DividerMultivibrator
<طريقة التعلم الاستكشافي للمشكلة>
سؤال استفسار
"من خلال الجمع بين ترانزستورين وأربعة مصابيح LED ومفتاح تشغيل/إيقاف على مدار الساعة، عندما تسقط الساعة، يضيء أحد مصابيح LED وينطفئ مصباح LED الآخر. وعندما تسقط الساعة التالية، ينطفئ مؤشر LED1. لذا، كيف يمكنني إنشاء مصباح LED واحد؟ الدائرة التي تضيء LED2؟"
المواضيع: "آلية دائرة تستخدم هزازًا متعددًا لإخراج ضعف دورة الإدخال"
<شروط تحميل البيانات>
الغرض:
1. إعداد دائرة تستخدم عملية التبديل لترانزستور NPN لالتقاط مدخلات الساعة في كل دورة أخرى.
2. فهم شروط الدائرة التي تلتقط حالة الساعة عند الحافة الساقطة للساعة.
خلفية معرفية):
1. في هذه الدائرة، عندما يتم تشغيل Tr1، يصبح الجهد الأساسي لـ Tr2 L وينطفئ Tr2.
2. في هذه الدائرة، عندما يتم تشغيل Tr2، يصبح الجهد الأساسي لـ Tr1 L ويتم تشغيل Tr1.
(جعل المسألة ملموسة)
1. تحقق مما يحدث لتشغيل/إيقاف تشغيل LED1 وLED2 عند تغيير الإدخال P إلى HLHLHLH.
2. تحقق من العملية باستخدام مصابيح LED لـ D1 وD2.
(فرضية)
الحالة: عندما تكون P هي L، إذا كان D1 أو D2 متحيزًا في الاتجاه القريب، فإن VBE للترانزستور المتصل بالدائرة يتغير، مما يسبب تغييرًا في إضاءة LED.
(أكده بالتجربة)
طريقة التحضير
مقياس رقمي متعدد، 2 ترانزستورات NPN (2SC1815)، مقاومات R1، R2 (1kΩ)، R3، R4 (51kΩ)، R5، R6 (200kΩ)، D1، D2 LED (أحمر)، LED1، LED2 (أزرق)، ساعة توقيت، لوحة تجارب ، سلك توصيل، بطاريتان AA، علبة البطارية
طريقة
1. تحقق من كيفية وميض LED1 وLED2 عند تغيير إدخال P إلى HLHLH.
2. تحقق من كيفية وميض LED1 وLED2 عند تغيير إدخال P إلى LHLHL.
3. فهم كيفية عمل دائرة مقسم متعدد الهزاز.
نتيجة
تظهر الدائرة عند استخدام 4 مصابيح LED في الشكل.
عندما تم توصيل P بـ 3.0V (1) و0V (0)، كانت حالات التشغيل والإيقاف للإخراج LED1 وLED2 كما يلي.
عندما يكون دخل P هو L، وعندما يكون LED1 في وضع إيقاف التشغيل وLED2 في وضع التشغيل، يكون VBE1 لـ Tr1 0.03 فولت، وVCE1 0.62 فولت، وVBE2 لـ Tr2 0.59 فولت، وVCE2 0.24 فولت.
عندما يكون دخل P هو H، وLED1 قيد التشغيل، وLED2 في وضع إيقاف التشغيل، يكون VBE1 لـ Tr1 0.59 فولت، وVCE1 0.18 فولت، وVBE2 لـ Tr2 0.14 فولت، وVCE2 0.62 فولت.
ومع ذلك، في هذه الحالة، لا تنعكس التغييرات في دورة الساعة على الخرج، ولا يتم تحقيق دائرة مقسم التردد. لذلك، قمنا بضبط سرعة التغيير لـ P على حوالي 0.5 ثانية لجعلها تتغير بسرعة. وبعد تكرار ذلك لفترة من الوقت، يتم إنشاء تقسيم التردد.
استجابة لتغيرات الساعة، حقق L1 خرج H في ضعف وقت P.
مفهوم دائرة الهزاز المتعدد Dfripfrop
بداية
تم ضبط الإدخال P على 1. افترض أنه يتم إمداد الجهد الأساسي من R4، ويتدفق IC1 إلى LED1، ويضيء. عندما يتم ضبط دخل P على 0، يتم توفير الجهد الأساسي لـ Tr2 ويتم تشغيل Tr2.
وحتى لو أصبح P 1 مرة أخرى، فإن الوضع لا يتغير. عندما تصبح P 0، يتم توصيل الدائرة من خلال D2 ويضيء LED2.
وحتى لو أصبح P 1 مرة أخرى، فإن الوضع لا يتغير. عندما تصبح P 0، يتم توصيل الدائرة من خلال D2 ويضيء LED2.
وحتى لو أصبح P 1 مرة أخرى، فإن الوضع لا يتغير. عندما تصبح P 0، يتم توصيل الدائرة من خلال D1 ويضيء LED1.
لا يتغير الوضع حتى لو تم ضبط P على 1.
فيما يلي مثال على إدخال P يدويًا.
انظر الوضع الفعلي.
عندما يتغير P من H إلى N، L، ثم H
(1)P:1: L1:0 L2:1 (2)P:N: L1:0 L2:1
(3)P:0, L1:0, L2:0 (4)P:1 L1:1, L2:0
يكون الإخراج عندما يكون الإدخال P 1 هو L1 بشكل أساسي، والإخراج عندما يكون الإدخال P 0 هو L2 بشكل أساسي.
ومع ذلك، عندما يتغير مدخل P في فترة زمنية قصيرة، فإنه يتغير من L1 إلى L2 ثم يعود إلى L1 عندما يكون P 1.
خلال هذا الوقت، عندما تم سحب P وكان P N، لم يتغير، وعندما تم تغييره إلى L، حدث موقف غير محدد لكل من L1 وL2، وعندما كان P H مرة أخرى، تغيرت الإضاءة من L1 إلى L2.
خاتمة
1. في دائرة مقسم التردد متعدد الهزاز، من الضروري مراعاة معدل تغير المدخلات P.
2. عندما يتعلق الأمر بالمكثفات، من الضروري التفكير بعناية في مقدار السعة المناسبة لدرجة تغير وقت الإدخال.
3. لقد أظهرنا الظاهرة أنه عندما يتغير المدخل P من H إلى H التالي، يتغير الإخراج من L1 إلى L2.
4. لا تتغير حالة الإخراج بينما يتغير الإدخال P من H إلى N إلى L.
مراجعة التعلم
○ النتائج والابتكارات
تم ضبطها بحيث تبقى العلاقة التالية: R1، R2< R3، R4 <R5، R6.
تم استخدام الصمام الثنائي الباعث للضوء بدلاً من الصمام الثنائي بحيث يمكن ملاحظة التدفق الأمامي للصمام الثنائي بصريًا.
○ الفشل
عندما تم تغيير الإدخال P ببطء، كانت هناك حالات لم يتم فيها تبديل Tr1 وTr2.
عند قياس الجهد، يتغير مؤشر LED أحيانًا بين التشغيل والإيقاف عند لمس مسبار القياس، لذلك قمنا بقياسه في ظروف لم يحدث فيها أي تغيير.
○اقتراح التحسين
يتم تقسيم وتسجيل سرعة تغيير الإدخال P، ويمكن تحديد أسباب تغيرات الإخراج بسبب الاختلافات في سرعة تغيير الإدخال P.
○ ما فهمته
كان من المفهوم أنه في دائرة مقسم التردد متعدد الهزاز، يصبح التغيير في ساعة دخل P 1/2 التغيير في خرج LED.
○ المهمة التالية
قم بإنشاء مخرجات للإدخال باستخدام عناصر أخرى غير مصابيح LED
*****<طريقة تعلم الاستعلام عن المهمة>*************************************** ** **********
المواضيع [التكنولوجيا]
الموضوع <التحقيق والتخطيط> الغرض وجهة النظر: هدف التجربة/[التفكير]
الخلفية <المعرفة> المنظور: مسائل التعلم المسبق، الكتب المدرسية المرجعية، تفاصيل المهام، الفرضيات [المعرفة]
طريقة الإعداد <التحقيق والتخطيط> وجهات النظر: المخطط المفاهيمي، متغيرات القياس، خطة البحث [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]
***************************************************************************************************
DividerMultivibrator
<Problem exploratory learning method>
inquiry question
"By combining two transistors, four LEDs, and an ON-OFF clock switch, when the clock falls, one LED lights up and the other LED goes out. When the next clock falls, LED1 goes out. So, how can I create a circuit that lights up LED2? ”
Topics: "Mechanism of a circuit that uses a multivibrator to output at twice the input cycle"
<Data loading conditions>
the purpose:
1. Setting up a circuit that uses the switching action of an NPN transistor to catch clock input every other cycle.
2. Understand the conditions for a circuit that catches the clock status at the falling edge of the clock.
Background (knowledge):
1. In this circuit, when Tr1 turns on, the base voltage of Tr2 becomes L and Tr2 turns off.
2. In this circuit, when Tr2 turns ON, the base voltage of Tr1 becomes L and Tr1 turns ON.
(Making the issue concrete)
1. Check what happens to ON/OFF of LED1 and LED2 when the P input is changed to HLHLHLH.
2. Check the operation using LEDs for D1 and D2.
(hypothesis)
Condition: When P is L, if D1 or D2 is biased in the near direction, the VBE of the transistor connected to the circuit changes, causing a change in the lighting of the LED.
