BJT Kararsız (Astable) Multivibratör LED Flaşörü

Açıklanan başlangıç olası bir senaryodur; her bileşen, besleme yükselmesi veya sıcaklık için garanti değildir. Aşağıdaki basamak örneklerinde VBE, VCE(sat), VF ve başlangıç gerilimleri kabuldür; bilgi formundaki test akımına ait VF bu devrede ölçülmüş gerilim düşümü değildir. Üstel bağıntı kapasitörün karşı ucunda sabit gerilim ve ihmal edilebilir beyz akımı kabul eder.

DC güç bağlantısı yapıldığında (VCC = 5.0 V nominal), C1 ve C2 zamanlama kapasitörleri başlangıçta şarjsızdır. Beyz yukarı çekme dirençleri R2 ve R3, VCC kaynağından Q1 ve Q2 transistörlerinin beyzlerine şarj akımı iletir. Tamamen özdeş bileşenlere sahip ve gürültüsüz ideal matematiksel bir devrede her iki transistör de simetrik bir dengeye doğru eşit şekilde iletime geçerdi. Gerçek fiziksel devrelerde ise beyz-emetör eşik gerilimindeki (VBE), akım kazancındaki (hFE) ve direnç toleranslarındaki mikroskobik farklılıklar, güç kaynağının yükselme süresi ve ortamdaki termal gürültüyle birleşerek simetriyi bozabilir; böylece transistörlerden biri (örneğin Q1) diğerine göre biraz daha hızlı iletime başlar. Rejeneratif geri besleme bu dengesizliği derhal hızlandırır: Q1 iletime geçtikçe kollektör gerilimi düşer, C1 üzerinden Q2 beyzine negatif bir potansiyel iletir, Q2'yi kesin bir şekilde kesime sokar ve periyodik salınım döngüsünü başlatır.

Aşağıda yerleşmiş salınım için öğretici bir basamak modeli verilir; ölçülmüş dalga biçimi değildir. İletimdeki kollektör gerilimi sabit, örnek VBE ve VCE(sat) değerleri sabit, beyz yüklemesi ihmal edilebilir ve kesimdeki kollektör gerilimi belirtilen değer olarak kabul edilir. Son değer gerçekte LED akımına ve kapasitörün toparlanmasına bağlıdır. Genel anlık ilişki: VB(after) = VB(before) + VC(after) − VC(before).

Periyodik çalışma sağlandıktan sonra her durum geçişi tanımlanmış bir kararlı döngü başlangıç durumundan gerçekleşir. Q1 iletime geçmeden hemen önce Q2 doyumda iletimdedir (VB2(0-) ≈ VBE(on) ≈ 0.7 V) ve Q1 kesimdedir, kollektörü yaklaşık (VCC - VF(D1)) seviyesindedir. Q1 hızla doyuma ulaştığında kollektör gerilimi VCE(sat) ≈ 0.15 V - 0.2 V seviyesine hızla düşer. C1 zamanlama kapasitörü üzerindeki yük aniden değişemeyeceğinden yük sürekliliği Q2 beyz gerilimini belirler:

Kabul edilen parametrelerle yapılan örnek bir basamak hesaplamasında (VCC = 5.0 V, kırmızı LED VF(D1) ≈ 1.9 V, VCE(sat) ≈ 0.2 V, VBE(on) ≈ 0.7 V), kollektör gerilim adımı ΔVC ≈ 2.9 V olur ve C1 üzerinden aktarılarak VB2(0+) değerini yaklaşık -2.2 V negatif seviyeye çeker. Bu negatif potansiyel Q2'nin beyz-emetör jonksiyonunu ters kutuplar, transistörü derin kesime sokar ve mavi LED D2'yi söndürür; bu sırada Q1 iletimde kalarak kırmızı LED D1'i aydınlatır.

Q2 kesimde kaldığı sürece kollektör düğümü R4 ve D2 üzerinden VCC potansiyeline çekilir ve C2'nin kollektör plakası yeniden şarj edilir. Q1'i doyumda tutmak için gerekli sürekli DC beyz akımı doğrudan VCC kaynağından R2 yukarı çekme direnci üzerinden sağlanır (IB1 ≈ (VCC - VBE(on)) / R2). Eşzamanlı olarak, negatif ucu Q2 beyzine bağlı olan C1 zamanlama kapasitörü negatif potansiyelini boşaltır ve R3 (47 kΩ) beyz direnci üzerinden +VCC yönünde yeniden şarj olur. Q2 beyzindeki anlık gerilim üstel eğriyi izler:

Transistör Q2, VB2(t) gerilimi başlangıçtaki negatif değerinden ileri iletim eşiği olan VBE(on) ≈ 0.65 V - 0.70 V seviyesine ulaşana kadar tüm aralık boyunca kesimde kalır. VB2(T1) = VBE(on) denkleminin çözümü kesim süresini verir:

VB2(t) gerilimi VBE(on) değerine ulaştığında Q2 transistörü beyz akımı iletmeye başlar. Rejeneratif çapraz bağlantı Q2'yi hızla doyuma ulaştırır. Q2'nin kollektörü (VCC - VF(D2)) seviyesinden VCE(sat) ≈ 0.2 V değerine düşerken bu negatif gerilim adımı C2 kapasitörü üzerinden Q1 beyzine iletilir:

Mavi LED D2 için (örnek kabul VF(D2) ≈ 3.3 V), ΔVC ≈ (5.0 - 3.3) - 0.2 = 1.5 V kollektör adımı VB1(0+) gerilimini yaklaşık 0.7 V - 1.5 V = -0.8 V seviyesine düşürür, Q1'i kesime sokar ve kırmızı LED D1'i söndürür; bu sırada Q2 iletime geçerek mavi LED D2'yi aydınlatır.

Q1 transistörü, C2 kapasitörü R2 (47 kΩ) beyz direnci üzerinden +VCC yönünde yeniden şarj olurken kesimde tutulur. Q2 için sürekli beyz akımı VCC kaynağından R3 üzerinden sağlanır. Beyz gerilimi VB1(t), VBE(on) seviyesine ulaşana kadar üstel olarak yükselir, Q1'i tekrar iletime geçirir ve döngüyü yeniden başlatır.

Standart idealleştirilmiş ders kitabı analizinde diyot ileri gerilim düşümleri ve transistör doyum gerilimleri ihmal edilir (VB(0+) ≈ -VCC, VBE(on) ≈ 0). Bu ideal referans kabulleri altında yarı periyot denklemleri şu biçime sadeleşir:

Simetrik bileşenler için (R2 = R3 = 47 kΩ, C1 = C2 = 10µF), bu ideal ders kitabı referansı %50 görev döngüsü ile T ≈ 1.386 · R · C ≈ 0.651 s (f ≈ 1.535 Hz) verir. Gerçek devrelerde eşit olmayan LED ileri gerilimleri (VF(D1) ≠ VF(D2)), RC üzerinden sonlu kollektör toparlanma süresi ve bileşen toleransları geçiş eşiklerini değiştirir. Fiziksel dalga formu zamanlamasının kesin tahmini, tam geçici durum simülasyonu veya laboratuvarda osiloskop ölçümü gerektirir.