Multivibrator

Multivibratorii sunt o categorie de circuite electronice cu caracteristica comună de a putea fi în una din cele două stări posibile.

Categorii

Multivibratorii sunt împărțiți în trei categorii:

Astables

Schemă multivibrator stabilă

Nici una dintre stări nu este stabilă, iar circuitul comută continuu de la o stare la alta. Prin urmare, circuitul se comportă ca un oscilator de relaxare special, capabil să producă unde pătrate .

Să presupunem că în circuitul din figură inițial tranzistorul T1 conduce. Tensiunea pe colector este practic zero, iar C1 este încărcat prin R2. Când potențialul din punctul dintre C1, R2 și baza T2 ajunge la 0,6 V , T2 intră în conducție, aducând potențialul pe colectorul său la zero. C2 începe să se încarce, provocând blocarea T1 și descărcarea C1 prin R1-R2. În noua stare, C2 se încarcă prin R3 până când tensiunea ajunge la 0,6 V, moment în care T1 revine la conductă, încărcând C1 și provocând blocarea T2. C2 este descărcat prin R3-R4. Ciclul se repetă la infinit, cu o perioadă determinată de valorile rezistențelor și condensatoarelor. Dacă valorile R2 / C1 și R3 / C2 diferă, timpul de pornire / oprire al celor două tranzistoare nu este simetric și, prin urmare, este posibil să se modifice ciclul de funcționare al semnalului.

Circuitul poate fi, de asemenea, văzut ca fiind compus din două trepte de amplificator cu emițător comun cu reacție pozitivă.

Rezistoarele pot avea, de exemplu, următoarele valori:

R2 = R3 = 22 kΩ

R1 = R4 = 470 Ω

Condensatorii, în funcție de frecvența necesară, pot avea capacități de la sute de pF la sute de uF.

Bistabil

Schema unui multivibrator bistabil ( R1, R2 = 1 kΩ, R3, R4 = 10 kΩ).

În aceste circuite, nivelul se schimbă numai atunci când sistemul este solicitat din exterior și menține acest nivel pe termen nelimitat. Se creează astfel un dispozitiv de memorie simplu, numit flip-flop , capabil să stocheze un pic .

Multivibratorii bistabili sunt utilizați în special în registrele de acumulare ale microprocesoarelor și în unele tipuri de memorii de calculator.

Monostabil

Circuitul are o stare stabilă (A), dacă este îndemnat să treacă la cealaltă stare (B), atunci îl menține pentru o anumită perioadă de timp $\tau$ ${\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ , după care revine automat la starea stabilă. Prin urmare, o singură solicitare externă este suficientă pentru a realiza un ciclu de tipul: statul A - statul B pentru o perioadă $\tau$ ${\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ - Statul A. Statul A, pe de altă parte, poate fi menținut pe termen nelimitat. Particularitatea acestui circuit constă în faptul că este capabil să producă un impuls cu o durată prestabilită $\tau$ ${\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ .

Circuitul poate fi folosit ca modelator de impulsuri sau ca temporizator .

De exemplu în electrocardiogramă există producerea unui sunet: tipicul „beep”. Frecvența acestuia (numărul de bipuri pe secundă) indică ritmul cardiac, dar durata bipului unic este constantă. De fapt, durata semnalului sonor este reglată cu un circuit monostabil.

Monostabil la OPAMP cu circuit de declanșare

Stresul care induce un circuit monostabil să treacă de la o stare stabilă (A) la o stare „metastabilă” (B) pentru o durată prestabilită de timp T se numește semnal de declanșare . Este bine să specificați că evenimentul declanșator poate avea o durată variabilă, dar există condiții importante, pentru care acest semnal este capabil să declanșeze un efect de reacție din partea sistemului monostabil.

Pentru a înțelege mai bine o implementare a circuitului care garantează funcționarea planificată, sunt preluate conceptele fundamentale ale unui declanșator Schmitt inversor. Într-un circuit de acest tip vom avea asta, dacă: $Vo=V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ (limita superioară de tensiune a oscilatorului), o valoare de tensiune pozitivă (un prag) este stabilită pe terminalul "+" al amplificatorului op. $V^{+}=V_{TH}=\beta V_{OH}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH} = \ beta V_ {OH}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH} = \ beta V_ {OH}}$ .

