Более стабильная схема мультивибратора показана на рисунке 3а. Она состоит из трех логических элементов, включенных, также как и в предыдущей, схеме инверторами. Как видно из схемы, в эмиттерных цепях логических элементов только что упомянутых резисторов нет. Частота колебаний задается всего лишь одной RC цепочкой.
Рисунок 3. Мультивибратор на трех логических элементах.
Работу этого варианта мультивибратора можно также наблюдать с помощью стрелочного прибора, но для наглядности можно на той же плате собрать индикаторный каскад на светодиоде. Для этого понадобится один транзистор типа КТ315, два резистора и один светодиод. Схема индикатора показана на рисунке 3б. Его также можно спаять на макетной плате вместе с мультивибратором.
После включения питания мультивибратор начнет вырабатывать колебания, о чем свидетельствуют вспышки светодиода. При указанных на схеме номиналах времязадающей цепочки частота колебаний около 1Гц. Чтобы убедиться в этом достаточно посчитать количество колебаний за 1 минуту: их должно быть около шестидесяти, что соответствует 1 колебанию в секунду. По определению это как раз и есть 1Гц.
Изменить частоту такого мультивибратора можно двумя способами. Сначала подключите параллельно конденсатору еще один конденсатор такой же емкости. Вспышки светодиода стали примерно в два раза реже, что говорит об уменьшении частоты вдвое.
Другой способ изменения частоты состоит в изменении сопротивления резистора. Проще всего на его место установить переменный резистор номиналом 1,5…1,8 Ком. При вращении этого резистора частота колебаний будет изменяться в пределах 0,5…20 Гц. Максимальный частота получится в том положении переменного резистора, когда будут замкнуты выводы микросхемы 1 и 8.
Если поменять конденсатор, например емкостью на 1 мкф, то с помощью того же переменного резистора возможна регулировка частоты в пределах 300…10 000 Гц. Это уже частоты звукового диапазона, поэтому свечение индикатора выглядит непрерывным, сказать есть импульсы или нет невозможно. Поэтому, как в предыдущем случае следует воспользоваться головными телефонами, подключенными к выходу через конденсатор 0,1 мкФ. Лучше, если головные телефоны будут высокоомными.
Для рассмотрения принципа работы мультивибратора на трех элементах вернемся к его схеме. После того, как будет включено питание, логические элементы примут какое-то состояние не одновременно, какое именно можно только предполагать. Предположим, что элемент DD1.2 первым оказался в состоянии высокого уровня на выходе. С его выхода через незаряженный конденсатор С1 напряжение высокого уровня передастся на вход элемента DD1.1, который установится в нулевое состояние. На входе элемента DD1.3 высокий уровень, поэтому он также устанавливается в нулевое состояние.
Но это состояние устройства неустойчивое: конденсатор С1 постепенно заряжается через выход элемента DD1.3 и резистор R1, что приводит к постепенному уменьшению напряжения на входе DD1.1. Когда напряжение на входе DD1.1 приблизится к пороговому, он переключится в единицу, и соответственно этому элемент DD1.2 в нуль.
В таком состоянии конденсатор С1 через резистор R1 и выход элемента DD1.2 (в это время на его выходе низкий уровень) начинает перезаряжаться с выхода элемента DD1.3. Как только по мере зарядки конденсатора напряжение на входе элемента DD1.1 превысит пороговый уровень все элементы переключатся в противоположные состояния. Таким образом на выводе 8 элемента DD1.3, являющимся выходом мультивибратора формируются электрические импульсы. Также импульсы можно снять с вывода 6 элемента DD1.2.
После того, как мы разобрались с получением импульсов в трехэлементном мультивибраторе можно попробовать сделать двухэлементный, схема, которого показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Мультивибратор на двух логических элементах.
Для этого достаточно правый по схеме вывод резистора R1 отпаять от вывода 8 и запаять на вывод 1 элемента DD1.1. выходом устройства станет вывод 6 элемента DD1.2. элемент DD1.3 уже не нужен, и его можно отключить, например, для использования в других цепях.
Принцип работы такого генератора импульсов мало отличается от только что рассмотренного. Предположим, что на выходе элемента DD1.1 высокий уровень, тогда элемент DD1.2 находится в нулевом состоянии, что дает возможность конденсатору С1 заряжаться через резистор и выход элемента DD1.2. По мере заряда конденсатора напряжение на входе элемента DD1.1 достигнет порогового, оба элемента переключатся в противоположное состояние. Это позволит конденсатору перезаряжаться через выходную цепь второго элемента, резистор и входную цепь первого элемента. При снижении напряжения на входе первого элемента до порогового оба элемента перейдут в противоположное состояние.
Как было сказано выше некоторые экземпляры микросхем в схемах генераторов работают нестабильно, что может зависеть не только от конкретного экземпляра, а даже от производителя микросхемы. Поэтому, если генератор не запускается, можно между входом первого элемента и «землей» подключить резистор сопротивлением 1,2…2,0 Ком. Оно создает на входе напряжение близкое к пороговому, чем облегчает запуск и собственно работу генератора.
Такие варианты генераторов в цифровой технике применяются весьма часто. В следующих частях статьи будут рассмотрены относительно простые устройства, собранные на базе рассмотренных генераторов. Но сначала следует рассмотреть еще один вариант мультивибратора – одновибратор, или по другому моновибратор. С рассказа о нем начнем следующую часть статьи.