Monostable Multi Vibrator
<طريقة التعلم الاستكشافي للمشكلة>
سؤال استفسار
"بعد تشغيل المفتاح باستخدام مزيج من مكثف واحد، واثنين من الترانزستورات، ومصباحين LED، ينطفئ أحد LED ويضيء الآخر، وبعد فترة، ينطفئ الضوء ويعود مصباح LED الأصلي المضاء. كيف يمكنني أن أفعل ذلك؟ جعلها تضيء؟"
المواضيع: "آلية تشغيل وإيقاف وإعادة إضاءة مصابيح LED باستخدام هزاز متعدد أحادي الاستقرار"
<قياس التغير في زمن إعادة الإضاءة>
الغرض: 1. ضبط وقت إعادة الإضاءة للتسبب في التشغيل والإيقاف والتشغيل باستخدام إجراء التحويل لترانزستور NPN.
2. عند تشغيل المفتاح، تزداد الإمكانات الأساسية لمصباح LED الآخر ويضيء، وينخفض الجهد الأساسي لمصباح LED واحد ويتم إيقاف تشغيل المفتاح.
3. افهم كيف أنه عند تشغيل المفتاح، يبدأ المكثف الموجود على الجانب المضاء بالشحن في نفس الوقت، وعندما يزيد الجهد، يتم تشغيل الترانزستور الموجود على جانب واحد ويضيء الضوء مرة أخرى.
خلفية معرفية):
1. اعتقدت أن سبب استخدام قيمة مقاومة كبيرة لـ R4 في هذه الدائرة هو زيادة الجهد الأساسي على جانب Tr2 عند تشغيل المفتاح، وبالتالي تشغيل مفتاح Tr2.
2. عند تشغيل الترانزستور، يتم شحن المكثف C من خلال R3 ويزداد الجهد VBE1.
3. يحدد وقت شحن المكثف C الوقت حتى يتم تشغيل Tr1 مرة أخرى.
(جعل المسألة ملموسة)
1. تأكد من ثبات قيم المقاومة R3 و R4 وأن زيادة السعة C تزيد من الوقت حتى يضيء المصباح من جديد، وتأكد من أن زمن شحن المكثف يتحكم في زمن إعادة الإشعال.
2. إذا أبقيت سعة C ثابتة وقمت بتغيير قيمة المقاومة R4، فإن الوقت حتى تضيء مرة أخرى يتغير، لذا تأكد من أن المكثف C يتم شحنه من خلال R4.
3. قم بتوصيل مصابيح LED إلى R5 وR4 وتحقق من المسار الذي يتم فيه إمداد الطاقة وشحنها.
(فرضية)
الحالة: عند تشغيل R5 بسبب تغير في الجهد الأساسي للترانزستور Tr2 المتصل بـ R5، يضيء LED2.
الحالة: أثناء تشغيل Tr2، يزداد الجهد B للترانزستور Tr1 بسبب شحن المكثف C عبر R4، ويتم تشغيل المفتاح مرة أخرى.
(التأكيد بالتجربة)
طريقة التحضير
مقياس متعدد رقمي، 2 ترانزستورات NPN (2SC1815)، مكثفات (100μF، 200μF، 300μF، 400μF)، مقاومات R1، R2 (120Ω)، R3 (200kΩ)، R4 (1kΩ، 10kΩ، 20kΩ، 51kΩ، 120kΩ، 200kΩ)) ، R5 (10Ω)، LED (أزرق، أزرق، أحمر، أصفر)، ساعة توقيت، لوحة تجارب، سلك توصيل، بطاريتان AA، علبة البطارية
طريقة
1. اضبط R1، R2 (120Ω)، R3 (200kΩ)، R5 (10Ω)، C (100μF) وقم بقياس وقت إعادة إضاءة LED1 عند تغيير R4.
2. اضبط R1 وR2 (120Ω) وR3 (200kΩ) وR4 (10kΩ) وR5 (10Ω) وقم بقياس وقت إعادة إضاءة LED عند تغيير C.
3. اضبط R1 وR2 (120Ω) وR3 (200kΩ) وR4 (10kΩ) وR5 (10Ω)، وقم بقياس تغير الجهد لـ VBE1 وVCE2 وVBE2 وVCE1 عندما يكون R5 في وضع إيقاف التشغيل.
