Astabile con BJT

Descrizione

Questo progetto è un multivibratore astabile a due transistor costruito con due transistor NPN BC547C, due LED, due condensatori e alcune resistenze. Il circuito accende e spegne automaticamente i due LED alternativamente, creando un semplice effetto di luce lampeggiante senza usare Arduino o alcun microcontrollore. I due transistor si accendono e si spengono continuamente a vicenda attraverso i condensatori collegati incrociati, producendo un circuito auto-oscillante. Questo progetto è utile per imparare la commutazione dei transistor, la carica e la scarica dei condensatori, il feedback, le reti di temporizzazione e il principio di funzionamento di base di un oscillatore astabile.

Componenti necessari:

• 2x Transistor BC547C (o altri NPN adatti come il 2N2222)
• 2x Resistore da 10kΩ
• 2x Resistore da 330Ω
• 2x Condensatore da 10uF
• 2x LED

Schema:

Come funziona:

Questo circuito è un classico multivibratore astabile. La parola astabile significa che il circuito non ha nessuno stato stabile permanente. Invece, cambia continuamente tra due stati temporanei: prima un LED è acceso e l’altro è spento, poi si scambiano.

I due transistor BC547C lavorano come interruttori elettronici. I loro emettitori sono collegati a GND, i loro collettori sono collegati ai LED e le loro basi ricevono segnali di controllo attraverso la rete di temporizzazione.

Ogni LED ha una resistenza da 330 ohm in serie con esso. Queste resistenze limitano la corrente che scorre attraverso i LED e proteggono sia i LED sia i transistor.

Quando un transistor si accende, la corrente scorre da VCC, attraverso la resistenza da 330 ohm, attraverso il LED, attraverso il percorso collettore-emettitore del transistor e infine a massa. Questo fa accendere quel LED.

Quando quel transistor si spegne, il percorso della corrente viene interrotto, quindi il LED corrispondente si spegne.

Le due resistenze da 10k collegano le basi dei transistor a VCC. Il loro lavoro è caricare lentamente i condensatori e fornire corrente di base ai transistor. Senza queste resistenze, i transistor non riceverebbero la polarizzazione corretta per riavviare il ciclo di commutazione.

I due condensatori da 10uF sono collegati incrociati tra il collettore di un transistor e la base del transistor opposto. Questo accoppiamento incrociato è la parte più importante del circuito, perché fa influenzare ogni transistor l’altro.

Quando viene applicata l’alimentazione, entrambi i lati sono quasi simmetrici, ma a causa di piccole differenze del mondo reale un transistor si accende leggermente più velocemente dell’altro. Per esempio, se il transistor sinistro si accende per primo, il LED sinistro si accende e la tensione del collettore sinistro scende rapidamente verso massa.

Questa caduta improvvisa di tensione viene trasferita attraverso il condensatore collegato alla base opposta. Di conseguenza, la base del transistor destro viene tirata bassa, mantenendo il transistor destro spento. Quindi, mentre il LED sinistro è acceso, il LED destro è spento.

Dopo ciò, il condensatore collegato alla base del transistor destro inizia a caricarsi lentamente attraverso la sua resistenza da 10k. Man mano che il condensatore si carica, la tensione sulla base del transistor destro aumenta gradualmente.

Quando la tensione della base destra diventa abbastanza alta, di solito intorno a 0.6V a 0.7V per un transistor al silicio, il transistor destro inizia a condurre. Il LED destro si accende e la tensione del collettore destro scende improvvisamente.

Questa caduta improvvisa viene trasferita attraverso l’altro condensatore alla base del transistor sinistro, tirandola bassa e spegnendo il transistor sinistro. Ora il LED destro è acceso e il LED sinistro è spento.

Lo stesso processo poi si ripete nella direzione opposta. Il condensatore sulla base sinistra si carica lentamente attraverso la sua resistenza da 10k finché il transistor sinistro si accende di nuovo, commutando il circuito di nuovo al primo stato.

La velocità di lampeggio è determinata principalmente dalle resistenze da 10k e dai condensatori da 10uF. Condensatori più grandi o resistenze di base più grandi rendono il processo di carica più lento, quindi i LED lampeggiano più lentamente. Condensatori più piccoli o resistenze più piccole rendono il lampeggio più veloce.

In questo circuito, entrambi i lati usano gli stessi valori, quindi i due LED dovrebbero lampeggiare con una temporizzazione approssimativamente uguale. Tuttavia, poiché i componenti reali hanno tolleranze, un lato può restare acceso leggermente più a lungo dell’altro.

I condensatori elettrolitici devono essere collegati con la polarità corretta. In questo tipo di circuito, i loro lati positivi sono solitamente collegati verso i lati dei collettori dei transistor, mentre gli altri lati vanno verso le basi dei transistor opposti.

Nel complesso, il circuito funziona usando due transistor che disabilitano e abilitano continuamente l’un l’altro attraverso i condensatori. Questo crea un effetto di lampeggio alternato automatico usando solo componenti analogici.

Per sperimentare, la frequenza di lampeggio può essere cambiata sostituendo le resistenze da 10k con valori più alti o più bassi, oppure cambiando i condensatori da 10uF. Un potenziometro può anche essere aggiunto per rendere la velocità di lampeggio regolabile.

Formula della frequenza:

Per il circuito simmetrico (il lato destro è uguale a quello sinistro):

Per il circuito non simmetrico:

Immagine dell'onda quadra:

Nella foto sono mostrate due onde quadre, una gialla e una blu, che rappresentano i rispettivi segnali di pilotaggio dei due LED.

Video dimostrazione: