («меандр») со скважностью 2, то есть прямоугольный сигнал, у которого длительность импульса и длительность паузы одинаковы.

Симметричный мультивибратор по «классической» схеме широко используется для учебных и демонстрационных целей в качестве схемотехнически простейшего генератора электрических колебаний. Принцип работы этой схемы легко понять, а также эта схема удобна тем, что не требует для своей реализации громоздких и неудобных катушек индуктивности и трансформаторов.

Моностабильный мультивибратор, также нередко называемый одновибратором, есть разновидность ждущего мультивибратора. Имеет одно стабильное состояние и одно неустойчивое состояние. При поступлении запускающего импульса одностабильный мультивибратор переключается в неустойчивое состояние на время ${\displaystyle t=\ln(2)\cdot R_{2}\cdot C_{1}}$, причём это время не зависит от длительности запускающего импульса (для схемы на рисунке 2), а затем возвращается в устойчивое состояние.

Одновибраторы применяются для преобразования формы импульсов в расширителях импульсов[2][3].

Бистабильный мультивибратор — разновидность ждущего мультивибратора, имеющий два стабильных (устойчивых) состояния, характеризующихся разными уровнями напряжения на выходе. Как правило, бистабильные мультивибраторы переключаются из одного стабильного состояние в другое сигналами, подаваемыми на разные входы, как показано не схеме на рисунке. В этом случае бистабильный мультивибратор представляет собой триггер RS-типа. В некоторых схемах для переключения используется один вход, на который для переключения подаются импульсы различной либо одной полярности, при переключении состояний импульсами одной полярности на одном входе такие устройства называют «триггерами со счётным входом».

Бистабильный мультивибратор, кроме выполнения функции триггера, применяется также для построения генераторов, синхронизированных внешним сигналом. Такой тип бистабильных мультивибраторов характеризуется минимальным временем пребывания в каждом из состояний или минимальным периодом колебаний. Изменение состояния мультивибратора возможно только по прошествии определённого времени с момента последнего переключения (так называемое «мёртвое время переключения») и происходит в момент поступления фронта синхронизирующего сигнала.

Электрическая принципиальная схема мультивибратора, выполненного на операционном усилителе.

Принципиально можно построить автоколебательный мультивибратор на инвертирующем компараторе с гистерезисом, охваченном отрицательной обратной связью. Пример такой структуры с использованием операционного усилителя (ОУ) приведён на рисунке справа.

Делитель напряжения из пары резисторов R4, включенных в цепь обратной положительной связи переводят ОУ в режим компаратора с гистерезисом по инвертирующему входу, к которому подключена интегрирующая цепочка R2, C1. При переключении компаратора из состояние в состояние происходит изменение направления тока в интегрирующей цепочке и конденсатор начинает перезаряжаться в другую сторону до достижения другого порога компарации, и переключения полярности напряжения на выходе ОУ. В этой схеме ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и выходного ключа.

Схема транзисторного мультивибратора с коллекторно-базовыми ёмкостными связями.

Длительность одной из двух частей периода равна

${\displaystyle t=\ln 2\cdot RC}$

Длительность периода из двух частей равна:

${\displaystyle T=t_{1}+t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}C_{1}+\ln 2\cdot R_{3}C_{2}}$

${\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}\approx {\frac {1}{0.693\cdot (R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})}}}$,

где

• f — частота в Гц,
• R₂ и R₃ — величины резисторов в омах,
• C₁ и C₂ — величины конденсаторов в фарадах,
• T — длительность периода (в данном случае, сумма двух частей периода).

В особом случае, когда

• t₁ = t₂ (50 % цикл),
• R₂ = R₃,
• C₁ = C₂,

${\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{\ln 2\cdot 2RC}}\approx {\frac {0.721}{RC}}}$