4. اضبط R1 وR2 (120Ω) وR3 (200kΩ) وR4 (10kΩ)، وقم بقياس تغير الجهد لـ VBE1 وVCE2 وVBE2 وVCE1 عند تشغيل R5.
5. فهم كيفية عمل الهزاز المتعدد الأحادي الاستقرار.
نتيجة
دائرة 4 مصابيح LED كما هو موضح في الشكل.
باستخدام 120Ω لـ R1 وR2، و200kΩ لـ R3، و100μF لـ C، كان وقت إعادة الإضاءة عندما تم تغيير قيمة المقاومة R4 كما يلي.
باستخدام 120Ω لـ R1 وR2، و200kΩ لـ R3، و10kΩ لـ R4، كان وقت إعادة الإضاءة عند تغيير سعة C كما يلي.
اضبط R1 وR2 (120Ω) وR3 (200kΩ) وR4 (10kΩ) وR5 (10Ω)، وقم بقياس تغير الجهد لـ VBE1 وVCE2 وVBE2 وVCE1 عندما يكون R5 في وضع إيقاف التشغيل.
VCE1=0.15V، VBE1=0.63V، VCE2=0.53V، VBE2=0.15V، Tr1 في حالة التشغيل وTr2 في حالة إيقاف التشغيل.
عندما يتم تشغيل مفتاح R5، VBE2=0.78V، VCE2=0.026V، يتم تشغيل Tr2، لكنه يزيد إلى VCE1=0.75V، وينخفض VBE1 مرة واحدة إلى 0.14V، ويتم إيقاف تشغيل Tr1، ولكن C مثل يتم شحن الجهد، ويرتفع إلى 0.6 فولت ويتم تشغيل Tr1 مرة أخرى.
عندما يتم إيقاف تشغيل مفتاح R5 الخاص بـ Tr1، يتم توفير الجهد الأساسي من R4، وبالتالي يتم تشغيل مفتاح Tr1.
مفهوم دائرة الاهتزازات المتعددة غير المستقرة
بداية
افترض أنه عندما يكون المفتاح R5 في وضع إيقاف التشغيل، يتم توفير الجهد الأساسي من R4، ويتدفق IC1 عبر LED1، ويضيء LED1. عندما يتم تشغيل R5، يتم توفير الجهد الأساسي لـ Tr2 من R5، ويتم تشغيل Tr2، ويكون VCE2 0V. يصبح VBE1 أيضًا أصغر من 0.6V، ويتم إيقاف تشغيل Tr1. يبدأ شحن المكثف C2 من خلال R4.
عندما يتم شحن C2 ويصل VBE1 إلى 0.6 فولت، يتم تشغيل Tr1. عندما يتم تشغيل Tr1، يتدفق IC1 ويصبح VCE1 0، وبالتالي يصبح VBE2 0.6V أو أقل، لذلك يتم إيقاف تشغيل Tr2. قبل ذلك، عندما يتم إيقاف تشغيل R5، ينخفض الجهد الأساسي لـ Tr2، وينطفئ Tr2، ويتم تغذية VBE1 من خلال R4، ويتم تشغيل Tr1 مرة أخرى.
خاتمة
1. في الهزاز المتعدد الأحادي الاستقرار، يتم توفير الجهد الأساسي مبدئيًا من R4 إلى Tr1، وبالتالي يتم تشغيل مفتاح Tr1 في البداية.
2. بعد تشغيل R5، يتم تشغيل Tr2، ويتم شحن المكثف C من خلال R4، ويتم تحديد الوقت الذي يستغرقه الجهد الأساسي لـ TR1 للوصول إلى 0.6V مرة أخرى من خلال الجمع بين المقاوم R4 والمكثف C2. تم تأكيد هذا.
3. يتم توفير الجهد الأساسي لـ Tr2 من خلال المفتاح R5، لذلك إذا قمت بتحرير المفتاح، سيتم إيقاف تشغيل Tr2 حتى لو لم يصل جهد المكثف إلى 0.6 فولت، وسيتم توفير الجهد الأساسي لـ Tr1 من خلال R4. تم التأكيد على تشغيل Tr1 مرة أخرى.