Dacă tensiunea de intrare $V. the$ ${\ displaystyle Vi}$ ${\ displaystyle Vi}$ , adăugat la terminalul "-" al amplificatorului operațional, este egal cu tensiunea de pe terminal $V^{+}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ , declanșatorul inversor Schmitt comută, transportând $Vo\mapsto V_{OL}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OL}}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OL}}$ . În acest caz pe terminal $V^{+}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ , vom obține un prag negativ $V^{+}=V_{TL}=\beta V_{OL}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TL} = \ beta V_ {OL}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TL} = \ beta V_ {OL}}$ . Dacă este egalat cu $V. the$ ${\ displaystyle Vi}$ ${\ displaystyle Vi}$ , sistemul va reveni la $Vo\mapsto V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OH}}$ .

Un circuit monostabil este realizabil din punct de vedere fizic, folosind astfel un declanșator Schmitt inversat, introdus într-o configurație astfel încât să creeze un oscilator generator de undă pătrată neliniar, de tipul prezentat în figură (cu excepția diodei D1).

Circuit op-amp pentru realizarea monostabilului

Excluzând utilizarea diodei D1, acest circuit are particularitatea de a oscila autonom generând su $V. sau$ ${\ displaystyle Vo}$ ${\ displaystyle Vo}$ o formă de undă pătrată. Acest fenomen este posibil datorită naturii ciclice a evenimentelor descrise mai sus, în contextul descrierii funcționării Schmitt inversor.

În scurt:

$Vo=V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ determină încărcarea capacității C1 prin R3. Acolo $V_{C}(t)$ ${\ displaystyle V_ {C} (t)}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t)}$ , în acest context, ia locul $V. the$ ${\ displaystyle Vi}$ ${\ displaystyle Vi}$ fiind conectat la terminalul "-" al amplificatorului op. $V_{C}(t)\uparrow$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) \ uparrow}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) \ uparrow}$ crește până când este egal $V^{+}=V_{TH}=\beta V_{OH}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH} = \ beta V_ {OH}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH} = \ beta V_ {OH}}$ cu $\beta ={\frac {R1}{R1+R2}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {R1} {R1 + R2}}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {R1} {R1 + R2}}}$ .

Circuitul, comută $Vo\mapsto V_{OL}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OL}}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OL}}$ , asa de $V^{+}=V_{TL}=\beta V_{OL}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TL} = \ beta V_ {OL}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TL} = \ beta V_ {OL}}$ .

Capacitatea C1 se descarcă prin R3. $V_{C}(t)\downarrow$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) \ downarrow}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) \ downarrow}$ scade până când este egal $V_{TL}$ ${\ displaystyle V_ {TL}}$ ${\ displaystyle V_ {TL}}$ și de aceea se obține din nou $Vo=V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ . Unda pătrată a fost astfel generată.

Introducerea D1 asigură faptul că $V_{C}(t)$ ${\ displaystyle V_ {C} (t)}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t)}$ a ajunge $V^{+}=V_{TH}=\beta V_{OH}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH} = \ beta V_ {OH}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH} = \ beta V_ {OH}}$ , măsura în care $Vo=V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ .

De fapt, odată intrat în conducere $V_{C}(t)=V^{-}=V_{DON}=cost.$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) = V ^ {-} = V_ {DON} = cost.}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) = V ^ {-} = V_ {DON} = cost.}$ În această configurație circuitul se menține stabil $Vo=V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ .

Va fi suficient să inversați polarizarea lui D1 pentru a obține o stare stabilă monostabilă $Vo=V_{OL}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OL}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OL}}$ .

Prin însăși natura sa, un circuit monostabil trebuie să fie sensibil la variațiile semnalului de intrare, motiv pentru care este necesar să se completeze sistemul de mai sus prin inserarea unui circuit, numit circuit de declanșare , care izolează doar tranzițiile pozitive (sau negative). ) a semnalului de intrare.

Monostabil cu circuit de declanșare

Acest circuit poate fi implementat, așa cum se arată în figură, prin intermediul cascadei unui filtru trece sus R ₄ C ₂ și al unei diode D2 cu un anod plasat la $V^{+}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ . În această configurație circuitul este capabil să detecteze tranziții negative rapide ale $V. the$ ${\ displaystyle Vi}$ ${\ displaystyle Vi}$ .

