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Multivibratore a BJT

Multivibratore astabile o oscillatore a BJT

Un oscillatore è un circuito che produce un segnale periodico che oscilla tra una tensione bassa e alta. Gli oscillatori sono utilizzati in tutti i tipi di circuiti: dal semplice lampeggiare di un LED alla produzione di un segnale di clock per guidare un microcontrollore. Ci sono molti modi per creare un circuito oscillatore tra cui cristalli di quarzo, amplificatori operazionali e naturalmente i transistor. 
Ecco un esempio di circuito oscillante chiamato multivibratore astabile. Utilizzando il feedback possiamo usare una coppia di transistor  per creare due segnali oscillanti.
 

Una semplice applicazione del transistor o BJT è il multivibratore astabile con BJT. Colleghiamo il seguente schema elettrico su una bread-board e vedreme lampeggiare alternativamente i due diodi led.

Ma come è posibile?  Innanzitutto dobbiamo vedere che il circuito è speculare cioè, la parte sinistra è lo specchio della parte destra. A causa di una leggera asimmetria dei componenti fisici, uno dei due transistor sarà in configurazione ON mentre l'altro sarà in configurazione OFF. Cioè un diodo led sarà acceso mentre l'altro è spento. Ma vediamone il funzionamento in modo più accurato.

Supponiamo in un primo istante che il transistor Q2 sia ON, cioè la VCE di Q2 è uguale a 0,2V cioè è circa zero Volt. Questa tensione arriva sul catodo del led 2, il quale si accende. Ma il condensatore C2 è collegato alla base del transistor Q1, e quindi la corrente della sua base si annulla, portando così il transistor Q1 allo stato OFF, e quindi il diodo led 1 è spento.

Successivamente il condensatore C1 essendo collegato con la resistenza R3 si incomincia a ricaricare portando nella base di Q2 una corrente sufficiente a portare Q2 in saturazione (ON) e quindi il collettore di Q2 avrà una tensione di 0,2 Volt, cioè circa zero, e il diodo led 1 da spento si accenderà. La tensione VCE2 del transistor Q2, si porterà nella base del transistor Q1 che andrà in interdizione (OFF) e quindi il led 1 si spegnerà. Successivamente alla base del transistor Q2 arriverà una corrente che proviene dalla resistenza R3 la quale è collegata all'alimentazione. Questa corrente entra nella base di Q2 e porterà con il suo incremento il transistor Q2 di nuovo in saturazione (ON) e quindi il led 2 si riaccenderà mentre il led 1 si spegnerà, in quando Q1 sarà in interdizione (OFF).

Il ciclo continuerà a ripetersi fino a quando non si spegnerà l'alimentazione.

La frequenza di oscillazione dipenderà naturalmente dai componenti passivi e precisamente dalla resistenza R3 e dal condensatore C1 e dalla resistenza R4 e dal condensatore C2. Essendo le due resistenze e i due condensatori uguali si avrà lo stato alto (ON) uguale allo stato Basso (OFF) e quindi in uscita avremo un'onda quasi quadra.

In generale abbiamo :

f=1/(ln(2)*(R3*C1+R4*C2))

ln(2)=0,69

Nel nostro caso R3=R4 e C1=C2 quindi

TON=0,69*R3*C1

TOFF=0,69*R4*C2

T=0,69*(2*R3*C1)=0,69*(2*R4*C2)

da cui

f=(1/T)=1/(0,69*(2*R3*C1)

Nel nostro schema avremo

f=1/(0,69*2*2200*10E-6)=1/0,3036=32,94 Hz

Se vogliamo modificare la frequenza di oscillazione, possiamo cambiare i valori di R3 e di R4 lasciando sempre gli stessi condensatori.

Ad esempio se poniamo:
R3=R4=47K Ohm

C1=C2=10micro Faraf=10*E-6

f=1/(0,69*2*47E3*10E-6)= 1,54 Hz

cioè abbiamo cambiato la frequenza e i led lampeggeranno 1,5 volte al secondo.