مراجعة التعلم
○ النتائج والابتكارات
تم استخدام قيمة مقاومة عالية لـ R3 بحيث تم تطبيق جهد عالي على الجانب الأساسي لـ Tr2. ومن خلال توصيل مصابيح LED بـ R5 وR4، يمكن التحقق من الحالة الحالية بصريًا. من خلال تغيير حجم R4 وحجم C2، يختلف وقت إعادة الإضاءة، لذلك من المفهوم أن C2 وR4 يحددان وقت الشحن ووقت إعادة الإضاءة.
○ الفشل
لقد ارتكبت عدة أخطاء في فتحات الإدخال الموجودة على اللوح.
○اقتراح التحسين
إنها فكرة جيدة أن يكون لديك مشبك لدودة القز لتوفير الراحة أثناء القياس.
○ ما فهمته
لقد تمكنت من فهم كيفية تجميع دائرة لتشغيل ترانزستور واحد.
○ المهمة التالية
أنواع أخرى من الهزازات المتعددة
*****<طريقة تعلم الاستعلام عن المهام>***************************************
المواضيع [التكنولوجيا]
الموضوع <التحقيق والتخطيط> الغرض وجهة النظر: هدف التجربة/[التفكير]
الخلفية <المعرفة> المنظور: مسائل التعلم المسبق، والكتب المدرسية المرجعية، والمهام الملموسة، والفرضيات [المعرفة]
طريقة الإعداد <التحقيق والتخطيط> وجهات النظر: المخطط المفاهيمي، متغيرات القياس، خطة الاستفسار [التكنولوجيا]
النتائج/المناقشة <المعالجة والتقييم> وجهة النظر: النتائج ورسومها البيانية/صلاحية الفرضية/الاستنتاج/المناقشة [التكنولوجيا]
التفكير في التعلم (وجهات النظر: الإنجازات والجهود، أسباب الفشل، خطط التحسين، ما تم فهمه، المهام التالية) [الموقف]
تقرير [التكنولوجيا]
*************************************************************************************
<Problem exploratory learning method>
inquiry question
"After turning on a switch using a combination of one capacitor, two transistors, and two LEDs, one LED goes out and the other LED lights up, and after a while, the light goes out and the original lighted LED returns. How can I make it light up? ”
Topics: “Mechanism for turning on, turning off, and relighting LEDs using a monostable multivibrator”
<Measurement of change in relighting time>
Purpose: 1. Setting the re-lighting time to cause ON-OFF-ON using the switching action of an NPN transistor.
2. When the switch is turned on, the base potential of the other LED increases and it lights up, and the base voltage of one LED decreases and the switch is turned off.
3. Understand how when a switch is turned on, the capacitor on the side that is lit starts charging at the same time, and when the voltage increases, the transistor on one side is switched on and the light is lit again.
Background (knowledge):
1. I thought that the reason for using a large resistance value for R4 in this circuit is to increase the base voltage on the Tr2 side when the switch is turned on, thereby turning on the switch of Tr2.
2. When the transistor is switched on, capacitor C is charged through R3 and the VBE1 voltage increases.
3. The charging time of capacitor C determines the time until Tr1 is switched on again.
(Making the issue concrete)
1. Make sure that the resistance values of R3 and R4 are constant and that increasing the capacitance C increases the time until the lamp relights, and confirm that the charging time of the capacitor controls the relighting time.
2. If you keep the capacitance of C constant and change the resistance value R4, the time until it lights up again changes, so confirm that capacitor C is being charged through R4.
3. Connect LEDs to R5 and R4 and check the route where power is being supplied and charged.
(hypothesis)
Condition: When R5 is turned on due to a change in the base voltage of transistor Tr2 connected to R5, LED2 lights up.
Condition: While Tr2 is switched on, the B voltage of transistor Tr1 increases because capacitor C is charged through R4, and the switch is turned on again.
