Энциклопедия радиолюбителя

15.1. Основные понятия

Под мультивибратором понимают релаксационный генератор импульсов, который представляет собой двухкаскадный электронный усилитель с резисторно-емкостной связью, охваченный положительной обратной связью. Этот тип генератора отличается от других тем, что он одновременно генерирует множество синусоидальных колебаний. С этим связано и его название от латинских слов, multum — много, vibro — колеблю. Каждая из генерируемых составляющих называется гармоникой. Гармоника характеризуется частотой и амплитудой. Мультивибратор дает сигнал очень сложной формы, обычно похожий на прямоугольник.

Частота колебаний мультивибратора зависит от величин емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов, входящих в цепи обратной связи. Мультивибратор, имеющий одно состояние устойчивого равновесия, из которого он под действием внешнего запускающего импульса скачкообразно переходит в квазирезонансное состояние и затем возвращается в состояние равновесия, называется ждущим. В зависимости от схемы построения различают симметричные и несимметричные мультивибраторы. Мультивибраторы широко используются в технике, быту и самоделках радиолюбителей. Получить мультивибратор можно из обычного простого усилителя звуковой частоты на двух транзисторах, включив конденсатор между его входом и выходом (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Принципиальная схема усилителя звуковой частоты до и после (соединительный провод (пунктирная линия), включенный в разъемы X1 и Х3) превращения его в мультивибратор

Широкораспространенная схема симметричного мультивибратора на двух транзисторах приведена на рис. 15.2.а.

Сигнал мультивибратора можно снимать с резистора R1 или R5 и подавать на вход любого усилителя через конденсатор С3. Желаемая частота мультивибратора устанавливается изменением величин резисторов R3 = R4 и конденсаторов C1 = С2. Частоту генератора в зависимости от указанных резисторов и конденсаторов можно определить по формуле:

f (Гц) = 1/(1,4·R (МОм)·С (мкФ)).

При значениях резисторов и конденсаторов, указанных на схеме, частота первой (основной) гармоники составляет 1000 Гц. Помимо основной частоты мультивибратор генерирует большое количество гармоник других частот, в том числе и частоты средних и длинных волн.

Собрав мультивибратор по вышеприведенной схеме в небольшом корпусе, проверяют его работоспособность. Для этого к его выходу подключают наушники. Наличие звука средней тональности говорит о его исправности. Данный прибор может быть полезен для разных целей: проверки общей работоспособности аппаратуры, налаживания усилителей как низких, так и высоких частот, создания программы для детской железной дороги.

Пользующиеся большой популярностью различные макеты железных дорог можно сделать более занимательными, если составить программу для управления движением поездов. Для этого необходим обычный магнитофон с выходом на наушники, мультивибратор (рис. 15.1) и один тиристор с подпаянными проводниками для подключения к магнитофону, железной дороге и блоку питания (рис. 15.2.б). Сигнал с мультивибратора подают на вход магнитофона, а далее усиленный сигнал на тиристор, на который также подается питание железной дороги. Регулировка силы сигнала приводит к изменению скорости движения поезда вплоть до остановки. Для создания программы включают магнитофон на режим «запись», подключают к его входу мультивибратор и проводят поезд по трассе со всеми остановками. После записи программы включают магнитофон на режим «воспроизведения» (громкость устанавливают на максимум), мультивибратор отключают, пленку перематывают в начало, а поезд возвращают в исходное положение. Подобную программу можно сделать и для электрифицированных игрушек.

Рис. 15.2. Принципиальные схемы симметричного мультивибратора, полученного из УЗЧ рис. 15.1 (а) и приставка (б) к железной дороге при его использовании

15.2. Применение мультивибратора в радиоэлектронных устройствах

Туристы, находящиеся в походах, как известно, очень берегут свои карманные фонарики, не включают их без надобности, экономят энергию гальванических батарей. Выпускающиеся промышленностью фонарики не позволяют изменять яркость свечения лампочки. Ввести в фонарик регулятор яркости несложно, если использовать вышерассмотренный мультивибратор. Схема такого фонарика изображена на рис. 15.3.