(confirmed by experiment)
Preparation/method
Digital multimeter, 2 NPN transistors (2SC1815), Resistors R1, R2 (1kΩ), R3, R4 (51kΩ), R5, R6 (200kΩ), D1, D2 LED (red), LED1, LED2 (blue), Stopwatch, breadboard, jumper wire, 2 AA batteries, battery case
Method
1. Check how LED1 and LED2 blink when the P input is changed to HLHLH.
2. Check how LED1 and LED2 blink when the P input is changed to LHLHL.
3. Understand how a multivibrator divider circuit works.
result
The circuit when using 4 LEDs is shown in the figure.
When P was connected to 3.0V (1) and 0V (0), the ON and OFF states of output LED1 and LED2 were as follows.
When the P input is L, when LED1 is OFF and LED2 is ON, VBE1 of Tr1 is 0.03V, VCE1 is 0.62V, VBE2 of Tr2 is 0.59V, and VCE2 is 0.24V.
When the P input is H, LED1 is ON, and LED2 is OFF, VBE1 of Tr1 is 0.59V, VCE1 is 0.18V, VBE2 of Tr2 is 0.14V, and VCE2 is 0.62V.
However, in this case, changes in the clock cycle are not reflected in the output, and a frequency divider circuit is not realized. Therefore, we set the change speed of P to about 0.5 seconds to make it change quickly. After repeating this for a while, frequency division is established.
In response to clock changes, L1 achieved H output in twice the time of P.
Dfripfrop Multivibrator circuit concept
beginning
P input is set to 1. Assume that base voltage is supplied from R4, IC1 flows to LED1, and it lights up. When the P input is set to 0, the base voltage of Tr2 is supplied and Tr2 is turned on.
Even if P becomes 1 again, the situation does not change. When P becomes 0, the circuit is connected through D1 and LED1 lights up.
Even if P becomes 1 again, the situation does not change. When P becomes 0, the circuit is connected through D2 and LED2 lights up.
Even if P becomes 1 again, the situation does not change. When P becomes 0, the circuit is connected through D1 and LED1 lights up.
The situation does not change even if P is set to 1.
The following is an example of actually inputting P manually.
See the actual situation.
When P changes from H to N, L, and then H
(1)P:1: L1:0 L2:1 (2)P:N: L1:0 L2:1
(3)P:0, L1:0, L2:0 (4)P:1 L1:1, L2:0
The output when the P input is 1 is basically L1, and the output when the P input is 0 is basically L2.
However, when the input of P changed in a short period of time, it changed from L1 to L2 and then back to L1 when P was 1.
During this time, when P was pulled out and P was N, it did not change, and when it was changed to L, an undefined situation occurred for both L1 and L2, and when P was H again, the lighting changed from L1 to L2.
conclusion
1. In the multivibrator frequency divider circuit, it is necessary to consider the rate of change of the P input.
2. When it comes to capacitors, it is necessary to carefully consider how much capacitance is appropriate for the degree of input time change.
3. We showed the phenomenon that when the P input changes from H to the next H, the output changes from L1 to L2.
4. The output status does not change while the P input changes from H to N to L.
Review of learning
○Results and innovations
It was set so that the following relationship holds: R1, R2< R3, R4 <R5, R6.
A light emitting diode was used instead of a diode so that the forward flow of the diode could be visually observed.
○Failure
When the P input was changed slowly, there were cases where Tr1 and Tr2 did not switch.
When measuring voltage, the LED sometimes changes between ON and OFF when the measurement probe is touched, so we measured it under conditions where no change occurred.
○Improvement proposal
The P input change speed is divided and recorded, and the causes of output changes due to differences in the P input change speed can be determined.
○What I understood
It was understood that in the multivibrator frequency divider circuit, the change in the clock of the P input becomes 1/2 the change in the LED output.
○Next task
Generate output for input using elements other than LEDs
*****<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, specifics of assignments, hypotheses [Knowledge]
Preparation/Method <Investigation and Planning> Viewpoints: Conceptual Diagram, Measurement Variables, Research 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]
************************************************** *****************
DividerMultivibrator
<課題探究的学習手法>
探究の問い
『トランジスタ2個, LED4個, ON-OFFのクロックスイッチを組み合わせて, クロックが立ち下がったとき, 一方のLEDが点灯し, 他方のLEDが消灯する, 次のクロックの立ち下がりで, LED1が消灯し, LED2が点灯する回路を作るにはどうすればよいだろうか？』
トピックス『マルチバイブレータを用いて入力周期の2倍の周期で出力する回路の仕組み』
<データ読み込みの条件>
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クロック入力を1周期おきにキャッチする回路の設定。
2. クロックの立ち下がりで, クロックの状況をキャッチする回路の条件を理解する。
背景（知識）:
1. この回路でTr1ONになるとTr2のベース電圧はLとなり, Tr2はOFFとなる。
2. この回路でTr2ONになるとTr1のベース電圧はLとなり, Tr1がONとなる。
（課題の具体化）
1. P入力をHLHLHLHと変化させるとLED1, LED2のON-OFFがどうなるかを確認する。
2. D1, D2にLEDを使って動作を確認する。
(仮説)
条件: PがLのとき, D1またはD2に準方向のバイアスがかかると回路がつながっている方のTrのVBEが変化し, LEDの点灯に変化が起きる。
(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, 抵抗R1,R2(1kΩ), R3,R4(51kΩ), R5, R6(200kΩ), D1, D2 LED(赤), LED1, LED2(青), 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. P入力をHLHLHと変化させると, LED1, LED2がどう点滅するかを確認する。
2. P入力をLHLHLと変化させると, LED1, LED2がどう点滅するかを確認する。
3. マルチバイブレータ分周回路の動作の仕組みを理解する。
結果
4LEDを利用したときの回路は図のようである。
Pを3.0V(1)と0V(0)につないだときの, 出力LED1, LED2のON, OFF状態は次のとおりであった。
P入力がLのとき, LED1がOFFで, LED2がONのときのTr1のVBE1は0.03V, VCE1は0.62V, Tr2のVBE2は0.59V, VCE2は0.24Vであった。
P入力がHのとき, LED1がONで, LED2がOFFのとき, Tr1のVBE1は0.59V, VCE1は0.18V, Tr2のVBE2は0.14V, VCE2は0.62Vであった。
しかし, これでは, クロック周期の変化が出力に反映されておらず, 分周回路が実現していない。そこで, Pの変更速度を0.5秒程度にして速く変化させた。しばらく繰り返していると, 分周が成立してきた。
クロックの変化に対応して, L1がPの2倍の時間でH出力が実現した。
Dfripfrop Multivibrator の回路の考え方
初め
P入力は1とする。R4からベース電圧が供給され, LED1にIC1が流れ, 点灯しているとする。P入力を0するとTr2のベース電圧が供給され, Tr2がONとなる。
Pが再び1となっても, 状況は変わらない。Pが0となると, D1を通じて回路がつながり, LED1が点灯する。
Pが再び1となっても, 状況は変わらない。Pが0となると, D2を通じて回路がつながり, LED2が点灯する。
Pが再び1となっても, 状況は変わらない。Pが0となると, D1を通じて回路がつながり, LED1が点灯する。
Pを1にしても状況は変わらない。
実際にP入力を手作業で行った場合を次に示す。
実際の状況を見る。
PがHからN, L さらに Hに変わったとき
(1)P:1: L1:0 L2:1 (2)P:N: L1:0 L2:1
(3)P:0, L1:0, L2:0 (4)P:1 L1:1, L2:0
P入力が1の場合の出力は, 基本的にはL1で, P入力が0の場合の出力は, 基本的にL2である。
ただし, Pの入力が短時間に変化するとき, Pが1の状況でL1からL2そして再びL1に変化していた。
この間引き抜いてPがNの状況では変化せず, Lにした時はL1もL2も未確定の状況が起こり, 再びPがHのときにL1からL2に点灯が変わっていた。
結論
1. マルチバイブレータ分周回路では, P入力の変化速度を考慮する必要がある。
2. コンデンサーについては, どの程度の入力時間変化にどの程度の容量が適切か吟味する必要がある。
3. P入力がHから次のHに変わったとき, 出力がL1からL2に変化する現象を示した。
4. P入力がHからNそしてLになる間は出力状況は変化しない。
学習の振り返り
○成果と工夫
R1, R2< R3, R4 <R5, R6 の関係が成り立つように設定した。
ダイオードの代わりに発光ダイオードを使用して, ダイオードの順方向への流れが目視できるようにした。
○失敗
P入力の変化をゆっくり行った時には, Tr1, Tr2の切り替えが起こらない場合があった。
電圧測定については測定プローブを接触した際にLEDのON, OFFが変化するときがあるので, 変化が起きない状況で測定した。
○改善案
P入力変化速度を分担して記録し, P入力変化速度の違いによる出力変化の原因を捉える。
○理解できたこと
マルチバイブレータ分周回路は, P入力のクロック変化がLED出力変化1/2となることが理解できた。
○次の課題
入力に対する出力をLED以外の素子で起こす
*****<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