(Confirmation by experiment)
Preparation/method
Digital multimeter, 2 NPN transistors (2SC1815), capacitors (100μF, 200μF, 300μF, 400μF), resistors R1, R2 (120Ω), R3 (200kΩ), R4 (1kΩ, 10kΩ, 20kΩ, 51kΩ, 120kΩ, 200kΩ) ), R5(10Ω), LED(blue, blue, red, yellow), stopwatch, breadboard, jumper wire, 2 AA batteries, battery case
Method
1. Set R1, R2 (120Ω), R3 (200kΩ), R5 (10Ω), C (100μF) and measure the re-lighting time of LED1 when changing R4.
2. Set R1, R2 (120Ω), R3 (200kΩ), R4 (10kΩ), and R5 (10Ω) and measure the LED re-lighting time when C is changed.
3. Set R1, R2 (120Ω), R3 (200kΩ), R4 (10kΩ), and R5 (10Ω), and measure the voltage change of VBE1, VCE2, VBE2, and VCE1 when R5 is OFF.
4. Set R1, R2 (120Ω), R3 (200kΩ), and R4 (10kΩ), and measure the voltage change of VBE1, VCE2, VBE2, and VCE1 when R5 is turned on.
5. Understand how a monostable multivibrator works.
result
The circuit for 4 LEDs is as shown in the figure.
Using 120Ω for R1 and R2, 200kΩ for R3, and 100μF for C, the relighting time when the resistance value of R4 was changed was as follows.
Using 120Ω for R1 and R2, 200kΩ for R3, and 10kΩ for R4, the relighting time when changing the capacitance of C was as follows.
Set R1, R2 (120Ω), R3 (200kΩ), R4 (10kΩ), and R5 (10Ω), and measure the voltage change of VBE1, VCE2, VBE2, and VCE1 when R5 is OFF.
VCE1=0.15V, VBE1=0.63V, VCE2=0.53V, VBE2=0.15V, Tr1 is in ON state and Tr2 is in OFF state.
When the switch of R5 is turned on, VBE2=0.78V, VCE2=0.026V, Tr2 is turned on, but it increases to VCE1=0.75V, VBE1 once falls to 0.14V, and Tr1 is switched off, but C As the voltage is charged, it rises to 0.6V and Tr1 is switched on again.
When the R5 switch of Tr1 is turned off, the base voltage is supplied from R4, so the switch of Tr1 is turned on.
UnstableMultivibrator circuit concept
beginning
Assume that when R5 switch is OFF, base voltage is supplied from R4, IC1 is flowing through LED1, and LED1 is lit. When R5 is switched on, the base voltage of Tr2 is supplied from R5, Tr2 is turned on, and VCE2 is 0V. VBE1 also becomes smaller than 0.6V, and Tr1 is turned off. Capacitor C2 starts to be charged through R4.
When C2 is charged and VBE1 reaches 0.6V, Tr1 turns ON. When Tr1 turns on, IC1 flows and VCE1 becomes 0, so VBE2 becomes 0.6V or less, so Tr2 is switched off. Before that, when R5 is switched off, the base voltage of Tr2 decreases, Tr2 turns OFF, VBE1 is supplied through R4, and Tr1 turns ON again.
conclusion
1. In a monostable multivibrator, the base voltage is initially supplied from R4 to Tr1, so the switch of Tr1 is initially turned ON.
2. After R5 is turned on, Tr2 is turned on, capacitor C is charged through R4, and the time it takes for TR1's base voltage to reach 0.6V again is determined by the combination of resistor R4 and capacitor C2. This was confirmed.
3. The base voltage of Tr2 is supplied through the switch R5, so if you release the switch, Tr2 will be turned off even if the capacitor voltage has not reached 0.6V, and the base voltage of Tr1 will be supplied through R4. It was confirmed that Tr1 was turned ON again.
Review of learning
○Results and innovations
A high resistance value was used for R3 so that a high voltage was applied to the base side of Tr2. By connecting LEDs to R5 and R4, the current status could be visually checked. By changing the size of R4 and the size of C2, the relighting time is different, so it was understood that C2 and R4 determine the charging time and the relighting time.
○Failure
I made several mistakes with the insertion holes on the breadboard.
○Improvement proposal
It is a good idea to have a bagworm clip for convenience during measurement.
○What I understood
I was able to understand how to assemble a circuit to turn on one transistor.