Рис. 15.3. Принципиальная схема импульсного фонарика

Как видно, в основе фонарика лежит несимметричный мультивибратор, скважность импульсов (см. Словарь) которого плавно изменяется переменным резистором R3. На транзисторе VT3 собран электронный ключ, который управляет работой лампы EL1. Наибольший интервал между вспышками, который позволяет установить резистор R3 составляет 7 секунд. При самом наименьшем интервале между вспышками, из-за инерционности нити накаливания лампы, свет фонаря кажется непрерывным. В этом случае фонарик работает экономно, так как потребляет незначительную часть электроэнергии батареи. В фонарике могут быть использованы такие детали. Лампочка накаливания на 2,5 В и ток 0,068 А. Транзисторы VT1 и VT2 типа МП39…МП42, a VT3 — МП25, МП26, ГТ402 с желательно с большим статическим коэффициентом передачи тока. Резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы — К50-6. Монтируется электронное устройство на небольшой печатной плате, размеры которой определяются свободным местом в (фонарике. При исправных деталях регулятор яркости фонарика налаживания не требует. Работоспособность импульсного фонарика сохраняется при снижении напряжения питания до 3 В.

Используя симметричный мультивибратор в качестве индикатора проверяемой цепи, можно построить полезный при налаживании радиоэлектронных конструкций малогабаритный универсальный пробник. Такой пробник позволит обнаружить оборванные и короткозамкнутые участки в жгутах и кабелях, проверить исправность реле, резисторов, конденсаторов, предохранителей, ламп накаливания, определить состояние р-n переходов у диодов и транзисторов. Схема пробника представлена на рис. 15.4.

Рис. 15.4. Принципиальная схема пробника со световой сигнализацией с использованием мультивибратора для проверки радиодеталей

Пробник работает следующим образом.

При замыкании щупов X1 и Х2, на базу подается положительное напряжение, транзисторы VT1 и VT2 открываются и начинает работать мультивибратор, собранный на транзисторах VT3 и VT4. Об этом свидетельствует мигание лампочки накаливания. При разомкнутых щупах лампочка не горит, так как не работает мультивибратор. При желании вместо светового сигнала можно ввести звуковой, включив вместо лампочки наушник ДЭМШ-1А. Если заменить резистор R6 на наушник, то получим пробник с двумя оповещающими сигналами — световым и звуковым.

Пробник позволяет проверять цепи сопротивлением до 100 кОм, при токе в исследуемом участке до 200 мкА. Максимальный потребляемый ток прибором в импульсе составляет 20 мА. Для питания прибора используется батарея «Крона». В приборе используется транзисторная сборка К1НТ251, при ее отсутствии можно использовать транзисторы КТ315Б, резисторы типа МЛТ-0,125, а электролитические конденсаторы — К53-14. Лампа СМИ 10-50-2. Все детали пробника смонтированы на печатной плате размером 65x14 мм. К плате припаян щуп ХР2 (игла), щуп ХР2 соединен с ней проводом МГТ 0 0,14 мм. Пробник при исправных деталях начинает работать сразу и не требует настройки.

Генератор-пробник конечно не заменит в полной мере генератор стандартных сигналов (ГСС), но все же, имея стандартные фиксированные частоты, облегчит настройку супергетеродинных приемников, проверит исправность усилителей звуковой и низкой частоты, переходных цепей и другое. Электронный пробник является довольно универсальным прибором, в частности, он может выполнять функции модулятора и генератора. Генератор-пробник состоит из двух генераторов: высокой и звуковой частоты. Его схема приведена на рис. 15.5.

Рис. 15.5. Принципиальная схема генератора-пробника с использованием мультивибратора для настройки ВЧ и НЧ каскадов радиоаппаратуры

Звуковой генератор собран по схеме мультивибратора на транзисторах VT1 и VT2. Частота колебаний звукового генератора составляет 1000 Гц. Высокочастотный генератор собран по схеме с индуктивной обратной связью на транзисторе VT3. Катушка связи L1 включена в цепь коллектора транзистора. Напряжение обратной связи снимается с части витков контурной катушки L2 и через конденсатор С4 поступает в цепь эмиттера. База транзистора по переменному току заземлена через конденсатор С3.