Dacă dioda D2 are polaritate inversă, vom putea detecta tranziții pozitive ale $V. the$ ${\ displaystyle Vi}$ ${\ displaystyle Vi}$ .

De sine $Vo=V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo = V_ {OH}}$ , indiferent de performanța stabilă a $V. the$ ${\ displaystyle Vi}$ ${\ displaystyle Vi}$ (filtrat după RC), $V^{+}=V_{TH}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TH}}$ și, prin urmare, D2 va fi ACTIVAT. Pentru a nu se schimba $\beta$ ${\ displaystyle \ beta}$ $\ beta$ , acum și proporțional cu R4, alegeți $R4>>R1$ ${\ displaystyle R4 >> R1}$ ${\ displaystyle R4 >> R1}$ .

Când are loc o tranziție bruscă $\Delta Vi$ ${\ displaystyle \ Delta Vi}$ ${\ displaystyle \ Delta Vi}$ , astfel încât să acopere diferența de dimensiune $V_{TH}-V_{DON}$ ${\ displaystyle V_ {TH} -V_ {DON}}$ ${\ displaystyle V_ {TH} -V_ {DON}}$ , tensiunea aprinsă $V^{+}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ ${\ displaystyle V ^ {+}}$ va tinde să scadă brusc până când va „trece” nivelul de tensiune în sus $V^{-}=V_{DON}$ ${\ displaystyle V ^ {-} = V_ {DON}}$ ${\ displaystyle V ^ {-} = V_ {DON}}$ .

Pentru principiul funcționării unui generator de unde pătrate, sistemul va comuta $Vo\mapsto V_{OL}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OL}}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OL}}$ iar capacitatea C1 va tinde să se descarce $V_{C}(t)\downarrow$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) \ downarrow}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) \ downarrow}$ tinde să $V_{OL}$ ${\ displaystyle V_ {OL}}$ ${\ displaystyle V_ {OL}}$ cu constantă de timp $\tau =R3C1$ ${\ displaystyle \ tau = R3C1}$ ${\ displaystyle \ tau = R3C1}$ .

Răspuns declanșat la timp al circuitului monostabil

Odată traversat $V^{+}=V_{TL}=\beta V_{OL}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TL} = \ beta V_ {OL}}$ ${\ displaystyle V ^ {+} = V_ {TL} = \ beta V_ {OL}}$ , sistemul revine la $Vo\mapsto V_{OH}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OH}}$ ${\ displaystyle Vo \ mapsto V_ {OH}}$ , făcând încărcarea C1, până la $V_{C}(t)=V^{-}=V_{DON}=cost.$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) = V ^ {-} = V_ {DON} = cost.}$ ${\ displaystyle V_ {C} (t) = V ^ {-} = V_ {DON} = cost.}$ . Sistemul redevine stabil.

O schemă a formelor de undă de ieșire este prezentată în miniatura din dreapta.

Observând tendința celor două forme de undă este posibil să se identifice timpul $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ care prezintă un circuit monostabil.

Este definit de timpul de descărcare a condensatorului C1 care trece dintr-o stare inițială de $V_{C}(0)=V_{DON}$ ${\ displaystyle V_ {C} (0) = V_ {DON}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (0) = V_ {DON}}$ la $V_{C}(T)=V_{TL}$ ${\ displaystyle V_ {C} (T) = V_ {TL}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (T) = V_ {TL}}$ , cu tendință de staționare în $V_{C}(\infty )=V_{OL}$ ${\ displaystyle V_ {C} (\ infty) = V_ {OL}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (\ infty) = V_ {OL}}$ (roșu punctat).

Observ asta $V_{C}(T)=V_{C}(0)+(V_{C}(\infty )-V_{C}(0))(1-e^{-{\frac {T}{\tau }}})$ ${\ displaystyle V_ {C} (T) = V_ {C} (0) + (V_ {C} (\ infty) -V_ {C} (0)) (1-e ^ {- {\ frac {T} {\ tau}}})}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (T) = V_ {C} (0) + (V_ {C} (\ infty) -V_ {C} (0)) (1-e ^ {- {\ frac {T} {\ tau}}})}}$

este posibil să se obțină valoarea lui $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ , ca:

$T=\tau *ln({\frac {V_{OL}-V_{DON}}{V_{OL}-V_{TL}}})$ ${\ displaystyle T = \ tau * ln ({\ frac {V_ {OL} -V_ {DON}} {V_ {OL} -V_ {TL}}})}$ ${\ displaystyle T = \ tau * ln ({\ frac {V_ {OL} -V_ {DON}} {V_ {OL} -V_ {TL}}})}$

și, prin urmare, reglabil prin intermediul unei reglări de $\beta ={\frac {R1}{R1+R2}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {R1} {R1 + R2}}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {R1} {R1 + R2}}}$ .

Timpul de odihnă al unui monostabil

Miniatura privind tendințele temporale arată, pe lângă timp $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ , o singura data $T_{R}$ ${\ displaystyle T_ {R}}$ ${\ displaystyle T_ {R}}$ , timpul de odihnă menționat, în care sistemul, chiar dacă este solicitat în mod corespunzător, nu va fi declanșabil .

Un astfel de timp de odihnă $T_{R}$ ${\ displaystyle T_ {R}}$ ${\ displaystyle T_ {R}}$ , constă în timpul necesar pentru reîncărcarea condensatorului C1 până la $V_{C}(T_{R})=V_{DON}$ ${\ displaystyle V_ {C} (T_ {R}) = V_ {DON}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (T_ {R}) = V_ {DON}}$ , pornind de la o condiție inițială de $V_{C}(0)=V_{TL}$ ${\ displaystyle V_ {C} (0) = V_ {TL}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (0) = V_ {TL}}$ cu tendință de staționare în $V_{C}(\infty )=V_{OH}$ ${\ displaystyle V_ {C} (\ infty) = V_ {OH}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (\ infty) = V_ {OH}}$ (roșu punctat).

Observ asta $V_{C}(T)=V_{C}(0)+(V_{C}(\infty )-V_{C}(0))(1-e^{-{\frac {T}{\tau }}})$ ${\ displaystyle V_ {C} (T) = V_ {C} (0) + (V_ {C} (\ infty) -V_ {C} (0)) (1-e ^ {- {\ frac {T} {\ tau}}})}}$ ${\ displaystyle V_ {C} (T) = V_ {C} (0) + (V_ {C} (\ infty) -V_ {C} (0)) (1-e ^ {- {\ frac {T} {\ tau}}})}}$

este posibil să se obțină valoarea lui $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ , ca:

$T_{R}=\tau \cdot \ln \left({\frac {V_{OH}-V_{TL}}{V_{OH}-V_{DON}}}\right)$ ${\ displaystyle T_ {R} = \ tau \ cdot \ ln \ left ({\ frac {V_ {OH} -V_ {TL}} {V_ {OH} -V_ {DON}}} \ right)}$ ${\ displaystyle T_ {R} = \ tau \ cdot \ ln \ left ({\ frac {V_ {OH} -V_ {TL}} {V_ {OH} -V_ {DON}}} \ right)}$ .

Circuite integrate

Pinout al unui NE555 integrat

În cea mai simplă formă, circuitul multivibrator este format din doi tranzistori interconectați. Folosind rețele de rezistențe și condensatoare este posibil să se definească perioada de timp a stărilor instabile.

Uneori, pentru a realiza un circuit multivibrator, porțile logice sunt utilizate în special în tehnologia CMOS datorită consumului lor redus și impedanței ridicate de intrare , această ultimă caracteristică permite utilizarea rezistențelor de mare valoare obținând constante mari de timp fără a fi nevoie să recurgeți la condensatori cu valori de capacitate. Prea mare.

Multivibratorii sunt adesea încorporați în circuite integrate . În special în electronică este utilizat pe scară largă un circuit integrat multivibrator pentru uz general: 555 . În plus față de circuitul de bază, acesta include funcții accesorii pentru a obține o precizie mai mare decât un circuit de tranzistor simplu. Prin adăugarea a foarte puține componente externe, inclusiv a rețelei RC, dispozitivul poate fi configurat ca un multivibrator astabil, bistabil sau monostabil.

Bibliografie

Adel Sedra , KC Smith, Circuite for microelectronics , editat de Aldo Ferrari, ediția a IV-a, Roma, Edizioni Ingegneria 2000, pp. 994-1008, ISBN 88-86658-15-X .

Alte proiecte

Wikționarul conține lema dicționarului „ Multivibrator ”
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe Multivibrator

linkuri externe

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 25581 · LCCN (RO) sh85088392

Portal electronic : accesați intrările Wikipedia referitoare la electronică