○Next task
Other types of multivibrators
*****<Task inquiry learning method>*************************************
Topics [Technology]
Theme <Investigation and Planning> Purpose Viewpoint: Aim of the experiment/[Thinking]
Background <Knowledge> Perspective: Prior learning matters, reference textbooks, concrete assignments, hypotheses [Knowledge]
Preparation/Method <Investigation and Planning> Viewpoints: Conceptual Diagram, Measurement Variables, Inquiry Plan [Technology]
Results/Discussion <Processing and Evaluation> Viewpoint: Results and their graphing/Validity of hypothesis/Conclusion/Discussion [Technology]
Reflection on learning (perspectives: achievements and efforts, causes of failure, improvement plans, what was understood, next tasks) [Attitude]
Report [Technology]
************************************************** ********************
<課題探究的学習手法>
探究の問い
『コンデンサー1個とトランジスタ2個とLED2個を組み合わせてスイッチを入れたあと, 1個のLEDが消えてもう1個のLEDが点灯し, しばらくするとその点灯が消え, 元の点灯していたLEDが点灯するにはどうすればよいだろうか？』
トピックス『単安定マルチバイブレータを用いたLEDの点灯, 消灯, 再点灯の仕組み』
<再点灯時間の変化の測定>
目的: 1. NPN型トランジスタのスイッチング作用を利用してON-OFF-ONを起こす再点灯時間の設定。
2. スイッチが入って他方のベース電位が大きくなり点灯し, 一方のLEDはベース電圧が下がってスイッチが切れる。
3. スイッチが入ると, 同時に点灯している側のコンデンサーの充電が始まり, 電圧が上がると一方のトランジスタのスイッチが入って再び点灯する仕組みを理解する。
背景（知識）:
1. この回路でR4に大きな抵抗値を使っているのは,スイッチを入れたときのTr2側のベース電圧を上げて, Tr2のスイッチをONにするためと考えた。
2. トランジスタのスイッチが入った時, R3を通じてコンデンサーCが充電されVBE1電圧は上がっていく。
3. コンデンサーCの充電時間が, Tr1の再スイッチが入るまでの時間を決定する。
（課題の具体化）
1. R3, R4の抵抗値を一定にし, 容量Cを大きくすると再点灯までの時間が大きくなることを確認し, コンデンサーの充電時間が再点灯時間を制御していることを確認する。
2. Cの容量を一定にして, 抵抗値R4を変化させると再点灯までの時間が変化することから, R4を通じてコンデンサーCが充電されていることを確かめる。
3. R5, R4にLEDを接続し, 給電, 充電が行われている経路を確認をする。
(仮説)
条件: R5の接続しているトランジスタTr2のベース電圧の変化のためにR5のスイッチを入れると, LED2の点灯が起きる。
条件:Tr2のスイッチが入っている間, コンデンサーCがR4を通じて充電されるためにトランジスタTr1のB電圧が上がり, スイッチが再びONとなる。
(実験での確認)
準備・方法
デジタルマルチメータ, NPN型トランジスタ(2SC1815)2個, コンデンサー (100μF, 200μF, 300μF, 400μF) , 抵抗R1,R2(120Ω), R3(200kΩ),R4(1kΩ, 10kΩ, 20kΩ, 51kΩ, 120kΩ, 200kΩ ), R5(10Ω), LED(青, 青, 赤, 黄), ストップウォッチ,ブレッドボード, ジャンパー線, 単３乾電池２本, 乾電池ケース
方法
1. R1,R2(120Ω), R3(200kΩ), R5(10Ω), C(100μF)とし, R4を変化させたときの、LED1の再点灯時間を測定する。
2. R1,R2(120Ω), R3(200kΩ), R4(10kΩ), R5(10Ω)とし, Cを変化させたときのLEDの再点灯時間を測定する。
3. R1,R2(120Ω), R3(200kΩ), R4(10kΩ), R5(10Ω)とし, R5のスイッチがOFFのときの, VBE1, VCE2, VBE2, VCE1の電圧変化を測定する。
4. R1,R2(120Ω), R3(200kΩ), R4(10kΩ)とし, R5のスイッチがONのときの, VBE1, VCE2, VBE2, VCE1の電圧変化を測定する。
5. 単安定マルチバイブレータの動作の仕組みを理解する。
結果
4LEDのときの回路は図のようである。
R1, R2に120Ω, R3に200kΩ, Cに100μFを用い,R4の抵抗値を変えたときの再点灯時間は次のようであった。
R1, R2に120Ω, R3に200kΩ, R4に10kΩを用い, Cの容量を変えたときの再点灯時間は次のようであった。
R1,R2(120Ω), R3(200kΩ), R4(10kΩ), R5(10Ω)とし, R5のスイッチがOFFのときの, VBE1, VCE2, VBE2, VCE1の電圧変化を測定する。
VCE1=0.15V, VBE1=0.63V, VCE2=0.53V, VBE2=0.15V であり, Tr1はON状態, Tr2はOFF状態である。
R5のスイッチONにすると, VBE2=0.78V, VCE2＝0.026Vとなり, Tr2はONとなるが, VCE1=0.75Vに上がり, VBE1はいったん, 0.14Vに下がり, Tr1はスイッチOFFとなるが, Cの充電に伴い, 0.6Vまで上がってきて, Tr1は再びスイッチが入る。
Tr1はR5スイッチを切れば, R4からベース電圧が供給されるので, Tr1のスイッチはONとなる。
UnstableMultivibratorの回路の考え方
初め
R5スイッチOFFで, R4からベース電圧が供給され, LED1がIC1が流れ, 点灯しているとする。R5のスイッチを入れdると, R5からTr2のベース電圧が供給され, Tr2はONとなり, VCE2は0V. VBE1も0.6Vより小さくなり, Tr1はOFF. コンデンサーC2はR4を通じて充電され始める。
C2が充電され, VBE1が0.6Vになると, Tr1がONとなる。 Tr1がONになると, IC1が流れ, VCE1が0となるので, VBE2が0.6V以下となるので, Tr2のスイッチが切れる。その前に, R5のスイッチを切ると, Tr2のベース電圧は下がり, Tr2はOFFとなり, VBE1がR4を通じて供給され, Tr1は再びONとなる。
結論
1. 単安定マルチバイブレータでは, 初めR4からTr1にベース電圧が供給されるので, Tr1のスイッチは初め, ONになる。
2. R5のスイッチを入れたあとは, Tr2のスイッチがONとなり, R4を通じてコンデンサーCが充電され, 再びTR1のベース電圧が0.6Vに達するまでの時間は, 抵抗R4とコンデンサーC2の組み合わせで決まることが確かめられた。
3. Tr2のベース電圧は, R5のスイッチを通じて供給されているので, スイッチを離せば, コンデンサーの電圧が, 0.6Vに達してなくても, Tr2がOFFとなり, R4を通じてTr1のベース電圧が供給されTr1は再びONとなることが確認できた。
学習の振り返り
○成果と工夫
R3に大きな抵抗値を用いTr2のベース側に高い電圧がかかるようにした。R5とR4にもLEDを接続することで, 電流状態が目視できた。R4の大きさを変えること, C2の大きさを変えることで, 再点灯時間が違うことから, C2とR4が充電時間を決定し, 再点灯時間を決定していることが理解できた。
○失敗
ブレッドボードの差し穴のミスが何度かあった。
○改善案
測定時の便宜のためにミノムシクリップがあると良い。
○理解できたこと
一方のTrをONにするための回路の組み立てを理解できた。
○次の課題
他のタイプのマルチバイブレータ
*****<課題探究的学習手法>**************************************************
トッピクス[技術]
テーマ＜探究と計画＞目的 観点:実験のねらい・[思考]
背景＜知識＞観点:先行学習事項・参考教科書・課題の具体化・仮説[知識]
準備・方法＜探究と計画＞観点：概念図・測定変数・探究計画[技術]
結果・考察＜処理と評価＞観点：結果とそのグラフ化・仮説の妥当性・結論・考察[技術]
学習の振り返り(観点：成果と工夫、失敗の原因、改善案、理解できたこと、次の課題)[態度]
報告[技術]
**********************************************************************
[参考]
Doug Mercer, Antoniu Mictaus "ADALM2000 Activity : BJT Multivibrators" ADI, Jul(2022)
https://www.analog.com/en/analog-dialogue/studentzone/studentzone-july-2022.html