Когда переключатель находится в положении 2, 3 или 4 каскад работает в автоколебательном режиме. В положении 1 каскад превращается в эмиттерный повторитель и на выходе имеем звуковой сигнал. Высокочастотный генератор в зависимости от положения выключателя вырабатывает следующие частоты: 465 кГц для настройки фильтров ПЧ (положение 3), 400 кГц для настройки начала диапазона ДВ (положение 2) и 1500 кГц (положение 4) для настройки начала диапазона СВ. Напряжение на выходе генератора-пробника составляет 100 мВ. Питается прибор от одного гальванического элемента типа 316.

Катушки пробника намотаны на общем каркасе проводом ПЭЛШО 0,12 и помещены в броневой сердечник СБ-12а. Количество витков катушки L1 — 25, L2 —105 с отводом от 17 витка. Резисторы и конденсаторы — малогабаритные. Все детали прибора смонтированы на печатной плате размером 75x37x2 мм, которая помещена в алюминиевый экран от электролитического конденсатора диаметром 38 мм.

Настройка прибора производится с помощью любого промышленного радиоприемника. Вначале проверяют работу низкочастотного генератора. Устанавливают переключатель SA1 в положение 1 (1000 Гц) и подают сигнал на вход усилителя звуковой частоты. В громкоговорителе должен прослушиваться звук среднего тона. Ввернув сердечник катушки на 3/4 длины, устанавливают переключатель SA1 в положение 2 (400 кГц), что соответствует длине волны 750 м. Образцовый радиоприемник настраивают на волну 750 м и касаются щупом ХР2 гнезда внешней антенны приемника. В громкоговорителе должен прослушиваться звук подобный звуку мультивибратора В противном случае, вращая ручку настройки приемника, уточняют генерируемую частоту пробника. Подбирая емкость конденсатора С6, добиваются появления звука на отметке шкалы приемника 750 м. При отсутствии звука среднего тона следует поменять выводы подключения катушки L1.

Далее устанавливают переключатель SA1 в положение 3 (465 кГц) и соединяют щуп ХР2 через конденсатор емкостью 3…5 пФ с коллектором транзистора преобразовательного каскада. В громкоговорителе должен прослушиваться звук среднего тона. Если нет, то подбирают емкость конденсатора С7 или подстраивают сердечник катушки. После вращения нужно повторить операции настройки в положении 2 переключателя SA1. И наконец, установив переключатель SA1 в положение 4 (1500 кГц, волна 200 м), производят настройку прибора, как это делалось в положении 3.

Устройство для проверки катушек индуктивности со звуковой сигнализацией можно собрать по схеме рис. 15.6.а. Используется такая же схема звукового генератора, что и предыдущей конструкции. Отличие состоит в конструкции сердечника. П-образный сердечник катушки L1 генератора из полосок обычной жести, ширина и количество которых определяется внутренними размерами каркаса катушки (рис. 15.6.б).

Рис. 15.6. Принципиальная схема устройства для проверки катушек индуктивности со звуковой сигнализацией (а) и конструкция сердечника (б), использующегося в нем

Катушка генератора содержит примерно 3000 витков провода ПЭЛ 0,12…ПЭЛ 0,15 с отводом от 1000 витка. Внутренний диаметр каркаса зависит от размеров чаще всего проверяемых катушек. Звуковым индикатором может быть капсюль ДЭША-1 или телефонный наушник. Проверяемая катушка надевается на сердечник. При отсутствии короткозамкнутых витков тон звука не изменяется, в противном случае — происходит резкое повышение звука.

Пробник предназначен для проверки УЗЧ и настройке трактов промежуточной частоты, а также других высокочастотных или широкополосных (апериодических) каскадов радиоприемников. Этот генератор-пробник отличается от ранее описанного отсутствием в схеме катушки индуктивности. Использование в схеме пробника пьезофильтра позволило значительно упростить его конструкцию и, что важно для любительских условий, налаживание (рис. 15.7).

