Astabilní klopný obvod (astabilní multivibrátor)


Klopné obvody - úvod:

Klopný obvod je takový elektronický obvod, který může nabývat nejméně dvou fyzikálně odlišných stavů, přičemž ke změně stavu dochází skokem.

Stavy obvodu mohou být:

- stabilní stav obvod je pracovní režim, ve kterém obvod může setrvat neomezeně dlouhou dobu a v případě malých změn obvodových veličin se do tohoto stavu vrací;

- kvazistabilní stav obvodu je pracovní režim, ve kterém se obvod nachází pouze přechodnou dobu, závislou na vlastnostech obvodu. Do tohoto stavu přechází obvod buď působením vnějšího signálu ze stabilního stavu, nebo samovolně z druhého kvazistabilního stavu.

Klopné obvody dělíme v zásadě na 3 základní druhy:

- astabilní k.o. (se 2 kvazistabilními stavy);

- monostabilní k.o. (s 1 stabilním a s 1 kvazistabilním stavem);

- bistabilní k.o. (se 2 stabilními stavy).


AKO - princip činnosti:

Astabilní (samokmitající) klopný obvod (multivibrátor) (AKO) je klopný obvod, který má dva kvazistabilní stavy. Obvod může být sestaven buď z diskrétních součástek anebo může být v integrované podobě, avšak princip bývá vždy podobný.


Pro vysvětlení činnosti AKO (obr. A) ho pomyslně zastavíme v jedné z kvazistabilních poloh (neuvažujeme tečkované části, tj. diody D1 a D2 a rezistory R1 a R2):



a) 1. kvazistabilní stav:

Tranzistor T1 je otevřen a tranzistor T2 je zavřen (zahražen) - čas t1 (obr. B). Kondenzátor C2 nabitý s naznačenou polaritou je přes otevřený tranzistor T1 (přechod C - E) připojen mezi bázi a emitor tranzistoru T2, přičemž minus na bázi tranzistoru T2 způsobuje jeho uzavření (bod t1 průběhu Ube2).

Kondenzátor C2 se začne vybíjet v obvodu (1):

(1) +Ucc - Rb2 - C2 - otevřený T1 (přechod C - E) - zem

Časová konstanta vybíjecího obvodu je určena rezistorem Rb2 a kondenzátorem C2 (v2 Rb2*C2). Při vybíjení se záporné napětí Ube2 exponenciálně zmenšuje až k nule, kondenzátor C2 se potom začne ve stejném obvodu ze zdroje Ucc nabíjet s obrácenou polaritou (než je naznačeno).

V předchozím cyklu vybitý kondenzátor C1 se nyní, současně s vybíjením kondenzátoru C2, nabíjí s vyznačenou polaritou v obvodu (2) až téměř na plné napětí zdroje Ucc :

(2) +Ucc - Rc2 - C1 - otevřený T1 (přechod B - E) - zem

Časová konstanta nabíjecího obvodu je určena rezistorem Rc2 a kondenzátorem C1 (n2 Rc2*C1).

V bodě t2, kdy se kondenzátor C2 nabil na hodnotu prahového napětí přechodu B - E tranzistoru T2, se tranzistor T2 začne otvírat. Tím končí první kvazistabilní stav a začíná překlápění obvodu.


b) 1. překlápění obvodu:

Pokles kolektorového napětí Uce2 tranzistoru T2 se kondenzátorem C1 přenese na bázi tranzistoru T1. Tranzistor T1 se tím uzavírá, jeho kolektorové napětí Uce1 roste, vzrůst napětí se kondenzátorem C2 přenese na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T2 se ještě více otvírá, děj probíhá lavinovitě, až se tranzistor T1 úplně uzavře a tranzistor T2 úplně otevře. Tím skončilo překlápění a začíná druhý kvazistabilní stav obvodu.





c) 2. kvazistabilní stav:

Tranzistor T1 je zavřen (zahražen) a tranzistor T2 je otevřen - t2 (obr. B). Kondenzátor C1 nabitý s naznačenou polaritou, přičemž minus na bázi tranzistoru T1 způsobuje jeho uzavření (bod t2 průběhu Ube1).

Kondenzátor C1 se začne vybíjet v obvodu (3):

(3) +Ucc - Rb1 - C1 - otevřený T2 (přechod C - E) - zem

Časová konstanta vybíjecího obvodu je určena rezistorem Rb1 a kondenzátorem C1 (v1 Rb1*C1). Při vybíjení se záporné napětí Ube1 exponenciálně zmenšuje až k nule, kondenzátor C1 se potom začne ve stejném obvodu ze zdroje Ucc nabíjet s obrácenou polaritou (než je naznačeno).

V předchozím cyklu vybitý kondenzátor C2 se nyní, současně s vybíjením kondenzátoru C1, nabíjí s vyznačenou polaritou v obvodu (4) až téměř na plné napětí zdroje Ucc :

(4) +Ucc - Rc1 - C2 - otevřený T2 (přechod B - E) - zem

Časová konstanta nabíjecího obvodu je určena rezistorem Rc1 a kondenzátorem C2 (n1 Rc1*C2).

V bodě t3, kdy se kondenzátor C1 nabil na hodnotu prahového napětí přechodu B - E tranzistoru T1, se tranzistor T1 začne otvírat. Tím končí druhý kvazistabilní stav a začíná překlápění obvodu.


d) 2. překlápění obvodu:

Pokles kolektorového napětí Uce1 tranzistoru T1 se kondenzátorem C2 přenese na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T2 se tím uzavírá, jeho kolektorové napětí Uce2 roste, vzrůst napětí se kondenzátorem C1 přenese na bázi tranzistoru T1. Tranzistor T1 se ještě více otvírá, děj probíhá lavinovitě, až se tranzistor T2 úplně uzavře a tranzistor T1 úplně otevře. Tím skončilo překlápění a znovu začíná první kvazistabilní stav obvodu a celý cyklus se opakuje.



AKO - zkreslení čela obdélníkových impulsů:

Nabíjení kondenzátorů C přes rezistory Rc způsobuje zkreslení čela obdélníkových impulsu na kolektorech tranzistorů T, protože nabíjecí proudy vytváří na rezistorech Rc úbytek napětí, o který je napětí na kolektorech tranzistoru Uce vzhledem k na pětí zdroje Ucc „ochuzeno“ (zmenšováno).

Pro zlepšení tvaru čela výstupních obdélníkových impulsů se mohou použít např. korekční diody D1 a D2 a rezistory R1 a R2 (tečkovaně naznačeny ve schématu - obr. A), pak je činnost AKO následující:

Při uzavření např. tranzistoru T1 je na jeho kolektoru téměř plné napětí zdroje Ucc. Dioda D1 má toto kladné napětí na své katodě - je zavřena, takže kondenzátor C1 se nabíjí přes rezistor R1 a ne přes rezistor Rc1. Výstupní průběh po této úpravě obvodu je na obr. B naznačen tečkovaně. Čelo nebude zkresleno (resp. zkresleno bude v důsledku parazitních kapacit kolektoru tranzistoru).

Při otevření tranzistoru T1 je dioda D1 také otevřena a v kolektoru se uplatní paralelní řazení rezistorů R1 a Rc1 (zpravidla se volí R = Rc).

Při uzavření tranzistoru T2 se uplatní dioda D2 a rezistor R2 stejným způsobem jako u tranzistoru T1.



AKO - vlastnosti, užití:

Vlastnosti: frekvence obdélníkových kmitů může být od cca 0,01 Hz až do mezní frekvence tranzistorů (podle velikosti kapacity kondenzátorů C); šířka impulsů může být shodná (symetrický AKO) nebo různá (nesymetrický AKO) (ovlivněno velikostí vybíjecích rezistorů Rb); malá stabilita frekvence (řeší se přiváděním synchronizačních impulsů do báze jedno z tranzistorů)

Užití: generátor obdélníkových impulsů



dlabos.wz.cz