Рис. 15.7. Принципиальная схема генератора-пробника с использованием пьезофильтра

Пробник вырабатывает два сигнала: звукочастотный 1 кГц и высокочастотный модулированный сигнал промежуточной частоты 465 кГц. Один из каскадов пробника вырабатывает низкочастотный сигнал прямоугольной формы, который кроме проверки УЗЧ используется еще для модуляции высокочастотного сигнала, вырабатываемого другим его каскадом. Подключение сигналов ПЧ или НЧ к щупу пробника осуществляется переключателем SA2. Выключатель SA1 служит для включения питания прибора. Для питания пробника используется гальванический элемент типа 316.

Генератор-пробник состоит из генератора прямоугольных импульсов, выполненного на транзисторах VT1 и VT2 по схеме симметричного мультивибратора. Частота низкочастотного генератора задается цепями R2, С1 и R3, С2. Выбор схемы мультивибратора обусловлен тем, что он устойчиво работает при использовании низкоомной нагрузки, к примеру, динамической головки. Использование в схеме пробника диодного аттенюатора в цепи положительной обратной связи генератора ПЧ изменяет условия баланса амплитуд высокочастотного генератора. Это дает возможность получить относительно глубокую модуляцию амплитуды сигнала. Начальный ток диодов аттенюатора задается резисторами R6…R9. Разделительный конденсатор С5 необходим для исключения влияния коллекторного напряжения транзистора VT3 на режим работы аттенюатора.

В приборе использованы не дефицитные радиодетали, кроме радиоэлементов указанных на схеме могут быть использованы транзисторы КТ315Г, КТ325Г или КТ342, КТ3102 с любым буквенным индексом, диоды серий Д2 и Д9 и пьезофильтры ФП1П-022…ФП1П-027. Постоянные конденсаторы типа КТ, КД или К10-7, а резисторы МЛТ-0,125. Выключатель SA1 типа МП, а переключатель SA2 типа ПТ57.

Все детали пробника собраны на печатной плате размером 195x17 мм вырезанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8 мм. Рисунок печатной платы и монтаж на ней деталей показан на рис. 15.8.

Рис. 15.8. Печатная плата и монтаж на ней деталей генератора-пробника с использованием пьезофильтра

Выводы выключателя SA1 и переключателя SA2 вставлены в монтажные отверстия платы и припаяны к печатным дорожкам. К выходу генератора пробника, контакту переключателя SA2, припаян щуп в виде тонкого заостренного медного стержня. Общая шина прибора соединена с многожильным изолированным проводом, оканчивающимся зажимом типа «крокодил».

Настройка генератора-пробника несложна и сводится к установке напряжения на коллекторе транзистора VT3 величиной примерно 0,7 В. Установка этого напряжения производится с помощью изменения сопротивления резистора R10 до достижения максимальной амплитуды сигнала на выходе высокочастотного генератора.

Работают с пробником таким образом. Подключают зажим «крокодил» к общей шине и переключателем SA2 устанавливают требуемый режим генерации сигнала: ПЧ или 3Ч. После этого нажимают на кнопку SA1, включают питание, генератор начинает вырабатывать сигнал, который подается на щуп. Заметим, что при проверке УПЧ, в частности, первых каскадов, можно не касаться щупом выводов элементов схемы.

16.1. Электронный метроном

Простой по устройству электронный метроном с частотой следования импульсов от 20 до 250 в минуту можно собрать по схеме на рис. 16.1.

Рис. 16.1. Принципиальная схема простого электронного метронома с частотой следования импульсов от 20 до 250 в минуту

Метроном собран по схеме несимметричного мультивибратора на двух транзисторах с разной проводимостью. Нагрузкой транзистора VT2 является звуковая катушка малогабаритного громкоговорителя с сопротивлением 3…10 Ом, например, 0,25ГД-10. Налаживание правильно собранного устройства заключается в подгонке границ диапазона частоты импульсов. При увеличении емкости конденсатора С1 понижается низшая частота диапазона, а с уменьшением сопротивления резистора R1 повышается наивысшая частота.

Транзисторы могут быть любого типа, лишь бы они соответствовали проводимости, указанной на схеме. Для питания используется три гальванических элемента типа 316. Метроном монтируют в небольшом корпусе на монтажной планке. В корпусе также устанавливается громкоговоритель, контакты для подключения элементов питания, а на его боковой стенке — выключатель питания. Для переменного резистора необходимо сделать шкалу. Установка любой частоты генерации в пределах выбранного диапазона производится изменением сопротивления переменного резистора R1, ориентируясь по установленной шкале. Градуировка шкалы производится с помощью механического метронома.

16.2. Маячок

Электронный метроном по схеме рис. 16.1 несложно превратить в генератор световых импульсов. Для этого в цепь базы первого транзистора VT1 нужно включить резистор R3 сопротивлением 1 кОм, а в качестве нагрузки использовать лампочку для карманного фонарика (рис. 16.2.а). Частота световых импульсов регулируется переменным резистором R1 в пределах от 44 до 120 вспышек в минуту. Длительность и частота вспышек лампочки происходит в результате увеличения или уменьшения емкости конденсатора C1.

Использовать данное устройство можно по-разному, например, сделать на его основе модель маячка или встроить его в звезду, устанавливаемую на новогоднюю елку. В новогоднюю ночь, мигание такой звезды внесет в праздничную обстановку некоторую таинственность, а также волшебство во все происходящее.

У электролитических конденсаторов, как известно, после длительного хранения нередко происходит уменьшение емкости, возникают значительные утечки, а некоторые иногда выходят из строя. Отбраковку электролитических конденсаторов можно произвести с помощью генератора световых импульсов, подключив в его схему вместо конденсатора C1 проверяемый конденсатор Сх. При этом о качестве конденсатора судят по частоте вспышек электрической лампочки HL1. Для превращения генератора световых импульсов в простейший прибор для проверки электролитических конденсаторов необходимо внести небольшие изменения, впаяв в его схему конденсатор C1 меньшей емкости, изменить величины сопротивлений резисторов, переменный резистор R1 заменить постоянным и исключить резистор R3 (рис. 16.2.б).

Рис. 16.2. Принципиальные схемы маячка для новогодней елки

В данном случае, при емкости конденсатора C1 равной 1 мкФ, генератор световых импульсов имеет частоту вспышек лампочки HL1 примерно 10 Гц (600 вспышек в минуту). После этого к выводам нового конденсатора подпаивают по куску медного изолированного провода длиной 200 мм, а к свободным их концам припаивают по зажиму типа «крокодил».

Проверку электролитического конденсатора производят следующим образом. Включают питание прибора и к зажимам подсоединяют испытываемый конденсатор Сх. Если конденсатор имеет утечку или пробит, то лампочка HL1 светит постоянно. Снижение частоты вспышек свидетельствует об исправности конденсатора. По частоте вспышек лампочки HL1 можно судить и о емкости проверяемого конденсатора, если ее сравнить с количеством вспышек исправных эталонных конденсаторов.

Монтаж деталей прибора для проверки годности электролитических конденсаторов производят на монтажной планке, закрепленной в небольшой пластмассовой коробочке. В корпусе размещают отсек эля элементов питания и из него выводят наружу два провода с зажимами типа «крокодил» на концах. На верхней части корпуса располагают сигнальную лампочку и кнопку включения питания прибора. Кнопка SB1 может быть типа КН-1 или КМ-1-1.

16.3. Простой мелодичный звонок

Простой мелодичный звонок для квартиры, схема которого представлена на рис. 16.3.а, содержит минимальное количество деталей и его может собрать любой радиолюбитель мало-мальски владеющий паяльником. Звучание (частоту генерируемых колебаний) звонка подбирают вращением оси переменного резистора R1 и изменением емкости конденсатора C1. Вместо указанных на схеме транзисторов можно применить подобные им маломощные германиевые или кремниевые транзисторы. Динамическая головка ВА1 может быть любой. Питание звонка можно сделать от сети или гальванической батареи. Детали звонка собирают на монтажной планке, закрепленной в подходящих размеров пластмассовой коробочке. Габариты коробочки должны быть такими, чтобы в ней могли разместиться источник питания и имеющаяся в распоряжении любителя электродинамическая головка. Включение звонка можно сделать как от обычной кнопки, так и от сенсорных контактов. Схема сенсорного варианта звонка представлена на рис. 16.3.б. Мультивибратор начинает работать, то есть звонок звенит, когда касаются пальцем сенсорных контактов Е1 и Е2. В этот момент между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 оказывается включенным сопротивление участка кожи пальца, и между каскадами появляется положительная обратная связь.

Сенсорные контакты представляют собой два металлических кольца разного диаметра, которые расположены одно внутри другого. Кольца вырезают из листа тонкой медной или латунной фольги и наклеивают определенным образом на небольшую пластмассовую пластину. После этого к металлическим кольцам припаивают провода, идущие к звонку, и пластину крепят в удобном месте возле двери. В качестве сенсорных контактов можно использовать негодный переменный резистор, например, типа СП-1. Крышку резистора и ось с ползунком удаляют, а оставшуюся часть укрепляют на месте кнопки звонка, рис. 16.3.в.

Рис. 16.3. Принципиальные схемы электронных звонков:

_{а) простой мелодичный звонок; б) сенсорный звонок; в) конструкция сенсорного звонка на основе переменного резистора}

16.4. Электронная сирена

Если для охранных или других целей необходима электронная сирена, то ее можно собрать по схеме, аналогичной схеме простого мелодичного звонка (рис. 16.4.a). Включение сирены происходит при нажатии кнопки SB1. Если предполагается, что сирена включается с открыванием двери, то выключателем может служить кнопка любого типа прикрепленная к дверной коробке, если же предполагается ручное включение, то можно использовать обычный тумблер. В режиме покоя устройство потребляет ток около 1 мА. В данном устройстве использованы те же типы деталей, что и в схеме мелодичного звонка.

Монтаж деталей можно сделать как на монтажной планке, так и на небольшой печатной плате. Все зависит от возможностей и квалификации радиолюбителя. На рис. 16.4.б представлен возможный вариант монтажа электронной сирены на монтажной планке. Детали сирены вместе с динамической головкой и батареей питания следует поместить в фанерный или пластмассовый корпус. Устройство особой наладки не требует. Если в нем использованы заведомо исправные детали, то при включении выключателя SA1 и нажатии на кнопку SB1 в динамике должен раздаться характерный звук сирены.

Рис. 16.4. Принципиальная схема (а) и монтаж на монтажной планке (б) деталей электронной сирены

16.5. Устройство имитации звуков с использованием мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов

Для создания устройств имитации более сложных звуков требуется мультивибраторы с регулируемыми параметрами, в частности, с регулируемой скважностью. Такие мультивибраторы позволяют получить импульсы с переменной частотой и неизменной частотой следования (рис. 16.5).

Рис. 16.5. Принципиальная схема мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов

Их отличие от симметричных мультивибраторов состоит в том, что в базовую цепь транзисторов VT1 и VT2 введен переменный резистор R3, подвижный ползунок которого соединен с источником коллекторного напряжения. Введенный резистор R3 позволяет в некоторых пределах менять скважность, а соединенные с ним резисторы R2 и R4 ограничивают токи баз транзисторов в крайних положениях ползунка переменного резистора R3. В этом случае период колебаний мультивибратора при постоянных значениях C1 и С2 определится из формулы

Т = 0,7·C·(R1 + R2),

где С — емкость переходного конденсатора. Если переменный резистор R3 имеет линейную зависимость от угла поворота оси, то сопротивления базовых резисторов будут такие:

R1 = α·R3, R2 = (1 — α)·R3, 0 <= α <= 1.

Если подставить эту формулу в предыдущую, то видно, что период колебаний мультивибратора остается постоянным при перемещении ползунка, тогда как скважность импульсов зависит от его угла поворота.

Используя свойства мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов, можно построить имитатор звуков такого романтичного явления природы, связанного с наступлением весны, как капель. Первые признаки весны характеризуются обилием солнца, улыбками на лицах и, конечно, капелью. Про капель сложена даже песня, которую в 60-е годы исполнял советский певец Жан Татлян. Романтичный звук капели можно создать с помощью электронного устройства, схема которого представлена на рис. 16.6. Конструкция построена на широкораспространенных радиодеталях и не критична к их типам. Настройка устройства заключается в подборе величины резисторов и конденсаторов, входящих в схему, до получения приятного тембра звучания капели.

Рис. 16.6. Схема устройства имитирующего капель, приход весны